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工业产品里, 钣金件属于极为常见的结构形式中的一种, 手机外壳有它, 机箱机柜有它, 汽车零件有它, 家电面板也有它, 到处都能见到。可是呢, 好多工程师在进行钣金件设计的时候, 常常会因为对冲压工艺的限制缺乏了解, 进而设计出没办法加工或者成本过高的产品。今天的这篇干货内容, 会带着你系统地梳理钣金件结构设计的核心要点, 帮助你从“能设计”朝着“会设计”的方向进阶。
本文目录
01钣金基础入门：材料与工艺
02冲裁设计：避开尖角与狭槽
03折弯设计：高度、半径与干涉
04凸包与止裂槽设计
05提升强度与降低成本的秘诀
06五大常用装配方式详解
01 钣金基础入门
什么是钣金？
用综合的冷加工工艺来针对通常说厚度会低于 6mm 的金属薄板的, 叫做钣金 , 这里面含有冲裁、折弯、拉伸、成形、铆合以及焊接等, 它最为显著的特征是同一零件厚度保持一致, 恰恰是因为具有这个表现出来的特点, 所以钣金件于结构设计之中既有不一样的优势, 又存在明晰的工艺限制。
钣金原材料卷材
冲压工艺简介
通过压力机以及模具, 对板材施加外部力量, 以此让其产生塑性变形或者发生分离, 进而以此方式获得所需形状以及尺寸工件, 这种的加工办法被称为让冲压加工, 并以此办法, 使得冲压模具根据工序组合方式, 分成主要有的三大类别:
在一次冲压行程当中, 于一个工作位置之上, 仅仅能完成一件制造程序过程（比如说冲孔、折弯、落料之类的）。
复合模：一次行程中，在一个工位上同时完成多道冲压工序。
连续模, 存在于一次冲压行程之际, 于几个有所不同的工位当中, 同时达成多道工序, 它还有另外一个称呼是级进模。
常用钣金材料一览
材料 特点 典型应用
SPCC冷轧板
最常用，易刮伤生锈，需表面处理
机箱、机柜、支架
SECC镀锌板
耐腐蚀性、装饰性优良
外观件、家电面板
不锈钢
耐腐蚀耐热，力学性能优异
装饰件、医疗器械
铝合金板
轻便耐腐蚀，导热导电好
航空件、外观件
02 冲裁设计要点
钣金加工的第一道工序是冲裁, 而冲裁这个环节是最容易出现设计问题的, 关于此情形, 下述六大原则能帮你避开常见的设计陷阱。
原则一：避免外部、内部尖角
安全因素：钣金外部尖角锋利，容易划伤操作人员或用户。
说到这模具因素, 钣金的尖角对应到模具那儿同样是尖角, 凹模上面的尖角进行加工的话存在困难, 在热处理期间呀极易出现开裂的情况, 在进行冲裁的时候容易出现崩刃以及过快磨损这种现象, 如此一来会大幅地降低模具的使用寿命。
左：原始设计（尖角） 右：优化设计（R≥0.5T）
原则二：避免过长的悬臂和狭槽
会致使冲压模具上相应凸模尺寸过小的是过长的悬臂以及狭槽, 还有致其强度低, 令模具寿命短这种情况出现。与此同时, 那些过长的悬臂, 还有存在引发钣金材料浪费的可能性。
原则三~五：孔的大小、间距与位置
1.冲孔不宜过小，否则凸模强度不足
2.孔与孔之间、孔到边缘需保持足够间距
3.避免孔距离折弯边或成形特征太近（建议 E≥2.0T）
孔距离折弯边太近会导致变形，优化后保持 E≥2.0T
原则六：避免展开后冲裁间隙过小
03 折弯设计要点
对钣金件而言, 折弯属于赋予其三维形态的关键工序, 同时, 这也是设计里最容易出现差错的地方。下面这八大原则, 务必要牢牢记住。
原则一：折弯高度不能太低
当钣金折弯的高度处于很低的状态时, 折弯的地方极易出现扭曲变形的情况, 从而难以达成理想的零件形状以及尺寸精度。通常给出的建议是: H要大于或等于2.0T加上R。
原则二：折弯半径要合适
要确保折弯强度得到保证时, 钣金的折弯半径应当大于材料的最小折弯半径, 若半径过小, 就会使得材料外侧出现开裂情况, 要是半径过大, 那么回弹就会十分严重, 进而影响到精度。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
进行钣金折弯操作时, 应当尽可能地垂直于材料那被称为纤维方向也叫轧制方向的方向, 如此去做, 能够获取更加优秀的那些叫折弯质量以及强度性质的东西, 最终起到会减少发生开裂状况风险这个效果。
原则四：避免折弯根部不能压料
原则五~六：避免折弯干涉 & 保证折弯强度
设计时需模拟折弯过程，避免折弯时与其他部位发生碰撞干涉
原则七~八：避免复杂折弯 & 多重折弯上的孔很难对齐
左：复杂折弯（不推荐） 右：简化设计（推荐）
04 凸包与止裂槽设计
凸包设计四要素
把钣金局部强度予以增加, 或者对其他零件来进行避让, 又或者当作定位特征的凸包, 常常会被使用。在进行设计的时候呢, 下列这四点是需要给予注意的。
深度：不宜过深，否则材料过度减薄易破裂
斜度：凸包侧壁应有一定斜度，便于脱模
转角：根部转角需圆滑过渡，避免应力集中
距离：凸包与周围特征保持足够距离，避免相互影响
止裂槽设计
在折弯以及凸包等工序里头, 止裂槽常常会被用到, 其主要起到的作用是, 避免材料出现撕裂以及变形的情况, 与此同时减小成形力, 止裂槽的宽度应该比1.5T要大, 这里的T指的是板厚。
05 强度提升与成本降低
五大方法提升钣金强度
方法一：避免平板设计
仅平板状的钣金件, 其强度属于最差的那种, 只要稍微受到一点力, 就会出现变形的情况。在进行设计之时, 应当增添折弯、翻边或者凸包等具有立体特性的部分。
左：平板设计（强度差） 右：增加折边（强度大幅提升）
方法二：添加加强筋
能够提升平面强度, 且是其一有效且颇具经济性的办法, 是于钣金平面之上冲压出呈凸起状的加强筋。
方法三：增加折弯、翻边或反折压平
在平板边缘那儿把它折弯咯, 或者做翻边处理, 这么做能够明显地提升边缘所具备的刚度, 整体的抗变形能力也能得到强有力的提高。
方法四：折弯处添加三角加强筋
将三角形加强筋冲压于折弯转角的地方, 能够有效地提高转角区域的强度, 以及增强其抗变形的能力。
方法五：折弯边自铆或通过拉钉连成一体
把多个呈现折弯形态的边, 借助自铆这种方式, 或者利用拉钉, 连接成为一个完整的整体框架, 能够明显地提升整体的刚度。
五大方法降低钣金成本
1.合理设计钣金形状，提高材料利用率，减少废料
2.在满足功能的前提下，尽量减小钣金件外形尺寸
3.钣金件的外形尽量简单，减少加工工序
4.合理选择零件的装配方式，避免过度设计
5.合理利用钣金结构，减少零件数量，降低装配成本
优化排样方式可显著提高材料利用率，直接降低成本
通过巧妙设计将多个零件合并为一个，大幅降低装配成本
06 五大常用装配方式
影响产品可制造性、可靠性以及维修性的是钣金件地装配方式, 以下是五种最为常用的装配方式。
1. 卡扣装配
卡扣装配, 是那种最为经济的装配方式, 也是最为快捷的一种装配方式, 它不需要额外的紧固件, 常常被用于塑料件跟钣金件的连接, 或者在钣金件之间进行快速的拆装, 在设计的时候，需要去考虑卡扣的弹性变形量, 以及卡合力度。
常见卡扣形式与卡槽形式
2. 拉钉（铆钉）装配
存在一种装配方式, 它借助专用拉钉枪把铆钉拉紧从而起到固定效果, 可以被应用在不便从两侧进行操作的场所。而平常就存在着这样两种形式的物体, 一种是平头拉钉, 另一种是圆头拉钉。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
在未经任何额外紧固件辅助的状况下, 处于冲压之时态里, 自铆透过钣金自身所具备的材料, 从而得以形成互锁结构, 其成本低廉, 效率颇高, 适用于处在两层或者多层状态下的钣金进行连接。
4. 螺钉机械装配
螺钉装配是最传统、最可靠的连接方式，主要有三种形式：
抽牙孔+自攻螺钉：成本低，适合小批量，但连接强度有限
抽牙孔+攻牙+螺钉：连接可靠，可反复拆装
铆合螺母+螺钉：连接强度高，适合受力部位
钣金抽牙孔直径对照表（根据板厚和螺钉规格选择）
铆合螺母+螺钉装配示意
5. 焊接
有这样一种加工方法, 它是把两个处于分散状态的钣金件, 通过加热至熔点之后再进行冷却, 从而形成牢固的接合, 这就是焊接。按照加热方式来划分, 主要分成气焊和电焊这两大类。
气焊：利用气体火焰加热工件和焊丝
电弧焊：利用电弧放电熔接焊条和工件
电阻焊：通过电极放电熔接工件（点焊、缝焊等）
总结
精湛的钣金件设计, 得于功能需求、工艺可行性以及成本控制之间寻觅到最为恰当的平衡点。本文归纳的要点囊括了钣金设计的关键环节。
冲裁避坑：远离尖角、悬臂、不合理孔距
折弯要点：控制高度、半径、方向与干涉
凸包与止裂槽：把握深度、斜度、距离
强度提升：告别平板，善用加强筋和折边
成本控制：简化外形、提高材料利用率
装配方式：按需选择卡扣、拉钉、自铆、螺钉或焊接
掌握这些要点，你的钣金设计水平将迈上一个新台阶！
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