鈑金類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原則

我們經(jīng)常用到的五金類零件中常用的金屬材料有不銹鋼、銅、鋁、鋅合金、鎂合金、鋼、鐵等。五金制品根據(jù)加工方式不同常分為冷加工及熱加工類，不同種類的五金成形方法也不一樣，冷加工類如鈑金類材料，主要是通過模具冷沖壓、折彎、拉深等工藝成形。熱加工類如鑄造類零件，主要通過將五金原材料熔化成液態(tài)用模具鑄造而成。一般認(rèn)為，凡是厚度均勻的片材類金屬材料統(tǒng)稱鈑金。常用的鈑金材料有不銹鋼、鍍鋅鋼板、馬口鐵、銅、鋁、鐵等。本文主要來分析一下鈑金類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原則。鈑金特性與工藝要求以上動(dòng)圖為沖壓一、產(chǎn)品厚度均勻的原則鈑金就是厚度均勻的材料，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該要注意，尤其是在折彎比較多的地方，很容易造成厚度不均勻。二、易于展平的原則鈑金件產(chǎn)品是由片材加工而成的，在沒有加工之前，原材料是平整的，所以，在設(shè)計(jì)鈑金件時(shí)，所有折彎及斜面都要能展開在同一個(gè)平面上，相互之間不能有干涉。例如，圖1所示的鈑金件設(shè)計(jì)不合格，原因就是展開后相互干涉。圖1鈑金件展平后會(huì)相互干涉圖三、適當(dāng)?shù)剡x用鈑金件厚度原則鈑金件厚度從0.03-4.00mm各種規(guī)格都有，但厚度越大越難加工，就越需要大的加工設(shè)備，不良率也隨之增加。厚度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際的功能來選擇，在滿足強(qiáng)度及功能的前提下，越薄越好，對(duì)于大部分產(chǎn)品，鈑金件厚度應(yīng)控制在1.00mm以下。四、符合加工工藝原則鈑金件產(chǎn)品要符合加工工藝，要易于制造，不符合加工工藝的產(chǎn)品是制造不出來的，就是不合格的設(shè)計(jì)。五、鈑金類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝要求工藝性：產(chǎn)品在各種加工過程中如沖切、折彎等的難易程度。工藝要求：設(shè)計(jì)鈑金類產(chǎn)品時(shí)應(yīng)符合相關(guān)工藝性?；炯庸し绞接校簺_切、折彎、拉深成形等。1.沖切普通沖切：目前應(yīng)用最多。精密沖切：需要精密的沖切模具及高精度的沖切設(shè)備，成本要高于普通沖切，一般應(yīng)用于比較精密的產(chǎn)品。沖切件的外形盡量簡單，避免細(xì)長的懸臂及狹槽沖切件的凸出或凹入部分的深度和寬度，一般情況下，應(yīng)不小于1.5/t(t為料厚），同時(shí)應(yīng)該避免窄長的切口與過窄的切槽，以便增大模具相應(yīng)部位的刃口強(qiáng)度，如圖2所示。圖2避免窄長的懸臂和凹槽沖切件外形盡量使排樣時(shí)廢料最少，從而減少原料的浪費(fèi)將圖3所示的設(shè)計(jì)改進(jìn)成圖4所示的設(shè)計(jì)，就會(huì)以相同的原料增加產(chǎn)品數(shù)量，從而減少浪費(fèi)，降低成本。圖3原先設(shè)計(jì)圖4改進(jìn)后設(shè)計(jì)沖切件的外形及內(nèi)孔應(yīng)避免尖角尖角會(huì)影響模具的壽命，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要注意在角落連接處倒圓角過渡，圓角半徑R≥0.5t(t為料厚），如圖5所示。圖5倒圓角設(shè)計(jì)沖切件的孔及方孔沖切件的孔優(yōu)先選用圓孔，沖孔時(shí)，受到?jīng)_頭強(qiáng)度的限制，沖孔的直徑不能太小，不然容易損壞沖頭。沖孔最小尺寸與孔的形狀、材料機(jī)械性能和材料厚度有關(guān)。沖孔最小尺寸設(shè)計(jì)時(shí)一般不小于0.40mm，小于0.40mm的孔一般采用其他方式加工，如腐蝕、激光打孔等。沖切的孔間距與孔邊距鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)孔與孔之間、孔與邊距之間應(yīng)有足夠的料件，以免沖壓時(shí)破裂。如圖6所示是最小孔間距及最小孔邊距示意圖，t為鈑金材料厚度。圖6最小孔間距及最小孔邊距示意圖折彎件及拉深件沖孔時(shí)，其孔壁與直壁之間應(yīng)保持一定的距離在拉深產(chǎn)品上沖孔時(shí)，為保證孔的形狀及位置精度，也為了保證模具的強(qiáng)度，其孔壁與直壁之間應(yīng)保持一定的距離，如圖7所示。圖7拉深產(chǎn)品上沖孔鈑金件在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免缺口尖角的設(shè)計(jì)缺口尖角會(huì)造成模具沖頭尖利，容易損壞沖頭，在產(chǎn)品的缺口尖角處也容易產(chǎn)生裂縫。圖8(a)所示產(chǎn)品有尖角，圖8(b)所示是倒了圓角后的尖角，t為鈑金材料厚度。圖8缺口尖角的處理2.折彎折彎的原理：是指在鈑金件上做直邊、斜邊、彎曲等形狀，如將鈑金件彎成L形、U形、V形等。模具折彎：一般用于外形復(fù)雜、尺寸較小、產(chǎn)量多的鈑金產(chǎn)品。折彎機(jī)折彎：一般用于產(chǎn)品外形尺寸較大、小批量生產(chǎn)的鈑金產(chǎn)品。鈑金折彎件最小的彎曲半徑材料彎曲時(shí)，在圓角區(qū)上，外層受到拉伸，內(nèi)層則受到壓縮。當(dāng)材料厚度一定時(shí)，內(nèi)層圓角越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴(yán)重；當(dāng)外層圓角的拉伸應(yīng)力超過材料的極限強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫和折斷；如果彎曲圓角過大，則會(huì)受到材料回彈的影響，產(chǎn)品的精度及形狀得不到保證。彎曲件的直邊高度彎曲件的直邊高度不能太小，否則很難達(dá)到產(chǎn)品的精度要求。一般情況下，最小直邊高度按圖9所示要求來設(shè)計(jì)。圖9最小直邊高度設(shè)計(jì)如果彎曲件直邊高度因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要而小于最小直邊高度設(shè)計(jì)時(shí)，可以在彎曲變形區(qū)內(nèi)加工淺槽后再進(jìn)行折彎，如圖10所示。這種方式的缺點(diǎn)就是降低了產(chǎn)品強(qiáng)度，如果鈑金材料太薄也不適用。圖10

彎曲變形區(qū)內(nèi)加工淺槽折彎件的最小孔邊距折彎件上的孔加工方式有兩種，一種是先折彎后沖孔；另一種是先沖孔后折彎。先折彎后沖孔邊距的設(shè)計(jì)參照沖切件的要求；先沖孔后折彎應(yīng)讓孔處于折彎的變形區(qū)外，不然會(huì)造成孔的變形及開孔處易裂，其基本設(shè)計(jì)要求如圖11所示。圖11折彎件的最小孔邊距鄰近邊折彎時(shí)，應(yīng)與圓角保持一定的距離在靠近折彎圓角邊的鄰近邊折彎時(shí)，折彎邊應(yīng)與圓角保持一定的距離，如圖12所示，距離L≥0.5t，其中t是鈑金厚度。圖12

折彎圓角邊折彎彎曲件的工藝缺口設(shè)計(jì)如果一條邊只有一部分折彎，為了防止裂開及畸形，應(yīng)設(shè)計(jì)有工藝切口，工藝切口寬度不小于1.5t，工藝缺口深度不小于2.0t+R,其中t是鈑金厚度，如圖13所示。圖13工藝缺口設(shè)計(jì)折彎件打死邊的設(shè)計(jì)折彎件打死邊是指折彎的面與底面平行，俗稱打死邊。打死邊的前道工序是將折彎邊折彎成一定的角度，然后打死貼合。打死邊的死邊長度與材料的厚度有關(guān)，一般死邊最小長度L≥3.5t+R，其中t為鈑金材料厚度，R為打死邊前道工序的最小內(nèi)折彎半徑。彎曲件的工藝孔設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)U形彎曲件時(shí)，兩彎曲邊最好一樣長，以免彎曲時(shí)產(chǎn)品偏移而產(chǎn)生廢品，如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不允許兩邊一樣長，為保證產(chǎn)品在模具中準(zhǔn)確定位，應(yīng)預(yù)先在設(shè)計(jì)時(shí)添加工藝定位孔，特別是多次彎曲成形的零件，必須設(shè)計(jì)工藝孔為定位基準(zhǔn)，以減少累計(jì)誤差，保證產(chǎn)品質(zhì)量，如圖14所示。圖14彎曲件的工藝孔設(shè)計(jì)3.拉深鈑金件拉深：將鈑金件拉深成四周有側(cè)壁的圓形或者方形、異形等形狀的工藝，如鋁制的洗臉盆、不銹鋼杯等。鈑金件拉深注意事項(xiàng)（1）拉伸件的底與壁之間的最小圓角半徑應(yīng)大于板厚，即r?>t；為了使拉深進(jìn)行得更順利，一般取r?=(3～5)t，最大圓角半徑應(yīng)小于板厚的8倍，即r?。（2）拉深件凸緣與壁之間的最小圓角半徑應(yīng)大于板厚的2倍，即r?>2t；為了使拉深進(jìn)行得更順利，一般取r?=5t，最大圓角半徑應(yīng)小于板厚的8倍，即r?

。圖15圓形無凸緣拉深件一次成形時(shí)高度與直徑的尺寸關(guān)系（3）矩形拉深件相鄰兩壁間的最小圓角半徑應(yīng)取r?≥3t，為了減少拉深次數(shù)，盡可能取r?≥1/5H，以便一次拉深完成。（4）拉深件由于各處所受應(yīng)力不同，使拉深后，材料厚度發(fā)生變化。一般，底部中央保持原來厚度，底部圓角處材料變薄，頂部靠近凸緣處材料變厚；矩形拉深件四周圓角處材料變厚。在設(shè)計(jì)拉深產(chǎn)品時(shí)，在