钣金设计手册

1 前言
薄板指板厚和其长宽对比小得多的钢板。

它的横向抗弯能力差，不宜用于受横向曲折载荷作用的场合。

薄板就其资料而言是金属，但因其特别的几何形状厚度很小，所以薄板构件的加工工艺有其特别性。

和薄板构件有关的加工工艺有三类：(1) 下料：它包含剪切和冲裁。

(2) 成形：它包含曲折、折叠、卷边和深拉。

(3) 连结：它包含焊接、粘接等。

薄板构件的构造设计主要应试虑加工工艺的要乞降特色。

别的，要注意构件的批量大小。

薄板构件之所以被宽泛采纳是因为薄板有以下长处：
(1) 易变形，这样可用简单的加工工艺制造多种形式的构件。

(2) 薄板构件重量轻。

(3) 加工量小，因为薄板表面质量高，厚度方向尺寸公差小，板面不需加工。

(4) 易于裁剪、焊接，可制造大而复杂的构件。

(5) 形状规范，便于自动加工。

2 构造设计准则
在设计产品部件时，一定考虑到简单制造的问题。

尽量想一些方法既能使加工容易，又能使资料节俭，还可以使强度增添，又不出废品。

为此设计人员应当注意以下制造方面事项。

钣金件的工艺性是指部件在冲切、曲折、拉伸加工中的难易程度。

优秀的工艺应保证资料耗费少，工序数量少，模具构造简单，使用寿命高，产质量量稳固。

在
一般状况下，对钣金件工艺性影响最大的是资料的性能、部件的几何形状、尺寸和精度要求。

怎样在薄板构件构造设计时充足考虑加工工艺的要乞降特色，这里介绍几条设计准则。

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、切割的路径越短，切割量也越小。

如直线比曲线简单，圆比椭圆及其他高阶曲线简单，规则图形比不规则图形简单( 见图1) 。

(a) 不合理构造(b) 改良构造
图1
图2a的构造只有在批量大时方存心义，不然冲裁时，切割麻烦，所以，小批量
生产时，宜用图b所示构造。

(a)不合理构造(b)改良构造
图2
节俭原料准则（冲切件的构型准则）
节俭原资料意味着减少制造成本。

琐碎的下角料常作废料办理，所以在薄板构件的设计中，要尽量减少下脚料。

冲切弃料最少以减少料的浪费。

特别在批量大的构件下料时成效明显，减少下角料的门路有：
(1)减少相邻两构件之间的距离(见图3)。

(a)不合理构造(b)改良构造
图3
(2)奇妙摆列(见图4)。

(a)不合理构造(b)改良构造
图4
(3)将大平面处的资料拿出用于更小的构件(见图5)。

(a)不合理构造(b)改良构造
图5
足够强度刚度准则
⑴、带斜边的折弯边应避开变形区
⑵.两孔之间的距离若太小，则在切割时有产生裂纹的可能。

部件上冲孔设计应试虑留有适合的孔边距和孔间距免得冲裂。

部件的冲孔边沿离外形的最小距离随部件与孔的形状不一样有必定的限制。

当冲孔边沿与部件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于资料厚度t；平行时，应不小于。

最小
孔边距和孔间距见表。

模具制作上以圆孔最牢固好制造维修，唯开孔率较低。

以正方形孔开孔率最高，但因是90度角，角边简单磨损倒塌,造成要修模而停线.而六角形的开孔其大于90度的120度角比正方形孔开孔更牢固但开孔率在
边沿比正方形孔差一点。

⑶.修长的板条刚度低，也易在剪裁时产生裂纹，特别是对刀具的磨损严重。

冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般状况下，应不小于1.5t(t为料
厚) ，同时应当防止窄长的切口与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口
强度。

见图。

对一般钢A≥ 1.5t ；对合金钢A≥2t ；对黄铜、铝A≥ 1.2t ；t —资料厚度。

2.4 靠谱冲裁准则
图9a 所示的半圆切线构造冲裁加工很难。

因为这要求正确地确立刀具和工件之
间的相对地点。

正确丈量定位不单费时，更重要的是，刀具由可磨损和安装的误差，精度往常达不到这么高的要求。

这样的构造一旦加工稍有偏差，质量很难保
证，且切割外观差。

所以应采纳图b 所示的构造，它可保证靠谱的冲裁加工质量。

(a) 不合理构造(b) 改良构造
图9
2.5 防止粘刀准则( 穿破件的构型准则)
在构件中间冲裁切割时会出现刀具和构件粘接交紧的问题。

解决的方法：(1) 留
有必定的坡度；(2) 切割面连通(见图10 和图11) 。

(a) 不合理构造(b) 改良构造(a) 不合理构造
(b) 改良构造
图10图11
当搭接在一道工序顶用冲切法制成90°的弯边时，选材要注意材质不宜太硬，否则易在直角弯折处破碎。

应在弯边地点设计工艺切口，防备折角处破碎。

曲折棱边垂直切割面准则
薄板在切割加工此后，一般还要进一步进行成形加工，比方曲折。

曲折棱边应垂直于切割面，不然交汇处产生裂纹的危险高升。

若因其他限制垂直要求不可以知足时，应在切割面和曲折棱边交汇处设计一个圆角，其半径大于板厚的两倍。

缓和曲折准则
峻峭的曲折需特别的工具，且成本高。

别的，过小的曲折半径易产生裂纹，在内
侧面上还会出现皱折(见图16、图17)。

(a)不合理构造(b)改良构造
图16
(a)不合理构造(b)改良构造
图17
防止小圆形卷边准则
薄板构件的棱边常用卷边构造,这有多项利处。

(1)增强了刚度;(2)防止了尖利
的棱边;(3)雅观。

但卷边应注意两点,一是半径应大于倍的板厚;二是不要
完整的圆形,这样加工起来困难,图18b所示的卷边比各自a所示的卷边易加工。

（a）不合理构造（b）改良构造
图18
槽边不曲折准则
曲折棱边和槽孔棱边要相距必定的距离,介绍值是曲折半径加上2倍的壁厚。

弯曲区受力状态复杂,且强度较低。

出缺口效应的槽孔也应清除在这个地区之外。

既能够将整个槽孔远离曲折棱边,也能够让槽孔横跨整个曲折棱边(见图19)。

（a）不合理构造（b）改良构造
图19
复杂构造组合制造准则
空间构造过于复杂的构件,完整靠曲折成形比较困难。

所以尽量将构造设计得简单调些,在非复杂不行的状况下,可用组合构件,马上多个简单的薄板构件用焊接,螺栓连结等方式组合在一同。

图20b的构造比其图20a的构造易加工。

（a）不合理构造（b）改良构造
图20
防止直线贯穿准则
薄板构造有横向曲折刚度较差的弊端。

大平板构造易屈曲失稳。

进一步还会曲折断裂。

往常用压槽来提升其刚度。

压槽的摆列方式对提升刚度的成效影响很大,
压槽摆列基来源则是防止无压槽地区直线贯穿。

贯穿的低刚度窄带易成为整个板面屈曲失稳的惯性轴。

失稳总要环绕一个惯性轴,所以,压槽的摆列要切断这种
惯性轴,使它越短越好。

图21a所示的构造,无压槽地区形成多条贯穿的窄条。

环绕这些轴,整个板的曲折刚度没有改良。

图21b所示构造没有潜伏的连通失稳惯性轴,图22列出了常有的压槽形状和摆列方式,从左到右刚度增强成效渐渐
加大,不规则摆列是防止直线贯穿的有效方法。

（a）不合理构造（b）改良构造
图21
图22
压槽连通摆列准则
压槽的终点疲惫强度低是单薄环节,假如压槽连通,其部分终点将消灭。

图23是一个卡车上的电瓶箱,它受动载作用,图23a构造在压槽端都产生了疲惫破坏。

而图23b构造就不存在这一问题。

峻峭的压槽端面应防止,可能的状况下压槽延
至界限(见图24)。

压槽的贯穿除去了单薄的端部。

但压槽的交汇处要有足够大
的空间,使得各压槽之间的互相影响减少(见图25)。

（a）不合理构造（b）改良构造
图23
（a）不合理构造（b）改良构造
图24
（a）不合理构造（b）改良构造
图25
空间压槽准则
空间构造的失稳不仅限于某一方面,所以,只在一个平面上设置压槽不可以达到提高整个构造抗失稳能力的成效。

比如图26所示的U型和Z型构造,它们的失稳会发生在棱边邻近。

解决这个问题的方法是将压槽设计成空间的(见图26b结构。

)
（a）不合理构造（b）改良构造
图26
2.14 局部松驰准则
薄板上局部变形遇到严重阻挡时会出现皱折。

解决的方法是在皱折邻近设置几个小的压槽,这样减低局部刚度, 减少变形阻挡(见图28) 。

（a）不合理构造（b）改良构造
图28
2.15 冲裁件的构型准则
⑴. 最小冲孔直径或方孔的最小边长
冲孔时，应遇到冲头强度的限制，冲孔的尺寸不可以太小，不然简单破坏冲头。

最小冲孔直径及最小边长见表。

* t为资料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于。

⑵. 冲切缺口原则
冲切缺口应尽量防止尖角，如a图所示。

尖角形式简单减短模具使用寿命，且尖角处简单产生裂纹。

应改为如b图所示。

R≥0.5t(t ─资料厚度)
a图b 图
冲裁件的外形及内孔应防止尖角。

在直线或曲线的连结处要有圆弧连结，圆弧半径R≥0.5t 。

（t为资料壁厚）
2.16 、曲折件的构造准则
⑴、板件最小曲折半径
资料曲折时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则遇到压缩。

当资料厚度一准时，内半径r 越小，资料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超出资料的
极限强度时，就会产生裂痕和折断，所以，曲折部件的构造设计，应防止过小的
曲折圆角半径。

为此规定最小曲折半径。

常用金属资料最小折弯半径列表
序材料最小曲折
号半径
1 08、08F、10、10F、DX2、SPCC、E1-T52、0Cr18Ni9、
Ni9、1Cr18Ni9Ti 、1100-H24、T2
2 15、20、Q235、Q235A、
3 25、30、
4 1Cr13、H62(M、Y、Y2、冷轧)( 铜
5 45、
6 55、
7 65Mn、60SiMn、1Cr17Ni7、1Cr17Ni7-Y、1Cr17Ni7-DY、
301、0Cr18Ni9、SUS302
l 曲折半径是指曲折件的内侧半径,t 是资料的壁厚。

l t 为资料壁厚，M为退火状态，Y 为硬状态，Y2 为1/2 硬状态。

关于以以下图所示关闭式弯边部件，其弯边高度h 最大不得超出40 ㎜, 若需大于
40 ㎜者，须经校核后方能使用。

⑵、曲折的最小直边高度
曲折的直边高度不宜过小，不然不易成形足够的弯矩，很难获得形状正确的部件。

其值h≥R+2t方可。

①一般状况下的最小直边高度要求
曲折件的直边高度不宜太小，最小高度按图要求：h＞2t。

曲折件的直边高度最小值
②特别要求的直边高度
假如设计需要曲折件的直边高度h≤2t,，则第一要加大弯边高度，弯好后再加
工到需要尺寸；或许在曲折变形区内加工浅槽后，再折弯。

特别状况下的直边高度要求
③弯边侧边带有斜角的直边高度
当弯边侧边带有斜角的曲折件时，侧面的最小高度为：h=（2～4）t＞3mm
弯边侧边带有斜角的直边高度
⑶、曲折的直边变形办理
①、当a＜R时，曲折后，b面靠a处仍旧有一段剩余圆弧，为了防止剩余圆弧，一定使a≥R。

②、在U形曲折件上，两曲折边最好等长，免得曲折时产生向一边移位。

如不允许，可设一工艺定位孔。

③、防备侧面（梯形）曲折时产生裂纹或畸形。

应设计预留切槽，或将根部改为阶梯形。

槽宽K≥2t，槽深L≥t+R+K/2。

④、防止圆角在曲折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 与盖板厚度（t ）相等
⑤、防备曲折后，直角的双侧平面产生褶皱，应设计预留切口。

⑥、防备曲折后，产生回弹的切口形式。

a≥1.5t （t —资料厚度)
⑦、防备冲孔后，曲折产生裂纹的切口形式。

⑧、防备曲折时，一边向内产生缩短。

可设计工艺定位孔，或两边同时折弯，还
可用增添幅宽的方法来解决缩短问题。

⑨、弯成直角的搭接形式。

⑷、凸部的曲折
若象a图那样曲折线和阶梯线一致，有时会在根部开裂变形。

所以使曲折线让开阶梯线如图b，或设计切口如c、d那样。

⑸、折弯件上的孔边距
孔边距：先冲孔后折弯，孔的地点应处于曲折变形区外，防止曲折时孔会产生变形。

孔壁至弯边的距离见表。

表折弯件上的孔边距
①、防备曲折时，曲折面上的孔受力后会变形，孔边距（至底根部）其值A≥4方可。

②、曲折边冲孔时，孔边到曲折半径R 中心的距离L 不得过小，免得曲折成型后会使孔变形。

其值L≥2t 方可。

⑹、局部曲折的工艺切口
①折弯件的曲折线应避开尺寸突变的地点
局部曲折某一段边沿时，为了防备尖角处应力集中产生弯裂，可将曲折线挪动一定距离，以走开尺寸突变处（图a) ，或动工艺槽（图b) ，或冲工艺孔（图c) 。

注企图中的尺寸要求：S≥R ；槽宽k≥t；槽深L≥t+R+k/2 。

②当孔位于折弯变形区内，所采纳的切口形式
当孔在折弯变形区内时，采纳的切口形式示例
⑺、打死边的设计要求
打死边的死边长度与资料的厚度有关。

以以下图所示，一般死边最小长度L≥
+R。

此中t为资料壁厚，R为打死边前道工序的最小内折弯半径。

⑻、设计时增添的工艺定位孔
为保证毛坯在模具中正确立位，防备曲折时毛坯偏移而产生废品，应早先在设计
时增添工艺定位孔，以以下图所示。

特别是多次曲折成形的部件，均一定以工艺孔为定位基准，以减少累计偏差，保证产质量量。

⑼、标明曲折件有关尺寸时，要考虑工艺性
⑽、曲折件的回弹
影响回弹的要素好多，包含：资料的机械性能、壁厚、曲折半径以及曲折时的正
压力等。

⑴折弯件的内圆角半径与板厚之比越大，回弹就越大。

⑵从设计上克制回弹的方法示例。

曲折件的回弹，当前主假如由生产厂家在模具设计时，采纳必定的举措进行躲避。

同时，从设计上改良某些构造促进回弹角减小以以下图所示：在曲折区压制增强筋，不单能够提升工件的刚度，也有益于克制回弹。

2.16 、拉深件的构形准则
a. 拉深件的形状应尽量简单、对称。

b. 拉深件各部分尺寸比率要适合，尽量防止设计宽凸缘和深度大的拉深件。

（D
凸＞3d，h≥2d）因为这种部件要许多的拉深次数。

c. 拉深件的圆角半径要适合，圆角半径尽量取大些，以利于成型和减少拉深次
数。

⑴、拉深件的圆角半径。

⑵、拉深件或曲折件冲孔的适合地点。

⑶、防备拉深时产生歪曲变形，A、B宽度应相等（对称）即A=B。

⑷、拉伸件设计图纸上尺寸标明的注意事项
拉伸件因为各地方受应力大小各不同样，使拉伸后的资料厚度发生变化。

一般来说，底部中央保持本来的厚度，底部圆角处资料变薄，顶部凑近凸缘处资料变厚，矩形拉伸件周围圆角处资料变厚。

⑸、拉伸件产品尺寸的标准方法
在设计拉伸产品时，对产品图上的尺寸应明确注明一定保证外面尺寸或内部尺
寸，不可以同时标明内外尺寸。

⑹、拉伸件尺寸公差的标明方法
拉伸件凹凸圆弧的内半径以及一次成形的圆筒形拉伸件的高度尺寸公差为双面
对称偏差，其偏差值为国标(GB)16级精度公差绝对值的一半，并冠以±号。

、提升部件强度的合理构型准则
⑴、对较长的钣金件为了提升其强度，应当设计加固筋。

⑵、在曲折件的弯角处再作弯折，能起到筋条的增强作用。

⑶、增强筋
在板状金属部件上压筋，有助于增添构造刚性，增强筋构造及其尺寸选择拜见表。

⑷、打凸间距和凸边距的极限尺寸
打凸间距和凸边距的极限尺寸按下表选用。

⑸、百页窗
百页窗往常用于各样罩壳或机壳上起通风散热作用，其成型方法是借凸模的一边刃口将资料切开，而凸模的其他部分将资料同时作拉伸变形，形成一边张口的起伏形状。

百页窗的典型构造拜见图。

百页窗尺寸要求：a≥4t；b≥6t；h≤5t；L≥24t；r≥。

、钣金件常用螺钉底孔构型准则
⑴、孔翻边
孔翻边型式许多，本准则只关注要加工螺纹的内孔翻边，以下图。

翻边外孔凸缘高预冲孔直凸缘圆
d2度h径D0
角半径
R
螺纹资料厚
度t
翻边内孔
D1
M3
1
22
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M412
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21
M53
钣金设计手册3
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4
M63
21
4
钣金设计手册4
钣金设计手册3。