钣金设计指南

钣金设计指南目录Ⅰ、设计小知识………………………………………………………………………………………3一、功能要求…………………………………………………………………………………………3二、工艺要求…………………………………………………………………………………………31、冲裁……………………………………………………………………………………………32、折弯……………………………………………………………………………………………73、钣金件的连接…………………………………………………………………………………124、其它工艺………………………………………………………………………………………16三、装配要求…………………………………………………………………………………………17四、成本要求…………………………………………………………………………………………18五、材料的选择………………………………………………………………………………………18六、金属冲压件的公差………………………………………………………………………………18Ⅱ、钣金常用机构形式………………………………………………………………………………191、冲裁………………………………………………………………………………………………3第2页共25页Ⅰ、设计小知识钣金件的设计除了要考虑功能要求外，还得考虑工艺要求、装配要求、成本要求。与铸、锻件相比，钣金件所做成的产品有较高的强度、较轻的结构重量；加工简便，所用的设备简单；外形平整，加工余量少，可减轻重量，缩短生产周期，降低成本。一、功能要求功能要求主要是满足系统的结构要求、强度要求、屏蔽要求、接地导电性能等。系统的结构是一个系统的硬件、PCB板、线材、电源等空间放置的位置、形式、连接装配方式等。钣金件由于其良好的强度、钢度、加工性、导电性，通常是用来负责支承起系统中大部分的硬件、PCB板、线材、电源等。硬件的放置形式多种多样，其要求也会有所不同。机械强度是钣金件设计中最重要的一环。因为系统中大部分的重量靠钣金件来支承，钣金件的机械强度出现问题，系统中整个强度就会出问题。医疗仪器一般需要做震动测试，跌落实验，碰撞实验，冲击实验等，有的机器甚至要求强度做到能承受100g的冲击，这就需要足够的机械强度和钢度。尤其是那些需要支承悬空的硬件的钣金件，和起主要支承作用的支架等，更必须有更好的强度。通常设计大型的系统如B超、CT机、检验设备，通信用的机箱机柜等，会先设计起支承用的支架框架。这样的支架框架可选用型材（如铝型材），也可选用比较厚的钣金件折弯成“∏”或“□”形。一般情况，增加一个折弯会使钢度增加几倍。二、工艺要求钣金件的加工设备主要有数控冲床，折弯机，冲床，剪裁机，铣床，钻床，焊接设备等（附表中是迈讯的机器设备统计）。钣金成形可归纳为压缩类成形、伸长类成形和弯曲类成形三种基本类型。钣金件加工中的矫形、弯曲、卷板、冲裁、拉深等工序，都是利用金属在常温下产生的塑性变形而成为所需的形状。因此，金属的塑性变形是金属成形的基础。第3页共25页金属在冷状态下受外力作用时，其形状和尺寸将发生变化，这种变化可以是弹性的，也可以是塑性的。当外力解除后，能恢复其原来的形状和尺寸的就是弹性变形，反之就是塑性变形。金属塑性变形最基本的形式就是滑移。1、冲裁冲裁是利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方式，主要设备是冲床。可以制成成品零件，也可作为弯曲、拉深、和成形等工艺准备毛坯。冲裁分为落料和冲孔两种。利用冲裁取得一定的外形的制件或坯料的冲压方法就是落料；反之，得到带孔的的就是冲孔。板料分离的变形过程分为三个阶段：弹性变形阶段，塑性变形阶段，剪裂阶段。在冲出孔的上部，有细微圆角，称圆角带。这是当冲裁过程中塑性变形开始时，由金属纤维的弯曲变形和拉伸而造成的。连接圆角带的是光亮的切割部分，称作光亮带，它是在金属产生塑性变形时形成的。光亮带下面是粗糙的表面，称为断裂带，它是由于拉应力的作用，使金属纤维断裂而形成的。在冲裁件或废料上，也有类似的三个部分，但其分布位置的上下次序恰好相反。冲裁件的尺寸精度主要是靠模具保证的，所以如果开模件的质量比较稳定，制件的互换性较好，一般不需要进一步的机械加工，即可满足装配和使用要求，材料的利用率较高，操作简便。在大批量生产时采用冲裁，能显著地提高生产效率，易实现机械化和自动化。冲裁间隙是指凹模和凸模之间的尺寸差。冲裁间隙是一个重要的工艺参数，其大小除对冲裁件的断面质量和尺寸精度有影响外，还会对冲裁力和模具寿命有直接影响。表1冲裁间隙的影响项目影响情况大间隙正常间隙小间隙断面质量圆角大，毛刺大，撕裂角大圆角正常，无毛刺，能满足一般冲压件要求圆角小，有毛刺，断面与板料平面垂直冲裁力小适中大模具寿命降低适中小制作尺寸外形尺寸小于凹模尺寸，内形尺寸大于凸模尺寸尺寸适中外形尺寸大于凹模尺寸，内形尺寸小于凸模尺寸卸料力和推件力减小合适增大模具制造容易制造，若采用线一般不易制造第4页共25页切割机床加工凹凸模一次可加工成形力态分布挤压作用减弱，侧压力稍有降低近于纯剪切板料对模具的挤压力强，侧压力和摩擦力大，并随切入量增加而增大，直到撕裂时下降用模具直接下料时，冲裁件的直角处通常可以做成圆角，不仅模具寿命会沿长，零件做出来也不会留下安全隐患；直接用数控冲床加工时，因圆角较难加工，可以做成45°倒角。冲裁精度：钣金件的内外形的经济精度为GB7∽8级，一般要求落料件的精度最好低于5级，冲孔件低于4级。下表是冲孔后的孔距公差△l。表2孔的间距冲裁精度△l冲模型式料厚孔距L≤1mm＞1∽2mm＞2∽4mm＞4∽6mm一般冲模＜50mm±0.10±0.12±0.15±0.20＞50∽150mm±0.15±0.20±0.25±0.30＞150∽300mm±0.20±0.30±0.35±0.40高级冲模＜50mm±0.03±0.04±0.06±0.08＞50∽150mm±0.05±0.06±0.08±0.10＞150∽300mm±0.08±0.10±0.12±0.15注：我们公司外协厂商所用的数控冲床都属于一般冲模，只有用精密模具做的冲孔模才能达到上表中高级冲模的公差。并且只适用于两个孔同时冲出的情况。冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜过小，其合理数值可参考表下表：表3冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度第5页共25页材料冲裁件的凸出悬臂和凹槽的最小宽度B硬钢(1.3—1.5)t黄铜、软铜(0.9—1.0)t紫铜、铝(0.75—0.8)t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。表4冲裁件的最小孔径材料钢τ0＞70Kg／mm2d≥1.5ta≥1.35ta≥1.1ta≥1.2t钢τ0=40—70Kg／mm2d≥1.3ta≥1.2ta≥0.9ta≥t钢τ0＜40Kg／mm2d≥ta≥0.9ta≥0.9ta≥0.8t黄铜、铜d≥0.9ta≥0.8ta≥0.6ta≥0.7t铝、锌d≥0.8ta≥0.7ta≥0.5ta≥0.6t纸胶板、布胶板d≥0.7ta≥0.6ta≥0.4ta≥0.5t硬纸、纸d≥0.6ta≥0.5ta≥0.3ta≥0.4t冲裁件的外形或内孔应避免尖锐的清角，在各直线或曲线的连接处，除属于无废料冲裁，宜有适当的圆角，其半径R的最小值见下表:表5冲裁半径第6页共25页冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其许可值见下图1图12、折弯折弯主要由折弯机或手工来完成。第7页共25页板料在弯曲过程中外层受到拉应力，内层受到压应力，从拉到压之间有一既不受拉力又不受压力的过渡层称为中性层；中性层在弯曲过程中的长度和弯曲前一样，保持不变，所以中性层是计算弯曲展开长度的基准。展开长度的基本公式：展开长度=两个折弯边长度之和+补偿量中性层位置与变形程度有关，当弯曲半径较大，折弯角度较小时，变形程度较小，中性层位置靠近板料厚度的中心处；当弯曲半径较小，折弯角度增大时，变形程度随之增大，中性层位置逐渐向弯曲中心的内侧移动。(做产品设计时可以用Pro-E等软件来计算出的近似的展开长度)在折弯有撕裂的地方，一般需要留有工艺口（见图1）。用数控冲床加工时，工艺口的宽度由加工厂的刀宽（冲头）决定，但一般不小于钣金件的料厚，最小不小于１.５—2mm宽。如果没有特殊的要求，图纸上可以不标注详细的尺寸和公差。图2图3图4拐角处的折弯用图3的方式，会留下一个缺口，焊接时会出现焊穿或焊渣过大的情况。改为图4的方式设计为好，能封闭内部结构，焊接时只要点焊就很结实了，美观大方。折弯能很好的增加钣金零件的强度，当强度不足时，一般不用去改变钣金件的厚度，加折弯就可以解决强度问题。（如图5）H2tH2t压槽图5图6工艺口第8页共25页弯曲件的尺寸精度取GB7∽8级。弯曲件的弯边的直线高度：1)当弯曲成90°角时，为保证弯边能顺利地弯曲，必须使弯边的直线高度不小于2倍料厚。若小于2倍料厚则必须压槽（图6），或加长高度，弯曲后再铣去，否则不能保证角度要求。2)图7的左边（a）零件是不正确的支臂结构，在侧面弯边的斜边一直沿伸到变形区域，所以斜边与变形区域交界部分的弯曲直线高度小于2t的部分在弯曲时不可能达到要求的角度，因此工件的形状必须改变，加高其弯边的高度尺寸，如图6右（b）所示。图7图8弯曲件的孔边距离：a)、先冲孔再折弯：弯曲有孔的毛坯时，如果孔位于弯曲区附近，则在弯曲时孔的形状会发生变形，为了避免这种缺陷的出现，必须使这些孔分布在变形区域之外(图8)，从孔边到弯曲半径r中心的距离取为：当t＜2mm时，L≥t；当t≥2mm时，L≥2t。如果是螺纹孔或有装配要求的光孔，而距离没有达到上述要求，则螺纹须在折弯完成后加工，否则螺纹会因拉伸变形而失效。b)、先折弯再冲孔：在弯曲件或拉延件上冲孔时，其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离)，距离太小时，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：L≥0.5t。图9弯曲件的尺寸精度第9页共25页弯曲件的尺寸，由于影响因素较多，一般不属配合的尺寸，其精度取10级公差绝对值的一半并冠以“±”号，但最小精度偏差不得小于表6中所列的直线尺寸公差值和角度公差值，如超过表列数值必须在弯曲后进行手工校正。表6弯曲件的尺寸材料厚度t尺寸B尺寸A（毫米）≤1818~3030~5050~8080~120120~180180~260260~360360~500毫米尺寸A精度等级(GB)≤1≤1008100~2008200~4008400~70091~3≤1008100~2008200~4009400~70093~6≤1009100~2009200~40010400~70010对于内弯角小于60°的弯曲，为了避免撕裂和畸变，应开止裂槽或切口。图10(b)和图10(d)是开止裂槽的情形，图10(e)是开止裂切口的情形。图10(e)和图7(f)是在复杂弯曲件上开止裂槽的情形，图10(g)和图10(h)是切口弯曲的情形。图10(i)是冲方孔后弯曲成形。对剪裁的条料或毛料，剪裁边缘的硬度一般提高20-30％，若不开止裂槽，比退火料更容易开裂。第10页共25页切槽端头可以做成呈半圆形，半径最小为t。其深度，即半圆端到起始弯曲的距离为0.75-1.5mm，这样才可以在弯曲时不引起畸变。也可以做成长方形。图10一般弯角都呈圆形，其半径与钣金件的材质、板厚、成型条件等有关，一般可以在图纸上不需要标注具体的尺寸。如要得到比较尖的弯角，可采用如图11所示的方法，将弯曲部分铣去31—21的厚度t。图11第11页共25页3、钣金件的连接常见的钣金件的冷作工艺的连接方法有：咬缝连接、铆接、焊接、螺钉连接、预埋(胀接)等。咬缝连接：咬缝连接就是将薄板的边缘相互折转扣合压紧的连接方法。咬缝连接不需要特殊的设备，当板较薄尤其不适宜用焊接时，这种连接更能显示出其优越性。其致密性较好，连接又十分可靠，所以对厚度在1mm以下的钣金结构，常可以选用咬缝连接。如我们常见的铁桶就是用这种联接方式。铆接：借助铆钉形成的不可