钣金件结构设计知识

1、介绍薄板是指厚度远小于其长度和宽度的钢板。其抗横向弯曲能力差，不适合承受横向弯曲载荷的场合。就材料而言，薄板是金属，但由于其特殊的几何形状和较小的厚度，薄板零件的加工工艺有其特殊性。薄板零件的加工技术有三种：(1)冲裁：包括剪切和冲裁。(2)成型：包括弯曲、折叠、卷曲和深冲。(3)连接：包括焊接、粘接等。薄板构件的结构设计应主要考虑加工工艺的要求和特点。此外，应注意组件的批量。薄板构件被广泛使用，因为它们具有以下优点：(1)易于变形，因此可以通过简单的加工工艺制造各种形式的部件。(2)薄板构件重量轻。(3)处理能力小。由于薄板的高表面质量和厚度方向上的小尺寸公差，板表面不需要加工。(4)易于切

2、割和焊接，可制造大型复杂部件。(5)形状规范，便于自动加工。2结构设计标准设计产品零件时，必须考虑容易制造的问题。试着想一些方法，不仅可以使加工变得容易，还可以节省材料，增加强度而不产生废品。因此，设计师应注意以下制造事项。钣金零件的可制造性是指零件在冲压、弯曲和拉伸时的难度。好的工艺应保证材料消耗少，工序少，模具结构简单，使用寿命长，产品质量稳定。一般来说，对钣金零件的可制造性影响最大的因素是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。如何在薄板构件的结构设计中充分考虑加工工艺的要求和特点，这里推荐几种设计准则。2.1简单形状标准切割表面的几何形状越简单，切割和下料越方便和简单，切割路径越短

3、，切割量越小。例如，直线比曲线简单，圆比椭圆和其他高阶曲线简单，规则图形比不规则图形简单(见图1)。(a)结构不合理；(b)改进结构图1图2a所示的结构仅在批量较大时才有意义，否则下料时切割很麻烦，因此图b所示的结构应该用于小批量生产。结构不合理图22.2材料节约标准(冲压零件的配置标准)节约原材料意味着降低制造成本。边角料通常被视为废料，因此在薄板构件的设计中，应尽量减少废料。冲压废料被最小化以减少材料浪费。特别是当大量零件下料时，效果显著。减少边角下料的方法如下：(1)减小两个相邻部件之间的距离(见图3)。结构不合理图3(2)巧妙的安排(见图4)。结构不合理图4(3)对于较小的部件，去除大

4、平面处的材料(见图5)。结构不合理图52.3足够强度和刚度的标准(1)、带斜边的弯边应避开变形区(2)如果两个孔之间的距离太小，切割时可能会产生裂纹。零件上冲孔的设计应考虑留有适当的孔边和孔间距，以避免冲孔裂纹。零件冲压边缘与其形状之间的最小距离取决于零件和孔的形状。当冲压边与零件轮廓边不平行时，最小距离不应小于材料厚度t；平行，不应小于1.5t.最小孔边和孔间距见表。圆孔是模具制造中最强的，易于制造和维护，但开口率低。- X )？s5 Q% B5 o2 z！“”方孔的开口率最高，但由于90度角，边角容易磨损和塌陷，导致模具变形对于一般钢A1.5t；合金钢a2t；黄铜和铝的a1.2t；T材料厚

5、度。2.4可靠的下料标准图9a中所示的半圆形切线结构很难空白。因为这需要精确确定工具和工件之间的相对位置。精确的测量和定位不仅耗时，更重要的是，由于工具的磨损和安装误差，精度通常达不到如此高的要求。一旦这种结构的加工出现轻微偏差，质量难以保证，切割外观也很差。因此，应采用图b所示的结构，以保证可靠的冲裁质量。结构不合理图92.5避免粘刀的标准(穿孔零件的配置标准)在部件中间进行冲裁和切割时，会出现刀具和部件之间的粘结和紧固问题。解决办法是：(1)保持一定的坡度；(2)切割表面被连接(见图10和11)。(a)不合理的结构(b)改进的结构(a)不合理的结构(b)改进的结构图10图11当搭接接头一次

6、冲压成90弯边时，材料不应太硬，否则直角弯曲时容易断裂。工艺切口应设计在弯曲位置，以防止弯曲拐角处开裂。2.6弯边垂直切面判据切割后，薄板通常会进一步成形，如弯曲。弯曲的边缘应垂直于切割平面，否则相交点出现裂纹的风险会增加。如果由于其他限制不能满足垂直要求，应在切割面和弯曲边缘的相交处设计圆角，其半径应大于板材厚度的两倍。2.7轻微弯曲标准急剧弯曲需要特殊的工具，而且成本很高。此外，如果弯曲半径太小，容易出现裂纹，并且在内侧会出现褶皱(见图16和图17)。(a)结构不合理；(b)改进结构图16结构不合理图172.8避免小圆压接标准C9 z $ -P；x3 G薄板构件的边缘通常被卷边，这具有许多

7、优点。(1)增强刚性；(2)避免锐边；(3)美观。然而，冰壶运动时应该注意两点。一是半径应该大于钢板厚度的1.5倍。另一个不完全是圆形的，很难加工。图18b所示的卷边比a所示的卷边更容易加工结构不合理图182.9凹槽边缘非弯曲标准0 M: B/jI G$ r5弯曲边缘和槽边缘应分开一定距离，推荐值为弯曲半径加上2倍壁厚。弯曲区应力状态复杂，强度低。具有缺口效应的槽也应排除在该区域之外。可以将整个槽从弯曲边缘移开，或者允许槽跨越整个弯曲边缘(见图19)。0 M: G1 f # bI % R6 xEQ结构不合理图192.10复杂结构组合制造标准对于空间结构过于复杂的构件，很难通过弯曲完全成形。因此

8、，结构应该设计得尽可能简单。如果不复杂，可以组合，也就是说，几个简单的薄板构件可以通过焊接和螺栓连接组合在一起。图20b的结构比图20a的结构更容易处理。(a)结构不合理；(b)改进结构图202.11避免直线贯穿的标准薄板结构具有横向抗弯刚度差的缺点。大型平板结构容易发生屈曲和失稳。此外，它会弯曲和断裂。压力槽通常用于提高其刚性。压力槽的布置对提高刚性的效果有很大影响。压力槽布置的基本原则是在没有压力槽的区域避免直线连接。低刚度的贯通窄带容易成为整个壁板屈曲失稳的惯性轴。不稳定性总是围绕着一个惯性轴，因此，压力槽的布置应该切断这个惯性轴，使其尽可能短。在图21a所示的结构中，多个贯通窄条形成在

9、非压力槽区域中。Ar薄弱环节是压槽末端的疲劳强度低。如果压槽被连接，它的一些端点将被破坏。图23示出了卡车上的电池盒，该电池盒受到动态负载，并且图23a中的结构在压槽的端部具有疲劳失效。图23b的结构没有这个问题。应避免使用陡峭的压槽端面，如果可能，压槽应延伸至边界(见图24)。压槽的穿透消除了弱端。但是，在压槽的相交处应该有足够的空间来减少压槽之间的相互影响(见图25)。(a)结构不合理；(b)改进结构图23(a)结构不合理；(b)改进结构图24(a)结构不合理；(b)改进结构图252.13空间凹槽压力标准空间结构的不稳定性并不局限于一个方面，因此，仅在一个平面上设置压力槽并不能达到提高整个

10、结构抗失稳能力的效果。例如，图26所示的u形和z形结构，它们的不稳定性将出现在边缘附近。这个问题的解决方案是将压力槽设计成一个空间(见图26b的结构。)2克% 0美元！P9？9北R1 b9 b9 t结构不合理图262.14局部松弛标准3V E；T4L当薄板的局部变形受到严重阻碍时，就会产生起皱现象。解决办法是在波纹附近设置几个小的压力槽，以降低局部刚度，减少变形障碍(见图28)。结构不合理图282.15冲裁件的配置标准(1)。方孔的最小冲孔直径或最小边长冲压时，应受到冲压强度的限制。冲孔的尺寸不能太小，否则容易损坏冲头。最小冲孔直径和最小边长见表。* t是材料的厚度，冲压的最小尺寸一般不小于0

11、.3毫米(2)冲孔原理冲压切口应尽可能避免尖角，如图a所示。尖角形式容易缩短模具的使用寿命，尖角处容易出现裂纹。应该如图b所示。r0.5t(t-材料厚度)a图b图冲裁件的形状和内孔应避免尖角。直线或曲线的连接处应有圆弧连接，圆弧半径r0.5t(t为材料壁厚)/P e8 C G7 l: 2.16。弯曲零件的结构标准(1)、板的最小弯曲半径当材料弯曲时，外层被拉伸，内层在圆角区域被压缩。当材料的厚度不变时，内半径R越小，材料的拉伸和压缩越严重。当外圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会出现裂纹和断裂。因此，曲面零件的结构设计应避免曲面圆角半径过小。为此，规定了最小弯曲半径。常见金属材料的最小弯曲

12、半径列表序列号材料最小弯曲半径108、08F、10、10F、DX2、SPCC、E1-T52、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1100-H24、T20.4t215、20、Q235、Q235A、150.5t325、30、Q2550.6吨41Cr13，H62(M，y，Y2，冷轧)(铜)0.8吨545、501.0t655、601.5吨765Mn、60SiMn、1Cr17Ni7、1Cr17Ni7-Y、1Cr17Ni7-DY、SUS301、0Cr18Ni9、SUS3022.0tl弯曲半径是指弯曲部分的内径，t是材料的壁厚。L t是材料壁厚，m是退火的，y是硬的，Y2是1/2硬的。

13、对于下图所示的封闭弯曲部分，最大弯曲高度h不得超过40。如果需要大于40，必须检查后才能使用。弯曲最小直边高度弯曲的直边高度不能太小，否则很难形成足够的弯矩，也很难得到形状准确的零件。值hR 2t。正常情况下的最小直边高度要求弯曲件的直边高度不应过小，根据图纸要求，最小高度应为h 2t。弯曲件直边的最小高度有特殊要求的直边高度如果设计要求弯曲部分的直边高度h2t，首先增加弯曲边高度，然后在弯曲后加工成要求的尺寸。或者在弯曲变形区域加工出浅槽后进行弯曲。r(2)在U形弯曲件上，两个弯曲边的长度应相等，以免弯曲时向一侧偏移。如果不允许，可以设置工艺定位孔。(3)、防止侧面(梯形)弯曲开裂或变形。应

14、设计预留槽，或将根部改为阶梯形。槽宽K2t，槽深Lt R K/2。为防止圆角在弯曲过程中因压缩而挤压后起皱，应设计一个预留切口。例如，以在室外单元侧板(上端和下端)的圆角处切割的形式。b等于盖板厚度(t)(5)、为防止弯曲，直角平面的两侧折叠时，应设计预留切口。6、防止弯曲、回弹切口形成。a1.5t(t-材料厚度)、防止打孔、弯曲裂缝形成切口。防止弯曲时，一侧向内收缩。可以设计工艺定位孔，或者可以同时弯曲两侧，并且可以通过增加宽度来解决收缩问题。昵称红宝石，弯曲成直角的膝盖形状。(4)、凸弯如果弯曲线与图A所示的阶梯线一致，它有时会在根部开裂和变形。因此，如图b所示，使弯曲线远离阶梯线，或者如

15、图c和d所示设计切口弯曲件上的孔边为9 w1？(|3 A1 A9 z/|* 7 R孔边：先冲孔，然后弯曲。孔应位于弯曲变形区之外，以避免弯曲时孔变形。孔壁到弯边的距离见表。桌子上的孔边弯曲了(1)、为防止弯曲，弯曲面上的孔受力后会变形，孔边(底部和根部)只能为A4。弯曲冲孔时，孔边到弯曲半径R中心的距离L不应过小，以免弯曲后孔变形。值L2t。、局部弯曲工艺切口(1)弯曲部位的弯曲线应避免位置尺寸的突然变化当局部弯曲某一边缘时，为了防止由于尖角处的应力集中而导致的弯曲裂纹，弯曲线可以移动一定距离，远离尺寸的突然变化(图A)，或者可以打开工艺槽(图B)或工艺孔(图C)。注意图纸中的尺寸要求：sr；槽宽kt；凹槽深度Lt R k/2。(2)当孔位于弯曲变形区时，采用切口形式当孔处于弯曲变形区时，采用切割形式的例子一次，扼杀边缘的设计要求死边的长度与材料的厚度有关。如下图所示，最小死边