产品五金结构设计

1、产品结构设计一.结构设计知识简述二.压铸件设计三.镀金件设计四.塑胶件设计一、结构设计知识简述结构设计知识简述随着电子技术的使用范围的推广，灯具的功能、体积、重量、动转可靠性以及对各种环境的适应性等诸多问题被纳入到结构设计的范畴，使灯具的结构设计逐步成为一个多学科的综合技术，未来的灯具在光学设计、热学设计、安全设计、机械设计与工艺设计的科学化程度将大大提高，各种专业软件的算法已经应用到或是即将应用到配光设计技术、温度模拟分布、热流模型的建立等方面，特别是灯具系统化设计的理论和技术，这些技术的应用使得纯机械技术和工艺失去意义，现有的结构设计方法也面临着新的变革。目前，灯具的结构设计大致包含以下内

2、容：1、整机组装结构设计 2、热设计 3、 电磁兼容性设计 4、 结构静力计算与动态参数设计 5、防腐蚀设计 6、连接设计 7、可靠性试验（可靠性设计）综合上述，结构设计（灯具）现已包含着相当广泛的技术内容，具范围涉及到力学、机械学、材料学、热学、电学、化学、光学、美学、环境学等，本讲义不想涉入到上述的具体内容中去，而是配合上述过程问题讲述各种不同加工方式的结构的工艺性设计：压铸件工艺性设计、锁金件工艺性设计、塑胶件工艺性设计等。二、压铸件设计1、术语和定语流痕：指铸件表面与金属液流动方向一致且与金属基体颜色不一样的纹路。冷隔：指铸件表面有与周边熔接不良的小块。铭化：指铸件与铭酸溶液发生化学反

3、应，在铸件表面形成一层薄的铭酸盐膜。欠铸：指铸件成形不饱满。网状毛刺：压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷的痕迹。溢流口：指金属液冷却凝固时为补偿金属收缩所设置的穴。2、铸件设计及工艺 2.1、选材铝合金压铸件的常用材料有：日本工业标准牌号ADC1,ADC3,ADC1 解口 ADC12;美国工业标准牌号:A360和A380;我国标准:YL102,YL104,YL112和YL113,对于我司来讲，压铸件的选材统一要求为ADC12 珠三角压铸厂商常用材料为 ADC10,ADC12 和A380.以上几种材料的成份和力学性能见表二、压铸件设计材料成份和力学性能合金牌号ADC10ADC12Si(%)7.

4、5-9.59.6-12Cu(%)2-41.5-3.5Mg(%)0.30.3Fe(%)1.31.3Al余量余量抗拉强度(MPa)241228耐力(MPa)157154 延伸率()1.51.4 硬度(HB)73.674.1A3807.5-9.53-40.11.3余量245742.2、壁厚壁厚设计以均匀为佳，不均易产生缩孔和裂纹，易引起零件变形，同时会影响到模具的使用寿命。壁厚很厚的铸件内部易产生缩孔，影响材料的力学性能，对大形铝合金，其壁厚不宜超过 6mm 因壁厚增加，其材料的力学性能将明显下降，因此推荐壁厚如表。对外侧边缘壁厚，为保证良好的压铸成形，壁厚 s=1/4h,且 s=1.5mm,s 为

5、边缘壁厚，h 为边缘壁的高度，如下图所示。二、压铸件设计压铸件最小壁厚和正常壁厚壁的单面面积 axb(cm2)最小壁厚(mm)正常壁厚(mm)251001.22.51005001.83.05002.54.0例：壁厚设计-990801-89 灯头壳-GF-A-C 版二、压铸件设计2.3、 加强筋设计筋的目的是增加零件的强度和刚性，避免因单纯依靠加大壁厚而引起的气孔，裂纹和收缩缺陷，同时能使金属流路顺畅，改善压铸的工艺性.筋高不超过15 倍壁厚， 最大筋宽不超过 1.5 倍壁厚， 对筋高 30mm 以下，拔模斜度不小于 3,筋高 30mml上，拔模斜度不小于 2。(通常在我司为节省成本，减轻重量，

6、拔摸斜度一般都放得很小，一般情拔 10,高筋高 30mm 以上的拔 2 度，对于批量不大的产品应该也不会有很大问题)， 在特殊情况下加强筋端面的拔模度可设为 0.5o 例：特殊情况下加强筋的运用2.4、 圆角圆角设计可使金属液流畅，气体易排由，有利于铸件成形，并能避免因锐角致使零件和模具产生裂纹，有利于提高模具寿命，因此对过渡处应避免锐角设计，圆角半径以取最大为原则，一般取值如下：对相等壁厚:1/2h=r=h 对不等壁厚：1/4(h1+h2)=r=1/2(h1+h2)r 为内圆角半径,h、h1 和 h2 为壁厚二、压铸件设计2.5、 拔模斜度拔模斜度的大小与零件的结构、高度、壁厚及表面粗糙度有

7、关，在允许的范围内，尽可能取大值，有利于脱模。非圆形内侧壁的拔模斜度如下表，外侧取表下表值的一半。拔模高度圆形非圆形363304306-102303301018223018-3014514530-5011513050-801115801200451120-180030045180-2500300302.6、 相邻距离尽量避免窄且深的凹穴设计，以免对应模具处由现窄而高的凸台，因受冲击易弯曲、断裂。如下图所示，当 a 过小时，易使模具在此处开裂，为使模具在此处有足够的强度,a 值应不小于 5mm二、压铸件设计示例：相邻距离的合理设计二、压铸件设计2.7、 铸孔铝合金可铸最小孔径为 2.5mm,可铸

8、孔径大小与深度有关，对盲孔，孔深为孔径的 3 到 4 倍，对通孔，孔深为孔径的 6 到 8 倍。对孔径精度或孔距精度要求较高的，一般不直接铸孔，采用后序机加工处理，但对壁厚较厚的孔，为避免机加后由现表面有砂眼，一般先铸由底孔，然后用机加去除加工余量。2.8、 文字和图案文字大小不小于 5 号字体，凸起高度 0.30.5mm,线宽推荐0.8mm.,由模度 1015 度，如果外壳表面采用喷粉处理，其外侧面的文字及图案的凸起高度采1015,用 0.5mm,如果凸起高度用 0.5mm 以下的话，外壳喷粉之后会其字形及图案就会模糊不清。2.9、 表面质量2.9.1压铸面铝合金压铸表面粗糙度在 Ra3.2

9、6.3,表面质量按粗糙度分为 3 级，详细见表：压铸表面质量分级，2.9.2 表面缺陷压铸件各类表面缺陷不同级别的要求见表：面缺陷要求(JB2702-80)、压铸件设计3、公差尺寸公差压铸件尺寸公差依据国标 GBT1804-M 选取,铝合金公差一般按 5 级取，对分形面及活动部位尺寸公差需低一级,对有严格精度要求的可做到 3 级，对超生要求的可双方协商采用后加工来保证。、平面度公差压铸件变形因素与模具的顶由机构、零件的结构、壁厚不均等有关，变形量如下表，对特别要求的，需采用后加工来保证。名义尺寸（长或宽）-2525-6363100100-160160-250250-400400整形前0.20.

10、30.450.71.01.52.2整形后0.150.200.250.30.40.5当设计隔爆型的灯具时，其精度及平面公差的精度高于模制品的正常控制精度，此时则需要安排机加的方式，而这时则要考虑产品的易加工程度，有时加工的方式而决定了产品的形状。（见附图 3）二、压铸件设计4.、机加工模具因受高温冲击，表面比较容易冲蚀，考虑到模具寿命，模具上尽量避免使用行位、细长镶针等结构，在允许的情况下可不直接铸由，采用后序 CNCK 普通机床加工而成，同时因铸件的尺寸精度都比较低，对高精度的，也采用 CNC1 口工而成，其精度按机加精度等级要求。结构设计时需考虑到机加定位面，以便能方便装夹，对于有防爆要求的

11、接合面一定需要机加来保证其表面粗糙度及尺寸精度。表面处理2喷砂和喷丸对压铸件表面有外观要求时，可用喷砂处理，能掩盖表面压铸缺陷，一般表面喷砂后再喷油，能做比较美观的砂纹外观，喷丸除有喷砂功能外，同时还能增加铸件的强度用。铝合金氧化主要作用是提高其防腐能力，因铝合金含比较多的硅金属，阳极氧化只能为灰色，不能氧化成黑色。对防腐能力要求高的，一般表面先铭化处理，再涂装处理，。表面铭化有无色和黄色铭化两种，主要是在表面形成薄的铭化层，无色铭化可耐 24 小时常规盐雾测试，黄色铭化可耐48 小时常规盐雾测试。二、压铸件设计2.4、表面电镀或化学镀铝合金一般镀铭或镀银,主要用于外观装饰用， 电镀和化学镀的

12、主要缺陷体现为表面有针孔、气泡、镀层局部脱落、划伤等。电镀对铸件要求很高，铸件必须具有良好的压铸成形性能，表面光洁度要达到 1.6 因此结构设计时必须考虑壁厚要均匀，且不宜太厚，一般不超过4mm 尽量采用大白圆角过渡，同时对模具要求浇道，溢流口，排气设计必须合理。电镀或化学镀的正常合格率为 80%,如压铸成形较差，合格率可能会低于 50%,这种工艺我司使用较少，只用在各种堵头及压紧螺母的锌合金铸件采用了这种工艺。4.1,4、表面喷涂表面喷涂一般为喷油和喷粉，主要用途用于外观或防腐蚀，涂层厚度一般 60120m,纹路分光面和砂纹面（撒点）。涂层主要性能检测指标为涂层厚度测试，附着力测试及盐雾测试

13、。5、铸件加工工艺、5.1、铸件的一般加工流程如下：压铸成形去浇口溢流口去批锋抛光机加清洗表面处理三、锁金件设计1、术语和定语镀金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸，焊接等加工过程中的难易程度。2、优选材料及表面处理 2.1、公司优选材料性能、用途、规格公司优选材料性能、用途、公司优选材料性能我司没有特别的单独规范来强制优先材料的选用，但在设计的默认过程中基本上有一个自发的优先选用行为：1.6普通碳素结构钢普板（Q235）常用厚度（mm）:0.5,0.8,1.0,1.2,1.5,2.0,2.5常用表面处理：镀彩锌，镀蓝锌，镀银、喷涂 Q235 是一种钢材的材质。Q 代表的是这种材质的屈服，后

14、面的 235,就是指这种材质的屈服值，在 235 左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q235根据性能中冲击温度的不同分为四个级别：Q235-A级，是不做冲击 Q235-B 级，是 20 度常温冲击；Q235-C 级，是 0 度冲击；Q235-D 级，是-20 度冲击我们在设计时，通常在图纸材料栏里只写 Q235,并没有表明其是哪一个级别的钢，这是不正确的。后来我询问了外协李工，供应商看到 Q235 材质的镀金件一般都用 SPCC 冷扎钢板），附件摘录了一些关于 SPCC 材料的描述。三、锁金件设计1.6不锈钢板 SUS304,SUS316（会接触酸碱溶液的零件使用）。常用厚度：0

15、.5,0.8,1.0,1.2,1.5,2.0。常用表面处理：通常不做表面处理如果有特殊需要建议选用表面处理的不锈钢材料。如：SUS304HL（拉直纹）、SUS304BA（雾面）、SUS304Mirror（镜面）。1.6铝板：A1100（纯铝）、A5052（合金铝）、6061（合金铝）常用厚度： 1.0,1.2,1.5,2.0o常用表面处理： 拉丝氧化 （发黑，发白）、喷砂氧化（不推荐使用，单面喷砂容易变形）、喷粉。如果零件要求导电，则需要在技术要求里注明导电氧化，导电氧化属化学氧化，颜色为淡黄色。1.6铜板:H62常用厚度：0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0常用表面处理：镀

16、银、发黑氧化、不处理。2.2 选择材料和表面处理的注意事项三、锁金件设计1选材时尽量减少品种规格，便于生产管理。1选材时要考虑材料的成本，在保证力学性能和质量的情况下，尽量选用价廉的材料。2.2.3 建议锁金件最薄用 0.8mm 厚，最厚用 2.5mm 厚。0.5mm 厚的冷轧钢板焊接、折弯后的尺寸都不容易控制，除了用于做成简单的屏蔽片或是弹片，应尽量少用。超过 2.5mm 厚冷轧钢板加工很困难，折弯很难控制，也应尽量少用。2.2.4 需要焊接组合的零件建议选用 Q235。2.2.5 有较高的防腐要求或外观要求的零件建议选择不锈钢板，或铝板。2.2.6 需要电镀的零件建议选用镀彩锌或镀兰锌的表

17、面处理。表面电镀的防腐性比较： 镀白锌-镀兰锌-镀彩锌-镀银， 防腐性减弱，价格增高。是镀锌时后要经过的两个处理工序，一个是除氢处理，二是钝化处理。除氢处理：零件在酸性溶液和阴极电解除油的过程中都有可能在基体晶格中渗氢，造成晶格扭歪，导致内应力大，产生氢脆，零件要求抗拉强度愈大，要求的除氢时间愈长钝化处理：二是把镀锌层放在以铭酸酊为主的溶液中进行化学处理， 使其表面生成一层化学稳定性较高的、组织致密的铭酸盐薄膜的工艺过程称为钝化，其钝化处理后抗腐蚀性能见表2、表3三、锁金件设计表2生成的钝化膜可提高镀锌层的抗腐蚀性能镀层厚度 Um58132025 未钝化生铁锈时间 h365696152192钝

18、化后泛白点 h9696969696 生铁锈 h132152192248288表3不同钝化膜的抗腐蚀性能对照(耐中性盐雾试验)钝化膜颜色白兰黑色色色抗蚀性(h)12247296彩虹色三、锁金件设计需要表面喷涂的零件，建议选择喷粉，因为喷漆对对镀金件的喷前表面质量要求较高。2.2.8 喷粉的零件尺寸精度要求不能太高，喷涂过程中涂层的厚度无法精确控制。3 常用加工工艺银金件加工工艺流程数控冲床和数控折弯设备加工镀金件的工艺流程如下：模具加工镀金件的工艺流程与模具结构有关，如果采用单工序模，每个工序需要一套模具，一个复杂的零件需要多套模具才能完成加工。如果采用复合模，则可以多个工序在一次冲压完成，但复

19、合模的成本较贵，目前我们公司批量不大，多采用单工序模，有时在单工序模中采用不同的闭模行程做不同的镶件，9250 反光板 2 采用了这种方法。参考图纸附件图纸三、锁金件设计冲裁冲裁设备精度与零件精度冲裁有两种方法：数控冲床冲裁和模具冲裁，对于单量不大的零件很多公司多采用数控冲床冲裁。数控冲床的精度一般为0.1，该精度与设备的新旧有一定的关系，与加工的尺寸大小没有太大的关系，这一点与模具冲裁有一定的差别。目前镀金厂加工的零件多采用数控冲裁落料，因此设计的零件平面冲裁尺寸精度不得高于0.1O模具冲裁零件的精度与模具结构有关，平冲件的尺寸公差一般都小于 0.1mm,我司的产品一般都采用模具冲裁方法，

20、公差尺寸采用 GB/T1804-m。冲裁件的工艺性要求冲裁件的工艺性要求零件的孔径尺寸、止裂槽尺寸或外圆角尺寸尽可能与刀具尺寸符合。冲裁件尽量避免过长的悬臂和狭槽，悬臂和狭槽的宽度不宜过小，其合理数值可参考下表：对合金钢或不锈钢对一般钢对黄铜、铝 t材料厚度。AA2tA1.5tA1.2t三、锁金件设计冲孔时，孔径不宜过小。其最小孔径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等有关。其合理数值可参考下表：材料高碳钢、各种不锈钢低碳钢（SECC,SPCC,Q235A）黄铜、铝d1.5ta1.35ta1.2td1.3tdta1.2ta0.9tata0.8t三、锁金件设计零件的冲孔边缘离外形的最小距离随零

21、件与孔的形状不同要有一定的限制，如下图。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚度，即ant；孔边缘与零件外形边缘平行时，应取 b1.5t。三、锁金件设计用模具冲裁的零件，其外形或内孔应避免锐角，做成适当的圆角，可增加模具使用寿命，不易产生裂纹。一般可取 R0.5t,（t材料厚度），如下图：4、折弯、折弯设备的精度与零件的精度数控折弯机的定位精度分两方面，定位装置的前后移动精度士 0.1,下模的上下移动精度也为土 0.1 （此误差影响折弯角的精度） 。折弯零件的精度与工人的操作有较大关系，理论上每一道折弯都有可能产生土 0.1 的误差。对于要求较严的尺寸，也可以通过操作工的调

22、整补偿减少误差。尺寸标注时在满足产品要求的情况下，尽量考虑生产加工的效率。三、锁金件设计数控折弯机的刀具数控折弯机的折弯刀有很多种，按刃口分，数控折弯机的折弯刀有很多种，按刃口分，有 R=0.2,R=0.6,R=1,按刀具结构，有直角刀，避位刀，鹅颈刀等，折弯下模一般是90 形模现有 V 模宽度有形模.模宽度有：分，有直角刀，避位刀,鹅颈刀等，折弯下模一般是V 形模.现有模宽度有：V=4,V=7,V=8,V=12，折弯刀具和下模的关系如下图。，折弯刀具和下模的关系如下图。三、锁金件设计数控折弯件的工艺性要求 4.3.1 在折弯有撕裂的地方，需要留撕裂槽。撕裂槽的宽度一般不小于 1.5t,且 A

23、1.5。撕裂槽的长度和宽度与壁厚的关系如下图 b,c 所示。或者是折弯线让开阶梯线如下图 a 所示。三、锁金件设计折弯件的直边高度不宜过小，否则不易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。其弯曲值 hAR+2t,且 hA3 方可。如下图，示。当折弯边带有斜角时（如下图，），侧面的最小高度为：h=（2-4）mm,lLhR+2t（R 为折弯内角）。三、锁金件设计.4 折弯件的孔边距离：先冲孔后折弯的零件，为了避免折弯时孔变形，从孔边到弯曲半径 r 中心的距离取为：当 tv2mm 寸，Lt;当 tA2mnM,L2to先折弯再冲孔的零件（主要争对用冲模的零件）其孔边与工件直壁之间应保持一定的距离，距离

24、太小时，在冲孔时会使凸模受水平推力而折断：从孔边到弯曲半径 r 中心的距离取为：L0.5t，如下图。三、锁金件设计压死边的尺寸要求，压死边的长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般压死边最小长度 LR+3.5to 其中 t 为材料壁厚，R 为压死边前道工序的最小内折弯半径，一般为 0.6。板件折弯时，若弯曲处的圆角过小，则外表面容易产生裂纹，尤其铝板最明显。若弯曲圆角过大，因受到回弹的影响，弯曲件的精度不易保证。折弯内圆角与材料厚度和材质有一定的关系，一般碳但受折刀具规格的限制，推荐选用折弯内半径 R=0.6,结构没有特殊要求时图纸上不需要标注具体的尺寸。由工厂选择合适的折弯刀。4.3.8 折弯

25、件不得对多个折弯边（如下图的 L1,L2,L3）同时要求较严的尺寸公差。三、锁金件设计模具弯曲件的工艺性要求模具弯曲件的工艺性要求弯曲件的直边高度太小时， 会影响弯曲件成型后的角度精度。要求 hAR+2t4.4.2 在 U 形弯曲件上,两弯曲边最好等长，以免弯曲时产生向一边移位。如不允许，可设一工艺定位孔，如下图。为了防止零件弯曲后，直角的两侧平面产生褶皱，应设计预留切口，如下图。三、锁金件设计为了防止零件弯曲后，折弯边回弹，建议在对接处设计切口形式。如下图.a1.5t（t材料厚度）为了防止冲孔后再弯曲的零件，在孔边产生裂纹，建议增加切口，如下图。三、锁金件设计防止弯曲时，一边向内产生收缩。可

26、设计工艺定位孔，或两边同时折弯，还可用增加幅宽的办法来解决收缩问题。三、锁金件设计弯曲的零件，在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件的刚度，也有利于抑制回弹。常用筋的结构尺寸推荐如下.。三、锁金件设计拉深利用具有一定圆角半径的拉深模，将平板毛坯或开口空心毛坯冲压成容器状零件的冲压过程称为拉深。拉深件的精度拉深件的尺寸精度不宜要求过高。拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度。在一般情况下，深度的精方向的精度不应超过 GB/T15055-级。直径方向的尺寸精度不应该超过IT12 级，产品图上的尺寸应注明必须保证外部尺寸或是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。拉深件的工艺性要求拉深件的形状应尽量简单、对称。拉深件各部分尺寸比例要恰当，尽量避免设计宽凸缘和深度大的拉深件。（口凸3d,h2d）因为这类零件要较多的拉深次数。拉深件的圆角半径要合适，圆角半径尽量取大些，以利于成型和减少拉深次数。拉深件要留由合理的圆角半径。如下图。三、锁金件设计拉深件冲孔的合适位置。三、锁金件设计防止拉深时产生扭曲变形，A