钣金类产品设计的基本准则及工艺要求

  钣金类产品设计的基本原则：

  在进行产品结构设计时，经常用到五金类零件，常用的金属材料有不锈钢、铜、铝、锌合金、镁合金、钢、铁等。

  五金制品根据加工方式不同分为冷加工及热加工类，不同种类的五金成型方法也不一样，冷加工类如钣金类材料，主要通过模具冷冲压、折弯、拉伸等工艺成型。热加工类铸造类零件，主要通过将五金原材料融化成液态用模具铸造而成。

  一般认为，凡是厚度均匀的片材类金属材料统称钣金。常用的钣金材料有不锈钢、镀锌板钢板、马口铁、铜、铝、铁等。

  钣金类产品加工方式常有冲裁、折弯、拉伸、成型等，钣金类产品结构设计的基本原则如下：

  (1)产品厚度均匀的原则

  钣金就是厚度均匀的材料，在结构设计时应该要注意，尤其是在折弯比较多的地方，很容易造成厚度不均匀。很多三维软件中有钣金设计模块，采用这些模块进行专业性设计就不会出现设计的产品厚度不均匀的情况。

  (2)易于展平的原则

  钣金件产品是由片材加工而成的，在没有加工之前，原材料是平整的，所以，在设计钣金件时，所有折弯及斜面都要能展开在同一平面上，相互之间不能有干涉。

  (3)适当地选用钣金件厚度原则

  钣金件厚度从0.03~4mm各种规格都有，但厚度越大越难加工，就需要更大的加工设备，不良率也随之增加。

  厚度应根据产品实际的功能来选择，在满足强度及功能的前提下，越薄越好，对于大部分产品，钣金件厚度应控制在1mm以下。

  (4)符合加工工艺原则

  钣金件产品要符合加工工艺，要易于制造，不符合加工工艺的产品是制造不出来的，就是不合格的设计。

  钣金类产品设计的工艺要求：

  钣金件产品的工艺性就是产品在各种加工过程中如冲裁、折弯等的难易程度，其工艺要求就是设计钣金类产品是应符合这些工艺性。

  一：冲裁

  冲裁分为普通冲裁和精密冲裁，由于加工方法的不同，冲裁件的加工工艺性也有所不同，精密冲裁需要精密的冲裁模具及高精度的冲裁设备，成本要高于普通冲裁，一般应用于比较精密的产品。目前，应用最多的就是普通冲裁

  (1)冲裁件的外形尽量简单，避免细长的悬臂及狭槽

  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)，同事应该避免窄长的切口和过窄的切槽，以便增大模具相应部分的刃口强度

  (2)冲裁件外形尽量是排样时废料最少，从而减少原料的浪费

  (3)冲裁件的外形及内孔应避免尖角(R≥0.5t且≥0.8mm)

  (4)冲裁件的孔及方孔

  镀锌板、冷轧板、不锈钢：圆孔直径≥1.3t 方孔短边≥1.2t

  低碳钢、黄铜板：圆孔直径≥1.0t 方孔短边≥1.0t

  铝板：圆孔直径≥0.8t 方孔短边≥0.6t

  冲孔最小尺寸设计时一般不小于0.4mm，小于0.4mm的孔一般采用其他方式加工，如腐蚀、激光打孔等

  (5)冲裁的孔间距与孔边距

  (6)折弯件及拉深件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离

  在拉深产品上冲孔时，为保证孔的形状及位置精度，也为了保证模具的强度，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离

  (7)钣金件在设计时尽量避免缺口尖角的设计

  缺口尖角会造成模具冲头尖锐，容易损坏冲头，在产品的缺口尖角处也容易产生裂缝(R≥0.5t且≥0.8mm)

  二：折弯

  钣金件的折弯，是指在钣金件上做直边、斜边、弯曲等形状，折弯加工可采用模具折弯及专业的折弯机折弯，模具折弯一般用于外形复杂、尺寸较小、产量多的钣金产品，折弯机折弯一般用于产品外形尺寸较大、小批量生产的钣金产品。

  (1)钣金折弯件最小的折弯半径

  (2)弯曲件的直边高度

  弯曲件的直边高度不能太小，否则很难达到产品的精度要求(h≥R+2t)

  如果弯曲件直边高度因为产品结构需要而小于最小直边高度设计时，可以在弯曲变形区内加工浅槽后再进行折弯(缺点：降低的产品强度，钣金料太薄不适合用)

  (3)折弯件的最小孔边距

  先折弯后冲孔：孔边距≥R+0.5t

  先冲孔后折弯：孔边距≥R+1.0t

  (4)在靠近折弯圆角边的邻近边折弯时，折弯边应与圆角保持一定的距离(≥0.5t)

  (5)弯曲件的工艺缺口设计

  如果一条边只有一部分折弯，为防止裂开及畸形，应设计有工艺切口，工艺切口宽度不小于1.5t，工艺切口深度不小于2.0t+R

  (6)折弯件打死边的设计

  折弯件打死边是指折弯的面与地面平行，打死边的前道工序是将折弯边折弯成一定的角度，然后打死贴合(死边最小长度≥3.5t+R)(R为打死边前道工序的最小内折弯半径)

  (7)弯曲件的工艺工设计

  在设计U形弯曲件时，两弯曲边最好一样长，以免弯曲时产品偏移而产生废品，如果因为结构设计不允许两边一样长，为保证产品在模具中准确定位，应预先在设计时添加工艺定位孔，特别是多次弯曲成型的零件，必须设计工艺孔为定位基准，以减少累计误差，保证产品质量

  (三)拉伸

  钣金件的拉伸是指将钣金件拉伸成四周有侧壁的圆形或者方形、异形等形状的工艺，如铝制的洗脸盆、不锈钢杯等

  (1)拉伸件圆角半径大小要求如下图所示

  (2)圆形无凸缘拉伸件一次成型时，其高度与直径的尺寸关系要求

  圆形无凸缘拉伸一次成型时，高度H和直径d之比应小于或等于0.4。

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