(完整版)钣金设计手册

1 引言薄板指板厚和其长宽相比小得多的钢板。它的横向抗弯能力差，不宜用于受横向弯曲载荷作用的场合。薄板就其材料而言是金属，但因其特殊的几何形状厚度很小，所以薄板构件的加工工艺有其特殊性。和薄板构件有关的加工工艺有三类：

(1)下料：它包括剪切和冲裁。(2) 成形：它包括弯曲、折叠、卷边和深拉。(3) 连接：它包括焊接、粘接等。薄板构件的结构设计主要应考虑加工工艺的要求和特点。此外，要注意构件的批量大小。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，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，可制造大而复杂的构件。

(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的问题。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。

钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的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的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。

如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺的要求和特点，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 的结构只有在批量大时方有意义，否则冲裁时，切割

麻烦，

生产时，宜用图 b 所示结构

(a) 不合理结构 (b) 改进结构

图2

2.2 节省原料准则(冲切件的构型准则) 节省原材料意味着

减少制造成本。 零碎的下角料常作废料处理， 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。 构件

下料时效果显著，减少下角料的途径有：

(1) 减少相邻两构件之间的距离 ( 见图 3)

图3

(2) 巧妙排列 ( 见图 4)

(a) 不合理结构 (b) 改进结构

图4

(3) 将大平面处的材料取出用于更小的构件 ( 见图 5)因此，小批量

因此在薄板构件 特别在批量大的 (a) 不合理结构

(b) 改进结构

(a) 不合理结构

(b) 改进结构

图5

2.3 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 零件上冲孔设计应考虑留有合适的孔边距和孔间距以免冲裂。 零件的冲孔边缘离 外形的最小距离随零件与孔的形状不同有一定的限制。 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 t ；平行时，应不小于 1.5t 。最小

孔边距和孔间距见表。

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.而六角形的开孔其大于 90度的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。

(b) 改进结构 ⑶.细长的板条刚度低，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，一般情况下，应不小于 1.5t(t 为料 厚) ，同时应该避免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 3.3.1 。

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

2.4

可靠冲裁准则 图 9a 所示的半圆切线结构冲裁加工很难。因为这要求准确地确定刀具和工件之 间的相对位置。 准确测量定位不仅费时， 更重要的是， 刀具由可磨损和安装的误 差，精度通常达不到这么高的要求。 这样的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 所示的结构， 它可保证可靠的冲裁加工质量

图9

2.5 避免粘刀准则 ( 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。解决的办法： (1) 留 有一定的坡度； (2) 切割面连通 ( 见图 10 和图 11) 。

(a) 不合理结构

(b) 改进结构

(b) 改进结构 (a)

(a) 不合理结构 不合理结

图 10 图 11

当搭接在一道工序中用冲切法制成 90°的弯边时， 选材要注意材质不宜太硬， 否

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的危险升高。 若因其它限制垂直要求不能满足 时，应在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个圆角，其半径大于板厚的两倍。

2.7 平缓弯曲准则

陡峭的弯曲需特殊的工具，且成本高。此外，过小的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) 。

图 17

2.8

避免小圆形卷边准则

(a) 不合理结构 (b) 改进结构

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。

图 16

薄板构件的棱边常用卷边结构, 这有多项好处。（1）加强了刚度;（2）避免了锋利的棱边;（3）美观。但卷边应注意两点, 一是半径应大于1.5 倍的板厚; 二是不要完全的圆形,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 ）不合理结构（b）改进结构

图18

2.9槽边不弯曲准则

弯曲棱边和槽孔棱边要相距一定的距离,推荐值是弯曲半径加上2 倍的壁厚。弯曲区受力状态复杂, 且强度较低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。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19

2.10复杂结构组合制造准则

空间结构过于复杂的构件, 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,在非复杂不可的情况下,可用组合构件,即将多个简单的薄板构件用焊接, 螺栓连接等方式组合在一起。图20b 的结构比其图20a 的结构易加工。

a ）不合理结构b）改进结构