鈑金零件結構設計規(guī)范與工藝合理性要求

PAGE1前言鈑金件是目前最主要，也是最常見的一種結構件設計形式，它是由鈑金材料經(jīng)過沖壓加工而成的。鈑金件的幾何形狀、尺寸及加工精度的合理與否直接影響了零件的加工工藝，而加工工藝又對材料、工序、模具壽命、產品質量和產品成本產生制約。本文重點介紹了鈑金類結構件在設計中應遵循的設計規(guī)范和相關工藝合理性要求，可為鈑金類結構零件的詳細設計提供指導。目前鈑金件的基本加工方法有：沖裁、折彎、拉伸、成型等。以下將分別按鈑金件的幾種加工方法進行逐一說明。（文中的圖例只表示設計規(guī)范及工藝要求，而不表示具體零件的結構設計圖）、沖裁沖裁分為普通沖裁和精密沖裁。目前在電子通信產品的結構件中通常是采用普通沖裁。下面所列出的沖裁工藝，是指普通沖裁的結構工藝性。1.1、沖裁件的形狀和尺寸應盡可能簡單、對稱。沖裁件形狀、尺寸簡單、對稱，可使沖裁排樣時的廢料最少，有利于節(jié)約用料。圖例1圖例1沖裁件的排樣1.2、沖裁件的外形及內孔應避免尖角。對于沖裁件的外形及內孔，其直線或曲線的連接處應有圓弧連接過渡，通常圓弧半徑R≥0.5t。（t為材料厚度）圖例2圖例2沖裁件外形及內孔的連接過渡圓角1.3、沖裁件應避免窄長的懸臂或凹槽沖裁件的凸出或凹入部分的長度和寬度，一般情況下，都應大于1.5t(t為材料厚度)。同時應避免窄長的切口與和過窄的切槽，以增大模具相應切口部位的刃口強度，提高模具的壽命，降低模具加工的難度。圖例3圖例3避免窄長的懸臂和凹槽1.4、沖孔形狀和最小尺寸要求沖孔的形狀應優(yōu)先選用圓形孔，同時沖孔最小尺寸與孔的形狀、材料機械性能和材料厚度有關。圖例4圖例4沖孔形狀示例表1沖孔最小尺寸材料圓孔直徑b矩形孔短邊寬b高碳鋼1.3t1.0t低碳鋼、黃銅1.0t0.7t鋁0.8t0.5t注：t為材料厚度，沖孔最小尺寸一般不小于0.3mm。高碳鋼、低碳鋼對應的常用材料牌號列表參見第5章的附錄。1.5、沖裁的孔間距及孔邊距零件的沖孔邊緣到零件材料邊緣的最小距離與零件和孔的形狀有關，參見圖例5。其中，當沖孔邊緣與零件外形邊緣不平行時，最小距離a應大于材料厚度t；而當沖孔邊緣與零件外形邊緣平行時，最小距離b應大于1.5t。圖例5沖裁件孔邊距、孔間距示意圖1.6、折彎件及拉伸件中的沖孔在折彎件或拉伸件中沖孔時，其孔壁與零件直壁之間的距離與內圓角半徑和材料厚度有關。參見圖例6。圖例6折彎件或拉伸件中孔壁與零件直壁間的距離1.7、螺釘、螺栓及鉚釘?shù)倪^孔和沉頭孔螺釘、螺栓及鉚釘?shù)倪^孔和沉頭孔的結構尺寸通常按所對應的表2、表3、表4選取。對于沉頭螺釘、沉頭鉚釘?shù)某令^孔，如果因鈑金材料的厚度過小而難以同時保證過孔尺寸d2和沉孔尺寸D，應優(yōu)先保證過孔尺寸d2。表2螺釘、螺栓的過孔尺寸表3沉頭螺釘?shù)某令^座孔及過孔尺寸（要求鈑金材料厚度t≥h）如果鈑金材料厚度t<h，則需要考慮在與其相連的零件上設計避讓倒角或其他形式的避讓凹槽。表4沉頭鉚釘?shù)某令^孔及過孔尺寸（要求鈑金材料厚度t≥h）如果鈑金材料厚度t<h，則需要考慮在與其相連的零件上設計避讓倒角或其他形式的避讓凹槽。1.8、沖裁件毛刺的限值及圖紙設計要求鈑金材料沖裁后會在一側平面上形成毛刺，為了保證零件的表面質量，防止造成不必要的傷人、傷物問題，通常對沖裁件的毛刺高度會有限制要求。參見表5。表5沖裁件的毛刺高度限值（mm）材料厚度材料抗拉強度（N/mm2）＞100～250＞250～400＞400～630＞630fmgfmgfmgfmg＞0.7～1.00.120.170.230.090.130.170.050.070.10.030.040.05＞1.0～1.60.170.250.340.120.180.240.070.110.150.040.060.08＞1.6～2.50.250.370.50.180.260.350.110.160.220.060.090.12＞2.5～4.00.360.540.720.250.370.50.20.30.40.090.130.18注：f級（精密級）適用于要求較高的零件；m級（中等級）適用于中等要求的零件；g級（粗糙級）適用于要求較低的零件。在零件設計圖紙中，通常對于零件的外表面、線纜過孔、人手容易觸摸到的邊緣等處需要進行去毛刺處理。、折彎2.1、折彎件的最小彎曲半徑鈑金材料彎曲時，在其圓角區(qū)，外層受到拉伸，內層則受到壓縮。當材料厚度一定時，內r越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴重；當外層圓角的拉伸應力超過材料的極限強度時，就會產生裂縫和折斷，因此，彎曲零件的結構設計，應避免過小的彎曲圓角半徑。常用材料的最小彎曲半徑見下表。表6常用金屬材料最小折彎半徑序號材料最小彎曲半徑08、08F、10、10F、SECC-N2、SPCC、SPTE、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1100-H24、T20.4t15、20、Q235、Q235A、15F0.5t25、30、Q2550.6t1Cr13、H62(M、Y、Y2、冷軋)0.8t45、501.0t55、601.5t65Mn、60SiMn、1Cr17Ni7、1Cr17Ni7-Y、1Cr17Ni7-DY、SUS301、0Cr18Ni9、SUS3022.0t注：彎曲半徑是指彎曲件的內側半徑,t是材料厚度。M為退火狀態(tài)，Y為硬狀態(tài)，Y2為1/2硬狀態(tài)。2.2、折彎件的直邊高度2.2.1、一般情況下的直邊最小高度折彎件的直邊最小高度應：h＞2t，t為材料厚度。圖例7圖例7折彎件的直邊高度最小值2.2.2、特殊要求的直邊高度加工方法如果設計需要折彎件的直邊高度h≤2t,，則首先要加大折邊高度，折彎后再加工到所需要的尺寸；或者在折彎變形區(qū)內首先加工出工藝壓槽后，再折彎。參見圖例8圖例8特殊情況下的直邊高度要求2.2.3、折彎件的側邊帶有斜角時的直邊高度要求當折彎件的側邊帶有斜角時（見圖例8），其側面的直邊最小高度要求為：h=（2～4）t＞3mm圖例9折彎側邊帶有斜角的直邊高度要求2.3、折彎件的孔邊距一般要求當加工工序采用先沖孔后折彎時，孔的位置應設計在折彎變形區(qū)外，以避免折彎時孔發(fā)生變形?？妆谥琳蹚澾叺木嚯x，參見表7。表7折彎件孔邊距的一般要求2.4、局部折彎的工藝切口2.4.1、局部折彎的設計處理方法當局部折彎某一段邊緣時，為了防止尖角處應力集中而產生彎裂，可將折彎線移動一定距離，以避開尺寸突變處（圖例10-a)；或采用開工藝槽的方法處理（圖例10-b)。尺寸要求：S≥R；槽寬k≥t；槽深L≥t+R+k/2。圖例10局部折彎的設計處理方法2.4.2、當孔位于折彎變形區(qū)內的切口形式當孔在折彎變形區(qū)內時，可采用的切口形式，如圖例11所示。圖例11孔在折彎變形區(qū)內時的切口形式2.5、帶斜邊的折彎邊應避開變形區(qū)對于帶有斜邊的折彎件，其折彎邊應避開折彎變形區(qū)。圖例12圖例12帶斜邊的折彎邊應避開變形區(qū)2.6、打死邊的寬度要求打死邊的死邊允許最小寬度與材料厚度t及最小折彎內徑R有關。如圖例13所示，通常打死邊的最小寬度L≥3.5t+R。其中t為材料厚度，R為打死邊前道工序的最小折彎內徑R。圖例13打死邊的最小寬度要求2.7、設計添加的工藝定位孔為保證折彎毛坯材料在模具中能準確定位，防止折彎時毛坯材料應偏移而產生廢品，一般會預先在設計時添加工藝定位孔。特別是多次折彎成形的零件，均須按工藝孔為定位基準，以減少累計誤差，保證產品質量。圖例14圖例14多次折彎時設計添加的工藝定位孔2.8、設計標注折彎件相關尺寸時，應考慮加工的工藝要求如下圖例15所示：a）為先沖孔后折彎，尺寸L的精度容易保證，加工方便。b）和c)如果尺寸L精度要求高，則需要先折彎后加工孔，此種加工方式相對比較麻煩。圖例15折彎件尺寸標注示例2.9、折彎件的回彈影響折彎件的回彈因素很多，主要包括：材料的機械性能、材料厚度、折彎半徑以及折彎時的正壓力等。2.9.1、折彎件的回彈量定性分析折彎件的內圓角半徑與板材厚度之比越大，回彈就越大。2.9.2、設計上的抑制回彈方法折彎件的回彈，目前主要還是由生產廠家在模具設計時，通過采取一定的措施來進行規(guī)避。而設計上，也可以通過改進某些結構使回彈角減小。如圖例16所示：在折彎區(qū)通過壓制加強筋，不僅可提高零件的剛度，還有利于抑制零件回彈。圖例16設計上抑制回彈的方法示例3、拉伸3.1、拉伸件底部的圓角半徑要求如圖例17所示，拉伸件底部與直壁之間的圓角半徑應大于材料厚度t，即r1≥t。同時，為了使拉伸能夠進行得更加順利，一般取r1=(3～5)t，而最大圓角半徑應小于或等于8倍的材料厚度，即r1≤8t。圖例17拉伸件圓角及圓形拉伸件內腔直徑要求3.2、拉伸件凸緣與壁之間的圓角半徑如上圖例17所示，拉伸件凸緣與壁之間的圓角半徑應大于材料厚度t的2倍，即r2≥2t。同時，為了使拉伸能夠進行得更加順利，一般取r2=(5～10)t，而最大凸緣半徑應小于或等于8倍的材料厚度，即r2≤8t。3.3、圓形拉伸件的內腔直徑圓形拉伸件的內腔直徑應取D≥d+10t，（t為材料厚度）以便在拉伸時壓板能壓緊毛坯材料而不致發(fā)生起皺現(xiàn)象。參見圖例173.4、矩形拉伸件相鄰兩壁間的圓角半徑如圖例18所示，矩形拉伸件相鄰兩壁間的圓角半徑應取r3≥3t，（t為材料厚度）。為了減少拉伸次數(shù)應盡可能取r3≥H/5，以便一次拉出來。圖例18矩形拉伸件相鄰兩壁間的圓角半徑3.5、圓形無凸緣拉伸件一次成形時，其高度與直徑的尺寸關系要求當圓形無凸緣拉伸件需要一次成形時，零件高度H和直徑d之比應小于或等于0.4，即H/d≤0.4，如圖例19所示。圖例19圓形無凸緣拉伸件一次成形時，高度與直徑的尺寸關系3.6、拉伸件尺寸標注的注意事項由于拉伸件在拉伸時各處所受的應力各不相同，拉伸后的材料厚度會發(fā)生變化。一般來說，底部中央會保持原來的材料厚度，底部圓角處的材料變薄，頂部靠近凸緣處的材料會變厚，矩形拉伸件四周圓角處材料變厚。3.6.1、拉伸件的尺寸標注要求在拉伸件的設計圖紙中，尺寸應明確注明必須保證外部尺寸或內部尺寸，不能同時標注內外尺寸。3.6.2、拉伸件的尺寸公差標注方法拉伸件凹凸圓弧的內半徑以及一次成形的圓筒形拉伸件的高度尺寸公差應為雙面對稱偏差，其偏差值取GBIT16級精度公差絕對值的一半，并冠以±號。4、成型4.1、加強筋在板狀金屬零件上進行壓筋處理，有助于增加結構剛性，常見加強筋結構及其尺寸關系。參見下表8。表8常見加強筋結構及其尺寸關系4.2、打凸間距和凸包邊距的最小尺寸對于打凸間距和凸包邊距的最小尺寸，通常按表9的數(shù)據(jù)選取。表9打凸間距和凸包邊距的最小尺寸4.3、百葉窗百葉窗常用于機柜、機箱或機盒的外殼上，起到通風散熱作用。其成型方法是借助于凸模的一邊刃口將材料切開，而凸模的其余部分將材料同時進行拉伸變形，從而形成一邊開口，一邊相連的起伏形狀。百葉窗的典型結構形式參見圖例20。百葉窗的尺寸設計要求如下：a≥4t；b≥6t；h≤5t；L≥24t；r≥0.5t。t為材料厚度。圖例20百葉窗的結構形式4.4、孔翻邊孔翻邊形式較多，這里主要是介紹最常用的帶螺紋孔的內孔翻邊，如圖例21所示。圖例21帶螺紋孔的內孔翻邊結構示意圖有關帶螺紋孔的內孔翻邊結構尺寸參數(shù)，參見表10。表10帶螺紋孔的內孔翻邊結構尺寸參數(shù)螺紋材料厚度t翻邊內孔D1翻邊外孔d2凸緣高度h預沖孔直徑D0凸緣圓角半徑RM30.82.553.381.61.90.613.251.62.20.53.381.81.93.5221.23.381.9220.63.52.161.51.53.52.41.70.75M413.354.4622.30.51.24.351.922.70.64.52.162.34.652.41.51.54.462.42.50.754.652.71.824.562.22.41M51.24.255.62.430.61.55.462.42.50.755.62.735.7532.525.533.22.415.753.62.72.55.7543.11.25M61.55.17.033.60.7526.73.24.217.03.63.67.342.52.57.042.81.257.34.5337.04.83.41.55、附錄附錄A：鈑金類零件部分常用材料表序號材料種類常用的材料牌號材料規(guī)格（mm）材料大類1熱浸鋅板GISt02Z0.8,1.0,1.2,1.5,2.0,2.5,3.0低碳鋼2覆鋁鋅板CS（TAPEA）低碳鋼3耐指紋電鍍鋅鋼板SECC低碳鋼4冷軋鋼板SPCC低碳鋼5磷化鍍鋅鋼板SECC-P低碳鋼6冷軋鋼板08F低碳鋼7冷軋鋼板08低碳鋼8冷軋鋼板10F低碳鋼9冷軋鋼板10低碳鋼10冷軋鋼板15F低碳鋼11熱軋鋼板Q235A3.0，4.0，6.0低碳鋼12熱軋鋼板20低碳鋼13熱軋鋼板35低碳鋼14熱軋鋼板25低碳鋼15鍍錫鋼板（馬口鐵）SPTE2.8/2.8T-2.50.4低碳鋼16彈簧鋼板（熱軋）65Mn0.1高碳鋼17不銹鋼板/帶(冷軋)1Cr130.8低碳鋼18不銹鋼板/帶(冷軋)0Cr18Ni9Ti0.2,0.3低碳鋼19不銹鋼帶(冷軋)SUS3010.06，0.08，0.1高碳鋼20冷軋鋁板（防銹鋁）LF2，LF31.0,1.2,1.5,2.0,2.