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钣金件身为工业产品里极为常见的结构形式当中的一种, 于手机外壳这个范畴, 于机箱机柜这个领域, 于汽车零件那儿, 于家电面板这儿, 到处都有它的身影。可是呢, 好多工程师在进行钣金件设计之际, 常常会由于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。今日这篇满是干货的内容, 会带着你系统地梳理钣金件结构设计的极具关键意义的要点, 助力你从“能够进行设计”朝着“懂得设计”实现进阶。
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？
有一种综合冷加工工艺是针对通常在6毫米以下的金属薄板的, 它被叫做钣金, 这种工艺涵盖冲裁、折弯、拉伸、成形、铆合以及焊接等等不同操作, 其极为显著的特性是同一零件的厚度保持一致, 恰恰是由于这样的特点, 钣金件于结构设计之中既存有独特的优势, 又具备明确的工艺限制。
钣金原材料卷材
冲压工艺简介
板材通过压力机以及模具, 在外力施加的情况下, 产生塑性变形或者分离, 进而得到所需形状与尺寸工件的这种成形加工方法, 被称作冲压, 依据工序组合方式, 冲压模具能够划分成三大类别:
工程模, 于一次冲压行程里, 于一个工位之上, 仅是完成一道工序, 诸如冲孔作业, 或者折弯操作, 又或者落料行为等。
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, 它是在一次冲压行程里, 于几个不一样的工位之上, 同时达成多道工序的模具, 它又被称作级进模。
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
它是钣金加工的首先要进行的一道工序, 同时, 又是最容易能够出现设计这方面问题的那个环节。并且, 下面有六项大原则会帮助你来躲开常常碰见的设计方面的陷阱。
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。
模具方面存在这样的因素, 钣金的尖角部分在模具上同样呈现为尖角, 而凹模上若存在尖角, 其加工起来颇具难度, 在进行热处理的时候, 它极其容易出现开裂的情况, 在冲裁操作时, 又容易出现崩刃现象且快速磨损, 进而会极大程度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
悬臂过长, 狭槽过长, 会致使冲压模具上与之对应的凸模尺寸过小 , 强度低, 模具的寿命会短。与此同时 , 悬臂假若过长 , 还有可能造成钣金材料的耗用。
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
赋予钣金件三维形态的关键工序当中包括折弯, 而折弯也是设计里最容易出现错误的所在之处。请一定要牢记以下相关的八大原则。
原则一：折弯高度不能太低
当针对钣金而言, 其处在折弯高度特别低的状况下时, 那么折弯的地方就极易出现扭曲这种可以变形的情况, 进而艰难地获取理想之中的零件形状以及尺寸精度。通常给出这样的建议: H要达到并且超过2.0T加之R。
原则二：折弯半径要合适
依据确保折弯强度需求, 钣金之下用于弯曲的半径应当比对应材料里最小的用于弯曲的半径要大, 要是半径过小, 会将材料外侧弄开裂, 要是半径过大, 回弹就明显, 对精度产生影响。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
钣金进行折弯操作时, 要尽可能地保持垂直于材料的纤维方向, 也就是轧制方向, 如此一来能够获取更好的折弯质量, 并且增强强度, 能够减小开裂的风险。
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
用于增加钣金局部强度、避让其他零件或者作为定位特征的是凸包, 设计的时候需要注意以下这四点:
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
用于折弯以及凸包等工序里的止裂槽, 其主要起到的作用是, 防止材料出现撕裂以及变形的情况, 与此同时, 还能减小成形力。起到防止材料撕裂以及变形作用, 同时减小成形力的止裂槽，其宽度应当大于1.5T（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
仅仅是单纯的平板钣金件, 其强度是最差的, 只要稍微有受力的情况, 就会出现变形现象。应当在设计这个环节当中, 增添折弯、翻边或者凸包等立体样式的特征。
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
在钣金的平面之上, 通过冲压的方式, 冲出那种凸起的加强筋, 这属于提升平面强度的办法里, 最为有效并且还很经济的方法之一。
方法三：增加折弯、翻边或反折压平
折弯平板的边缘使其曲折, 或者把其边缘进行翻卷使之弯曲, 这样能够明显地提高边缘的刚度以及整体的抗变形能力。
方法四：折弯处添加三角加强筋
采用在折弯转角的那个地方进行冲压三角形加强筋这样的方式, 能够有效地将转角区域的强度进行提升, 并且可以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
把几个折弯边, 借助自铆手段或者拉钉, 连接成为一个整体框架, 能够明显提高整体刚度。
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
装配方式对于钣金件而言, 会直接对产品的可制造性产生影响, 还会直接影响产品的可靠性, 也会直接影响产品的维修性。以下存在着五种最为常用的装配方式。
1. 卡扣装配
能以这般无需使用额外紧固件的装配方式完成卡扣装配, 它是最为经济且最为快捷的一种装配方式, 常常会被应用于塑料件连着钣金件连接的情况, 或者是钣金件之间去开展快速拆卸之后又进行装配的情形。在设计卡扣装配的时候, 得针对卡扣会产生的弹性变形量以及卡合力度将其考虑周全。
常见卡扣形式与卡槽形式
2. 拉钉（铆钉）装配
铆钉拉紧固定是借助称作专用拉钉枪的工具完成拉钉装配的, 此方式适宜应用于在两侧进行相关操作存在着不便情况的场合。在形式方面, 常见的主要有呈平头样式的拉钉以及构造为圆头的拉钉这两种。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
自铆这种方式, 是借助钣金自身的材料, 在进行冲压操作的时候, 形成相互锁定的结构；它不需要额外的紧固件, 同时成本低, 效率还高；它适用于两层钣金的连接, 也适用于多层钣金的连接。
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
一是把两个处于分散状态的钣金件, 经由加热至熔点这个过程, 之后再冷却, 从而形成牢固接合, 此种作为便是焊接, 它属于一种加工方法, 二是焊接按加热方式主要被划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
设计出优秀的钣金件, 需于功能需求、工艺可行性以及成本控制之间寻觅到最佳的平衡点。本文所总结的要点涵盖了钣金设计的核心环节:
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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