钣金件常用设计技巧
前 言
钣金件在汽车表面覆盖件和内部结构件上有广泛的应用，以控制器结构工程师为主业的我，时刻承担着降本的压力。在调研了各种方案后，发现同行们已有将控制器上盖改成了钣金冲压件的成功案例，为了自己在设计过程中不犯低级错误，我查阅资料，将钣金件设计常用技巧陈列于此，与所有同行的朋友们共同温习一番。
钣金加工主要有四大工艺：冲裁、折弯、拉伸、成形。每一种工艺对设计上均有各自的规范要求，下面我们就从这四个方面，分别进行简单的阐述。
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。电机控制器上盖等结构件一般只用到普通冲裁。下面就只介绍我们能用到的普通冲裁的结构工艺性。冲裁件的形状和尺寸尽可能简单对称，使排样时废料最少。冲裁件的外形及内孔应避免尖角。在直线或曲线的连接处要有圆弧连接，圆弧半径R≥0.5t。（t为材料壁厚）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。冲孔优先选用圆形孔，冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关。材料
| 圆孔直径b
| 矩形孔短边宽b
|
高碳钢
| 1.3t
| 1.0t
|
低碳钢、黄铜
| 1.0t
| 0.7t |
铝
| 0.8t
| 0.5t
|
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，见下图。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。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。螺钉、螺栓过孔和沉头座的结构尺寸按下表选取。对于沉头螺钉的沉头座，如果板 材太薄难以同时保证过孔d2和沉孔D，应优先保证过孔d2。冲裁件毛刺超过一定的高度是不允许的，冲压件毛刺高度的极限值(mm)见下表。折弯件的最小弯曲半径材料弯曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定时，内r越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件的结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。公司常用材料的最小弯曲半径见下表。弯曲件的直边高度不宜太小，最小高度按（下图）要求：h＞2t。如果设计需要弯曲件的直边高度h≤2t,，则首先要加大弯边高度，弯好后再加工到需要尺寸；或者在弯曲变形区内加工浅槽后，再折弯（如下图所示）。当弯边侧边带有斜角的弯曲件时（下图），侧面的最小高度为：h=（2～4）t＞3mm孔边距：先冲孔后折弯，孔的位置应处于弯曲变形区外，避免弯曲时孔会产生变形。孔壁至弯边的距离见表下表。局部弯曲某一段边缘时，为了防止尖角处应力集中产生弯裂，可将弯曲线移动一定距离，以离开尺寸突变处（图 a)，或开工艺槽（图b)，或冲工艺孔（图c) 。注意图中的尺寸要求：S≥R ；槽宽k≥t；槽深L≥ t+R+k/2。打死边的设计要求 打死边的死边长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般死边最小长度L≥3.5t+R。其中t为材料壁厚，R为打死边前道工序（如下图右所示）的最小内折弯半径。设计时添加的工艺定位孔 为保证毛坯在模具中准确定位，防止弯曲时毛坯偏移而产生废品，应预先在设计时添加工艺定 位孔，如下图所示。特别是多次弯曲成形的零件，均必须以工艺孔为定位基准，以减少累计误差， 保证产品质量。如上图所示所示， a）先冲孔后折弯，L尺寸精度容易保证，加工方便。b）和c)如果尺寸L 精度要求高，则需要先折弯后加工孔，加工麻烦。弯曲件的回弹影响回弹的因素很多，包括：材料的机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲时的正压力等。折弯件的内圆角半径与板厚之比越大，回弹就越大。 从设计上抑制回弹的方法示例弯曲件的回弹，目前主要是由生产厂家在模具设计时，采取一定的措施进行规避。同时，从设计上改进某些结构促使回弹角简少如下图所示：在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件的刚度， 也有利于抑制回弹。拉伸件底部与直壁之间的圆角半径大小要求如下图所示，拉伸件底部与直壁之间的圆角半径应大于板厚，即r1≥t 。为了使拉伸进行得更 顺利，一般取r1=(3~5)t，最大圆角半径应小于或等于板厚的8倍，即r1≤8t。拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径应大于板厚的2倍，即r2≥2t，为了使拉伸进行得更顺利， 一般取r2=(5~10)t，最大凸缘半径应小于或等于板厚的8倍，即r2≤8t。（参见上图）圆形拉伸件的内腔直径应取D ≥d+10t，以便在拉伸时压板压紧不致起皱。（参见上图）
矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径应取r3 ≥3t，为了减少拉伸次数应尽可能取r3 ≥H/5，以便一次拉出来。圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度H和直径d之比应小于或等于0.4，即H/d ≤0.4，如下图所示。拉伸件由于各处所受应力大小各不相同，使拉伸后的材料厚度发生变化。一般来说，底部中央保 持原来的厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料变厚，矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。1、在设计拉伸产品时，对产品图上的尺寸应明确注明必须保证外部尺寸或内部尺寸，不能同时标 注内外尺寸。2、拉伸件凹凸圆弧的内半径以及一次成形的圆筒形拉伸件的高度尺寸公差为双面对称偏差，其偏差值为国标(GB)16级精度公差绝对值的一半，并冠以±号。在板状金属零件上压筋，有助于增加结构刚性，加强筋结构及其尺寸选择参见下图。百叶窗尺寸要求：a≥4t；b≥6t；h≤5t；L≥24t；r≥0.5t。百叶窗通常用于各种罩壳或机壳上起通风散热作用，其成型方法是借凸模的一边刃口将材料切开，而凸模的其余部分将材料同时作拉伸变形，形成一边开口的起伏形状。百叶窗的典型结构参见下图。百叶窗尺寸要求：a≥4t；b≥6t；h≤5t；L≥24t；r≥0.5t。螺纹
| 材料厚度t
| 翻边内孔D1
| 翻边外孔d2
| 凸缘高度h
| 预冲孔直径D0
| 凸缘圆角半径R
|
M3
| 0.8
| 2.55 | 3.38
| 1.6 | 1.9
| 0.6
|
1
| 3.25
| 1.6
| 2.2
| 0.5
|
3.38
| 1.8
| 1.9
|
3.5
| 2
| 2
|
1.2
| 3.38
| 1.92
| 2
| 0.6
|
3.5
| 2.16
| 1.5
|
1.5
| 3.5
| 2.4
| 1.7
| 0.75
|
M4
| 1
| 3.35
| 4.46
| 2
| 2.3
| 0.5
|
1.2
| 4.35
| 1.92
| 2.7
| 0.6
|
4.5
| 2.16
| 2.3
|
4.65
| 2.4
| 1.5
|
1.5
| 4.46
| 2.4
| 2.5
| 0.75
|
4.65
| 2.7
| 1.8
|
2
| 4.56
| 2.2
| 2.4
| 1
|
M5
| 1.2
| 4.25
| 5.6
| 2.4
| 3
| 0.6
|
1.5
| 5.46
| 2.4
| 2.5
| 0.75
|
5.6
| 2.7
| 3
|
5.75
| 3
| 2.5
|
2
| 5.53
| 3.2
| 2.4
| 1
|
5.75
| 3.6
| 2.7
|
2.5
| 5.75
| 4
| 3.1
| 1.25
|
M6
| 1.5
| 5.1
| 7
| 3
| 3.6
| 0.75
|
2
| 6.7
| 3.2
| 4.2
| 1
|
7
| 3.6 | 3.6
|
7.3
| 4
| 2.5
|
2.5
| 7
| 4
| 2.8
| 1.25
|
7.3
| 4.5 | 3
|
3
| 7
| 4.8
| 3.4
| 1.5
|
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首次发布时间：2023-06-13
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