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1、引言薄板指板厚与其长宽相比小得多钢板。它横向抗弯能力差，不宜用于受横向弯曲载荷作用场合。薄板就其材料而言是金属，但因其特殊几何形状厚度很小，所以薄板构件加工工艺有其特殊性。与薄板构件有关加工工艺有三类：(1)下料：它包括剪切与冲裁。(2)成形：它包括弯曲、折叠、卷边与深拉。(3)连接：它包括焊接、粘接等。薄板构件结构设计主要应考虑加工工艺要求与特点。此外，要注意构件批量大小。薄板构件之所以被广泛采用是因为薄板有下列优点： (1)易变形，这样可用简单加工工艺制造多种形式构件。 (2)薄板构件重量轻。 (3)加工量小，由于薄板表面质量高，厚度方向尺寸公差小，板面不需加工。 (4)易于裁剪、焊接，可
2、制造大而复杂构件。 (5)形状规范，便于自动加工。2结构设计准则在设计产品零件时，必须考虑到容易制造问题。尽量想一些方法既能使加工容易，又能使材料节约，还能使强度增加，又不出废品。为此设计人员应该注意以下制造方面事项。钣金件工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中难易程度。良好工艺应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，使用寿命高，产品质量稳定。在一般情况下，对钣金件工艺性影响最大是材料性能、零件几何形状、尺寸与精度要求。如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺要求与特点，这里推荐几条设计准则。2.1简单形状准则切割面几何形状越简单，切割下料越方便、简单、切割路径越短，切割量也越小。如直线比
3、曲线简单，圆比椭圆及其它高阶曲线简单，规则图形比不规则图形简单(见图1)。(a)不合理结构(b)改进结构图1图2a结构只有在批量大时方有意义，否则冲裁时，切割麻烦，因此，小批量生产时，宜用图b所示结构。(a)不合理结构(b)改进结构图22.2节省原料准则（冲切件构型准则）节省原材料意味着减少制造成本。零碎下角料常作废料处理，因此在薄板构件设计中，要尽量减少下脚料。冲切弃料最少以减少料浪费。特别在批量大构件下料时效果显著，减少下角料途径有：(1)减少相邻两构件之间距离(见图3)。(a)不合理结构(b)改进结构图3(2)巧妙排列(见图4)。(a)不合理结构(b)改进结构图4(3)将大平面处材料取出
4、用于更小构件(见图5)。(a)不合理结构(b)改进结构图52.3足够强度刚度准则、带斜边折弯边应避开变形区.两孔之间距离若太小，则在切割时有产生裂纹可能。零件上冲孔设计应考虑留有合适孔边距与孔间距以免冲裂。零件冲孔边缘离外形最小距离随零件及孔形状不同有一定限制。当冲孔边缘及零件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚度t；平行时，应不小于1.5t。最小孔边距与孔间距见表。模具制作上以圆孔最坚固好制造维修，唯开孔率较低。以正方形孔开孔率最高，但因是90度角，角边容易磨损崩塌,造成要修模而停线.而六角形开孔其大于90度120度角比正方形孔开孔更坚固但开孔率在边缘比正方形孔差一点。.细长板条刚度低
5、，也易在剪裁时产生裂纹，特别是对刀具磨损严重。冲裁件凸出或凹入部分深度与宽度，一般情况下，应不小于1.5t(t为料厚)，同时应该避免窄长切口及与过窄切槽，以便增大模具相应部位刃口强度。见图3.3.1。对一般钢A1.5t；对合金钢A2t；对黄铜、铝A1.2t；t材料厚度。2.4可靠冲裁准则图9a所示半圆切线结构冲裁加工很难。因为这要求准确地确定刀具与工件之间相对位置。准确测量定位不仅费时，更重要是，刀具由可磨损与安装误差，精度通常达不到这么高要求。这样结构一旦加工稍有偏差，质量很难保证，且切割外观差。所以应采用图b所示结构，它可保证可靠冲裁加工质量。(a)不合理结构(b)改进结构图92.5避免粘
6、刀准则(穿破件构型准则)在构件中间冲裁切割时会出现刀具与构件粘接交紧问题。解决办法：(1)留有一定坡度；(2)切割面连通(见图10与图11)。(a)不合理结构(b)改进结构 (a)不合理结构(b)改进结构图10 图11当搭接在一道工序中用冲切法制成90弯边时，选材要注意材质不宜太硬，否则易在直角弯折处破裂。应在弯边位置设计工艺切口，防止折角处破裂。2.6弯曲棱边垂直切割面准则薄板在切割加工以后，一般还要进一步进行成形加工，比如弯曲。弯曲棱边应垂直于切割面，否则交汇处产生裂纹危险升高。若因其它限制垂直要求不能满足时，应在切割面与弯曲棱边交汇处设计一个圆角，其半径大于板厚两倍。2.7平缓弯曲准则陡
7、峭弯曲需特殊工具，且成本高。此外，过小弯曲半径易产生裂纹，在内侧面上还会出现皱折(见图16、图17)。(a)不合理结构(b)改进结构图16(a)不合理结构(b)改进结构图172.8避免小圆形卷边准则薄板构件棱边常用卷边结构,这有多项好处。(1)加强了刚度;(2)避免了锋利棱边;(3)美观。但卷边应注意两点,一是半径应大于1.5倍板厚;二是不要完全圆形,这样加工起来困难,图18b所示卷边比各自a所示卷边易加工。（a）不合理结构（b）改进结构图182.9槽边不弯曲准则弯曲棱边与槽孔棱边要相距一定距离,推荐值是弯曲半径加上2倍壁厚。弯曲区受力状态复杂,且强度较低。有缺口效应槽孔也应排除在这个区域以外
8、。既可以将整个槽孔远离弯曲棱边,也可以让槽孔横跨整个弯曲棱边(见图19)。（a）不合理结构（b）改进结构图192.10复杂结构组合制造准则空间结构过于复杂构件,完全靠弯曲成形比较困难。因此尽量将结构设计得简单一些,在非复杂不可情况下,可用组合构件,即将多个简单薄板构件用焊接,螺栓连接等方式组合在一起。图20b结构比其图20a结构易加工。（a）不合理结构（b）改进结构图202.11避免直线贯通准则薄板结构有横向弯曲刚度较差缺点。大平板结构易屈曲失稳。进一步还会弯曲断裂。通常用压槽来提高其刚度。压槽排列方式对提高刚度效果影响很大,压槽排列基本原则是避免无压槽区域直线贯通。贯通低刚度窄带易成为整个板
9、面屈曲失稳惯性轴。失稳总要围绕一个惯性轴,因此,压槽排列要切断这种惯性轴,使它越短越好。图21a所示结构,无压槽区域形成多条贯通窄条。围绕这些轴,整个板弯曲刚度没有改进。图21b所示结构没有潜在连通失稳惯性轴,图22列出了常见压槽形状与排列方式,从左到右刚度增强效果逐渐加大,不规则排列是避免直线贯通有效方法。（a）不合理结构（b）改进结构图21图222.12压槽连通排列准则压槽终点疲劳强度低是薄弱环节,如果压槽连通,其部分终点将消灭。图23是一个卡车上电瓶箱,它受动载作用,图23a结构在压槽端都产生了疲劳破坏。而图23b结构就不存在这一问题。陡峭压槽端面应避免,可能情况下压槽延至边界(见图24
10、)。压槽贯通消除了薄弱端部。但压槽交汇处要有足够大空间,使得各压槽之间相互影响减少(见图25)。（a）不合理结构（b）改进结构图23（a）不合理结构（b）改进结构图24（a）不合理结构（b）改进结构图252.13空间压槽准则空间结构失稳不只限于某一方面,因此,只在一个平面上设置压槽不能达到提高整个结构抗失稳能力效果。例如图26所示U型与Z型结构,它们失稳会发生在棱边附近。解决这个问题方法是将压槽设计成空间(见图26b结构。)（a）不合理结构（b）改进结构图262.14局部松驰准则薄板上局部变形受到严重阻碍时会出现皱折。解决办法是在皱折附近设置几个小压槽,这样减低局部刚度,减少变形阻碍(见图28
11、)。（a）不合理结构（b）改进结构图282.15冲裁件构型准则.最小冲孔直径或方孔最小边长冲孔时，应受到冲头强度限制，冲孔尺寸不能太小，否则容易损坏冲头。最小冲孔直径及最小边长见表。* t为材料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于0.3mm。.冲切缺口原则冲切缺口应尽量避免尖角，如a图所示。尖角形式容易减短模具使用寿命，且尖角处容易产生裂纹。应改为如b图所示。R0.5t(t材料厚度)a 图 b 图冲裁件外形及内孔应避免尖角。在直线或曲线连接处要有圆弧连接，圆弧半径R0.5t。（t为材料壁厚）2.16、弯曲件结构准则、板件最小弯曲半径材料弯曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定时
12、，内半径r越小，材料拉伸与压缩就越严重；当外层圆角拉伸应力超过材料极限强度时，就会产生裂缝与折断，因此，弯曲零件结构设计，应避免过小弯曲圆角半径。为此规定最小弯曲半径。常用金属材料最小折弯半径列表序号材 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、Q2550.6t41Cr13、H62(M、Y、Y2、冷轧)(铜)0.8t545、501.0t655、601.5t765Mn、60SiMn、1Cr17Ni7、1Cr17Ni
13、7-Y、1Cr17Ni7-DY、SUS301、0Cr18Ni9、SUS3022.0tl 弯曲半径是指弯曲件内侧半径,t是材料壁厚。l t为材料壁厚，M为退火状态，Y为硬状态，Y2为1/2硬状态。对于如下图所示封闭式弯边零件，其弯边高度h最大不得超过40,若需大于40者，须经校核后方能使用。、弯曲最小直边高度弯曲直边高度不宜过小，否则不易成形足够弯矩，很难得到形状准确零件。其值hR+2t方可。 一般情况下最小直边高度要求弯曲件直边高度不宜太小，最小高度按图要求：h2t。弯曲件直边高度最小值 特殊要求直边高度如果设计需要弯曲件直边高度h2t,，则首先要加大弯边高度，弯好后再加工到需要尺寸；或者在弯
14、曲变形区内加工浅槽后，再折弯。特殊情况下直边高度要求 弯边侧边带有斜角直边高度当弯边侧边带有斜角弯曲件时，侧面最小高度为：h=（24）t3mm弯边侧边带有斜角直边高度、弯曲直边变形处理、当aR时，弯曲后，b面靠a处仍然有一段残余圆弧，为了避免残余圆弧，必须使aR。、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。、防止侧面（梯形）弯曲时产生裂纹或畸形。应设计预留切槽，或将根部改为阶梯形。槽宽K2t，槽深Lt+R+K/2。、防止圆角在弯曲时受压产生挤料后起皱，应设计预留切口。如室外机侧板（上端、下端）圆角处切口形式。B 及盖板厚度（t）相等、防止弯曲后，直
15、角两侧平面产生褶皱，应设计预留切口。、防止弯曲后，产生回弹切口形式。a1.5t（t材料厚度)、防止冲孔后，弯曲产生裂纹切口形式。、防止弯曲时，一边向内产生收缩。可设计工艺定位孔，或两边同时折弯，还可用增加幅宽办法来解决收缩问题。、弯成直角搭接形式。、凸部弯曲若象a图那样弯曲线与阶梯线一致，有时会在根部开裂变形。所以使弯曲线让开阶梯线如图b，或设计切口如c、d那样。、折弯件上孔边距孔边距：先冲孔后折弯，孔位置应处于弯曲变形区外，避免弯曲时孔会产生变形。孔壁至弯边距离见表。表 折弯件上孔边距、防止弯曲时，弯曲面上孔受力后会变形，孔边距（至底根部）其值A4方可。、弯曲边冲孔时，孔边到弯曲半径R中心距
16、离L不得过小，以免弯曲成型后会使孔变形。其值L2t方可。、局部弯曲工艺切口 折弯件弯曲线应避开尺寸突变位置局部弯曲某一段边缘时，为了防止尖角处应力集中产生弯裂，可将弯曲线移动一定距离，以离开尺寸突变处（图a)，或开工艺槽（图b)，或冲工艺孔（图c) 。注意图中尺寸要求：SR ；槽宽kt；槽深Lt+R+k/2。 当孔位于折弯变形区内，所采取切口形式当孔在折弯变形区内时，采用切口形式示例、打死边设计要求打死边死边长度及材料厚度有关。如下图所示，一般死边最小长度L3.5t+R。其中t为材料壁厚，R为打死边前道工序最小内折弯半径。、设计时添加工艺定位孔为保证毛坯在模具中准确定位，防止弯曲时毛坯偏移而产
17、生废品，应预先在设计时添加工艺定位孔，如下图所示。特别是多次弯曲成形零件，均必须以工艺孔为定位基准，以减少累计误差，保证产品质量。、标注弯曲件相关尺寸时，要考虑工艺性、弯曲件回弹影响回弹因素很多，包括：材料机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲时正压力等。折弯件内圆角半径及板厚之比越大，回弹就越大。从设计上抑制回弹方法示例。弯曲件回弹，目前主要是由生产厂家在模具设计时，采取一定措施进行规避。同时，从设计上改进某些结构促使回弹角减小如下图所示：在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件刚度，也有利于抑制回弹。2.16、拉深件构形准则a. 拉深件形状应尽量简单、对称。b. 拉深件各部分尺寸比例要恰当，尽量避免
18、设计宽凸缘与深度大拉深件。（D凸3d， h2d）因为这类零件要较多拉深次数。c. 拉深件圆角半径要合适，圆角半径尽量取大些，以利于成型与减少拉深次数。、拉深件圆角半径。、拉深件或弯曲件冲孔合适位置。、防止拉深时产生扭曲变形，A、B宽度应相等（对称）即A=B。、拉伸件设计图纸上尺寸标注注意事项拉伸件由于各处所受应力大小各不相同，使拉伸后材料厚度发生变化。一般来说，底部中央保持原来厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料变厚，矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。、拉伸件产品尺寸标准方法在设计拉伸产品时，对产品图上尺寸应明确注明必须保证外部尺寸或内部尺寸，不能同时标注内外尺寸。、拉伸件尺寸公差标注方法
19、拉伸件凹凸圆弧内半径以及一次成形圆筒形拉伸件高度尺寸公差为双面对称偏差，其偏差值为国标(GB)16级精度公差绝对值一半，并冠以号。2.17、提高零件强度合理构型准则、对较长钣金件为了提高其强度，应该设计加固筋。、在弯曲件弯角处再作弯折，能起到筋条加强作用。、加强筋在板状金属零件上压筋，有助于增加结构刚性，加强筋结构及其尺寸选择参见表。、打凸间距与凸边距极限尺寸打凸间距与凸边距极限尺寸按下表选取。、百叶窗百叶窗通常用于各种罩壳或机壳上起通风散热作用，其成型方法是借凸模一边刃口将材料切开，而凸模其余部分将材料同时作拉伸变形，形成一边开口起伏形状。百叶窗典型结构参见图。百叶窗尺寸要求：a4t；b6t
20、；h5t；L24t；r0.5t。2.18、钣金件常用螺钉底孔构型准则、孔翻边孔翻边型式较多，本准则只关注要加工螺纹内孔翻边，如图所示。螺 纹材料厚度t翻边内孔D1翻边外孔d2凸缘高度h预冲孔直径D0凸缘圆角半径RM30.82.553.381.61.90.613.251.62.20.53.381.81.93.5221.23.381.9220.63.52.161.51.53.52.41.70.75M413.354.4622.30.51.24.351.922.70.64.52.162.34.652.41.51.54.462.42.50.754.652.71.824.562.22.41M51.24.2
21、55.62.430.61.55.462.42.50.755.62.735.7532.525.533.22.415.753.62.72.55.7543.11.25M61.55.17.033.60.7526.73.24.217.03.63.67.342.52.57.042.81.257.34.5337.04.83.41.5表 带螺纹孔内孔翻边尺寸参数、螺钉、螺栓过孔与沉头座螺钉、螺栓过孔与沉头座结构尺寸按下表选取取。对于沉头螺钉沉头座，如果板材太薄难以同时保证过孔d2与沉孔D，应优先保证过孔d2。用于螺钉、螺栓过孔用于沉头螺钉沉头座及过孔*要求钣材厚度th。用于沉头铆钉沉头座及过孔*要求钣材厚度t
22、h。2.19、钣金件尺寸公差公差是影响产品质量与价格重要因素之一。在制造零件时候，经验告诉我们，无论投入多少成本与时间，完全按图纸上标注尺寸准确地加工出来几乎是不可能。产品设计无论从性能上还是经济上都要满足用户需要。从企业本身来说，也必须保持正常利润。为此公差必须由产品性能与经济两方面来决定。所以设计要充分掌握公差原则。、冲切件尺寸公差。、弯曲件边高h直线尺寸公差。注：弯曲边长L 直线尺寸公差按表规定。、弯曲件角度公差。、拉深件高度h尺寸公差。注：拉深边长L 直线尺寸公差按表规定。、冲切件断面粗糙度。2.20、冲切件毛刺允许高度、冲裁件毛刺极限值冲裁件毛刺超过一定高度是不允许，冲压件毛刺高度极
23、限值(mm)见下表。表 冲压件毛刺高度极限值材料壁厚材料抗拉强度 （N/mm2） 100250250400400630630 fmgfmgfmgfmg0.7 1.00.120.170.230.090.130.170.050.070.10.030.040.051.0 1.60.170.250.340.120.180.240.070.110.150.040.060.081.6 2.50.250.370.50.180.260.350.110.160.220.060.090.122.5 4.00.360.540.720.250.370.50.20.30.40.090.130.18* f级（精密级）适用
24、于较高要求零件；m级（中等级）适用于中等要求零件；g级（粗糙级）适用于一般要求零件。、设计图纸中毛刺标注要求* 毛边方向：BURR SIDE。* 需要压毛边部位：COIN或COIN CONTINUE。一般不要整个结构件断口全部压毛边，这样会增加成本。尽量在下面情况使用：暴露在外面断口；人手经常触摸到锐边；需要过线缆孔或槽；有相对滑动部位。图 钣金结构设计图纸中毛刺标注示例2.21、钣金表面处理及钣金材料、压印工艺、压花工艺简介压印、压花工艺在钣金件上应用很多，包括标签粘贴位置指示、产品编码、生产日期、版本、厂家代号、甚至图案等，都可以利用这两种工艺进行加工。压印工艺压印是使材料厚度发生变化，将
25、挤压材料充塞在有起伏模腔内，使零件上形成起伏花纹或字样。一般情况下是在封闭模中进行，以免金属被挤到模子型腔外面；对于比较大零件或形状特殊成形后进行切边零件，可在敞开模中进行。为使零件得到良好表面质量，成形前应将毛坯进行退火、酸洗、喷砂等处理。压花工艺压花工艺及压印类似，只是变形深度较小，所需压力也较小。压花方法，深度h(0.30.4t)时，在光面凹模上进行；深度h0.4t时，在带有及凸模配合相应凹槽凹模上进行，其凹模宽度要比凸模上大一些，深度要比凸模上浅。、高碳钢、低碳钢对应常用材料牌号列表材料种类图纸标注牌号实际可使用材料牌号材料规格（mm）材料大类耐指纹电镀锌钢板DX2SECC-N2；MS
26、E-CC-U0.8,1.0,1.2,1.5,2.0,2.5低碳钢热浸锌板DX2GI；St02Z低碳钢覆铝锌板DX2CS（TAPE A）低碳钢耐指纹电镀锌钢板DX2SECC低碳钢磷化镀锌钢板DX2SECC-P；BLCE+Z-P低碳钢冷轧钢板08SPCC低碳钢磷化镀锌钢板08SECC-P低碳钢冷轧钢板0808F低碳钢冷轧钢板0808低碳钢冷轧钢板0810F低碳钢冷轧钢板0810低碳钢冷轧钢板0815F低碳钢热轧钢板Q235AQ235A3.0，4.0，6.0低碳钢热轧钢板Q235A20低碳钢热轧钢板Q335A35低碳钢热轧钢板Q235A25低碳钢镀锡钢板（马口铁）E1-T52SPTE 2.8/2.8
27、；T-2.50.4低碳钢弹簧钢板（热轧）65Mn65Mn0.1高碳钢弹簧钢板（热轧）65Mn60Si2Mn0.1高碳钢不锈钢板 (冷轧)1Cr18Ni9SUS3020.2 , 0.3低碳钢不锈钢板/带 (冷轧)1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti0.2 , 0.3低碳钢不锈钢板/带 (冷轧)1Cr18Ni90Cr18Ni90.2 , 0.3低碳钢不锈钢带 (冷轧)1Cr17Ni7-YSUS3010.06，0.08，0.1高碳钢不锈钢带 (冷轧)1Cr17Ni7-Y0Cr17Ni7Al(沉淀硬化)0.06，0.08，0.1高碳钢不锈钢带 (冷轧)1Cr17Ni7-DYSUS3010.08高碳钢不
28、锈钢带 (冷轧)1Cr17Ni7-DY1Cr17Ni70.08高碳钢不锈钢带 (冷轧)1Cr17Ni7-DY0Cr18Ni90.08高碳钢、金属材料SPCC：一般用钢板，表面需电镀或涂装处理。SECC：镀锌钢板，表面已做烙酸盐处理及防指纹处理。SUS301：弹性不锈钢。SUS304：不锈钢。镀锌钢板表面化学组成-基材（钢铁），镀锌层或镀镍锌合金层，烙酸盐层与有机化学薄膜层。有机化学薄膜层能表面抗指纹与白锈，抗腐蚀及有较佳烤漆性。.SECC镀锌方法：热浸镀锌法：连续镀锌法，成卷钢板连续浸在溶解有锌镀槽中；板片镀锌法，剪切好钢板浸在镀槽中，镀好后会有锌花。电镀法: 电化学电镀，镀槽中有硫酸锌溶液，
29、以锌为阳极，原材质钢板为阴极。镀锌钢板一般问题点1.白锈-因结露或被水沾湿致迅速发生氢氧化锌为主要成分白色粉末状锈。(会导致产品质量劣化)2.红锈-因结露或被水沾湿致迅速发生氢氧化铁为主要成分红茶色粉末状锈。3.烙酸不均匀-黄茶色小岛形状或线形状花纹，但耐蚀性没有问题。4.替代腐蚀保护-在锌面割伤而，露出钢板基体表面情况下，我们也不必担心镀锌钢板切边生锈问题。镀锌钢板之烤漆处理1.前处理由于锌是一种高活性金属，在烤漆前需要适当化学转化处理如磷酸盐处理。磷酸盐处理剂有两种，一种是处理铁，一种是处理锌。2.脱脂采用弱碱，有机溶剂及中性乳液或洗涤剂，避免用酸或强碱脱脂剂。可用水膜试验（Water lreakage test）来确认，观察试验后水是否受到污染，以及试品表面水膜是否均匀。3.烤漆电镀锌钢片对漆选择性比冷轧钢片为严。使用水性底漆（Water promer）可以确保有较强油漆附着性。第 22 页