钣金件结构工艺设计手册.pdf（免费下载）

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钣金件凭借重量轻、强度高、成本低的优势, 将广泛用于汽车、家电、设备外壳等领域。然而, 不少设计由于忽略工艺特性, 致使因折弯开裂、装配会卡壳, 引发甚至还会导致制造成本的增加。今日经四种维度, 即设计原则上考量, 材料之上进行选择时选取, 结构方面形成规范性, 工艺选取时需要注意适配选择与否这四种手段, 去归纳钣金件包含的结构工艺设计核心的种种知识点, 将会助力你避开普通的常见坑。

一、设计核心原则

要兼顾性能与工艺, 钣金件必须满足强度需求, 还要满足刚度需求, 不过不能过度设计。举例来说, 设备外壳得抗冲击, 能靠增加加强筋来提升刚度, 而不是一味地增厚板材。像2mm钢板加筋比起4mm无筋结构, 成本要低30%, 重量还轻40%。而且同时得考虑折弯工艺可行性, 也要考虑冲孔工艺可行性, 要避免设计出无法加工的封闭结构。

既考虑装配时的情况, 又要顾及维修方面: 在进行结构设计之时, 需要预留出装配空间, 像是螺丝孔之间的间距得适配扳手进行操作, 起码要留出 15mm 的扳手空间, 对于卡扣连接而言, 需要设计出拆卸的缺口；在维修阶段, 容易损坏的部件, 比如面板、接口板, 应该采用能够拆卸的结构, 防止因为焊接固定而致使整体进行更换。

秉持批量与成本兼顾之原则: 于批量生产之际, 尽可能削减工序, 像把多个零件整合为一个整体, 以此达到减少焊接工序之目的；对于非标结构, 要把控数量, 比如说将相同功能的孔位统一尺寸, 就比如全部采用φ5mm圆孔, 而不是φ5、φ5.5mm混杂排布, 进而降低模具更换的频率。

二、材料选择

在钣金领域, 常用材料有的是冷轧钢板, 其型号为SPCC, 有的是镀锌钢板, 型号是SGCC, 还有不锈钢, 像304/316这种, 以及铝合金, 例如5052/6061, 而对于这些材料的选择, 需要结合使用环境以及工艺要求来进行:

普通的室内场景之中, 像是设备外壳这类情况, 优先选用SPCC, 其具备成本低以及易折弯的特点, 而且表面能够进行喷粉防锈处理。

对于处于潮湿状态的户外场景, 像是配电箱、室外机外壳这类情况来说, 可选择 SGCC, 也就是具有镀锌层防锈功能的那种, 或者选择 304 不锈钢, 其具备耐腐蚀性强的特性。

针对于轻量化需求, 像是汽车部件、无人机机壳这类情况, 会选用5052铝合金, 其密度仅仅只有2.7g/cm³, 相比钢要轻60%, 并且折弯性能良好。

针对具有高强度需求的情况, 像是机械支架这类, 可选择 6061 铝合金, 其经过时效处理之后, 强度近乎低碳钢, 或者选择 316 不锈钢, 它强度很高并且耐酸碱。

留意, 材料的厚度要与工艺相适配, 对于折弯件而言, 其厚度通常要小于或等于6毫米, 因为要是太厚的话就容易出现开裂的情况, 而对于冲孔件来说, 其厚度要大于或等于孔径的三分之一, 比如说直径为6毫米的孔, 就需要板材厚度大于或等于2毫米, 以此来防止孔壁发生变形。

三、常见结构设计规范

1、折弯结构：

板材厚度 t 为 2mm 时, 折弯半径 R 要大于或等于 2mm, 也就是折弯半径 R 要大于或等于板材厚度 t, 防止因锐角折弯致使开裂。

相邻的折弯边, 要留出足够的间距, 要是两折弯边呈垂直状态, 那么间距至少要≥t+R（比如说t等于2mm、R等于2mm时, 间距应≥4mm）, 以此来防止折弯的时候相互产生干涉。

假如折弯之处存在孔, 那么孔的边缘距离折弯线的距离要大于或等于t加上2毫米, 比如t等于3毫米时, 孔边距要大于或等于5毫米, 以此来防止折弯的时候孔的位置发生变形。

2、冲孔结构：

圆形的孔, 其直径要大于或等于t, 当t小于或等于3毫米的时候, 方形的孔, 其边长也要大于或等于t, 以此来避免角部应力集中而出现开裂的情况。

孔跟孔之间的间距要大于或等于两倍的 t, 孔与板材边缘的间距要大于或等于 t, 要是 t 等于 2 毫米, 那么孔边距要大于或等于 2 毫米, 以此来避免板材边缘出现变形。

3、加强筋设计：

加强筋的高度 H 要小于或等于 5t, 其宽度 b 等于（1 至 1.5）t（举例: 当 t 等于 2 毫米时, H 要小于或等于 10 毫米、b 等于 2 至 3 毫米）, 要是太高太宽的话, 就会增加材料的用量, 并且容易起皱。

把加强筋方向设置成和受力方向是相同的那般, 就好比是承受垂直力的面板, 筋条按照水平方向来进行安排布置, 这样做提升刚度的效果会更优一些, 是这样的情况。

4、焊接结构：

焊接边需留焊接间隙（一般 0.5~1mm），避免焊不透；

箱体系合那样的大面积焊接作业之时, 应该运用间断焊接的方式, 像每焊接五十毫米就空出三十毫米这种形式, 从而削减焊接过程造成的变形现象。

5、翻边结构：

翻边达到的高度 h 要大于或等于 3t, 作用是保证强度, 翻边孔的直径 d 需大于或等于 h 加上 2t, 目的在于避免翻边的时候材料出现拉伸断裂的情况。

翻边处需倒圆（R≥0.5t），防止锋利边缘划伤装配人员。

总归来说, 钣金件结构工艺设计的关键所在是“让设计能够实现落地”, 这其中既要去满足产品性能要求, 又得适配生产工艺, 而且还要对成本加以控制。只要掌握材料特性, 掌握结构规范以及工艺适配要点, 便能够设计出“易于制造、便于使用、价格低廉”的钣金件, 防止从图纸转变为实物时出现“失败”的状况。

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