钣金件结构工艺设计手册.pdf（免费下载）

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有这样一种物件, 它叫钣金件, 因其具备重量轻的特性, 还拥有强度高的优势, 并且成本低, 所以在诸多领域被广泛应用, 像是我们常见的汽车领域、家电领域以及设备外壳这类领域。然而呢, 情况并非总是一帆风顺, 许多设计存在问题, 因为忽略了工艺特性, 进而导致在生产的时候出现折弯开裂的状况, 还有装配卡壳的问题, 甚至还会增加制造成本。就在今天, 从设计原则、材料选择、结构规范以及工艺适配这四个维度出发, 对钣金件结构工艺设计的核心知识点进行归纳, 从而帮助大家避开那些常见的坑里。

一、设计核心原则

既要兼顾性能, 又要兼顾工艺, 钣金件要满足强度需求, 也要满足刚度需求, 然而却不能过度进行设计, 比如说设备外壳得具备抗冲击能力, 能够经由增加加强筋去提升刚度, 而不是一味地增厚板材, （2mm钢板加筋相比4mm无筋结构成本低30%, 重量还要轻40%）, 与此同时还要考虑折弯工艺的可行性, 也要考虑冲孔工艺的可行性, 防止设计出无法进行加工的封闭结构。

要同时考虑装配以及维修, 如此一来: 结构设计的时候得预留出装配的空间状况, 举例说明的话, 像螺丝孔之间的间距情况要适合扳手去进行操作（起码得留出 15mm 的扳手空间才行）, 卡扣连接的情况需要设计出拆卸的缺口；在维修之际, 容易损坏的部件（比如说面板、接口板之类的）应当采用可以拆卸的结构, 防止因为焊接固定从而致使整体更换。

需兼顾批量以及成本, 在进行批量生产之际, 应尽全力减少工序, 像把多个零件合并成一体, 以此减少焊接工序；对于非标结构要控制数量如将具有相同功能的孔位尺寸统一, 比如全都采用φ5mm圆孔, 而不是采用φ5、φ5.5mm混合排列, 从而降低模具更换频率。

二、材料选择

轧制成型的钢板（SPCC）, 经过镀锌的钢板（SGCC）, 具有不锈特性的钢材（304/316）, 含铝的合金材料（5052/6061）, 常用作为钣金材料, 选择时要结合使用的环境以及工艺提出的要求:

常规的室内场景, 像是设备的外壳这类, 首先会优先选用 SPCC, 它成本低廉, 而且易于进行折弯操作, 其表面能够采用喷粉的方式来实现防锈的目的。

若处于潮湿的户外场景, 像配电箱、室外机外壳这类情况, 可选用具有镀锌层防锈功能的SGCC, 或选用耐腐蚀性较强的304不锈钢。

轻量化需求, 像是汽车部件、无人机机壳这类, 采用5052铝合金, 其密度仅仅2.7g/cm³, 比钢轻60%, 而且折弯性能良好, 用于此。

需高强度的需求, 像是机械支架这种, 可选择6061铝合金, 它经过时效处理之后强度接近于低碳钢, 或者选择316不锈钢, 其强度高并且耐酸碱。

留意, 材料的厚度要与工艺相匹配, 对于折弯件而言, 其厚度通常是小于等于6毫米的, 因为太厚的话容易出现开裂的情况, 而冲孔件的厚度则要大于等于孔径的三分之一, 比如说直径为6毫米的孔, 所需板材的厚度要大于等于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, 折弯半径 R 需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, 那么间距需≥t+R（比如说: t等于2mm、R等于2mm时, 间距≥4mm）, 以此来避免折弯之际彼此产生干涉。

若折弯的地方存在孔, 那么孔的边缘到折弯线的距离要大于或等于材料厚度加上2毫米, 要是材料厚度是3毫米, 孔边距就得大于或等于5毫米, 这样做是为了防止折弯的时候孔的位置发生变形。

2、冲孔结构：

当 t 小于等于 3 毫米的时候, 圆孔的直径要大于或等于 t, 方孔的边长也要大于或等于 t, 这样做是为了避免角部应力集中开裂。

将孔与孔的间距设置为大于或等于两倍板材厚度, 把孔与板边缘的间距保持在大于或等于板材厚度的程度, 如果板材厚度为两毫米, 那么孔边距要大于或等于两毫米, 以此来防止板材边缘出现变形情况。

3、加强筋设计：

对于加强筋而言, 其高度H需小于或等于5t, 宽度b等于（1至1.5）t（举例来说, 当t等于2mm时, H需小于或等于10mm、b等于2至3mm）, 倘若太高或者太宽, 那么就会增加材料的用量, 并且容易出现起皱的情况。

对于承受垂直力的面板而言, 加强筋方向应当与该面板受力方向保持一致才对, 在这种情况下, 筋条是沿着水平方向去搞布置的, 如此这般就能更好地提升刚度效果。

4、焊接结构：

焊接边需留焊接间隙（一般 0.5~1mm），避免焊不透；

实施大面积焊接操作, 像是针对箱体拼接这类情况, 应当采用间断焊这种方式, 比如每焊接 50mm 就空着 30mm 不焊, 借此来减少发生焊接变形的状况。

5、翻边结构：

翻边的高度 h 要大于或等于 3t, 这是为了保证强度, 翻边孔的直径 d 大于或等于 h加2t, 如此才能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。

总归而言, 钣金件结构工艺设计的关键所在是“让设计能够得以落地”, 这其中, 一方面要去满足产品性能方面的需求, 另一方面要适配生产工艺, 同时还要对成本加以控制。只要能够掌握材料特性、结构规范以及工艺适配要点, 便能够设计出那种“好造、好用、便宜”的钣金件, 进而避免从图纸转变为实物过程中的“翻车”情况发生。

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