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工业产品里头, 钣金件乃极为寻常的结构形式之一, 像手机外壳, 机箱机柜, 汽车零件, 家电面板, 到处都有它的身影。可是呢, 好多工程师在搞钣金件设计时, 时常会由于对冲压工艺的限制欠缺了解, 从而设计出那种没办法加工或者成本过高的产品。今儿这篇满是干货的内容, 会带着你有条理地梳理钣金件结构设计的关键要点, 帮你从仅仅“能设计”提升到“会设计”。
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？
钣金主要是针对那种金属薄板而存在的, 这种金属薄板一般情况下是在6mm以下, 有冲裁、折弯、拉伸、成形、铆合和焊接等等这样一系列综合性质的冷加工办法 , 其最为突出明显的特性表现为, 单一零件的整个厚度是保持一致相同的, 恰恰是由于这样的一个特点, 钣金件这种事物所具备的特性, 在结构方面进行设计时, 既具有独一无二与众不同的优势, 同时也存在着清晰明确不含糊的工艺方面的限制。
钣金原材料卷材
冲压工艺简介
板材通过压力机以及模具, 在外力作用下产生塑性变形或者分离, 进而获取所需形状与尺寸工件的这种成形加工方法, 被称作冲压, 冲压模具依据工序组合方式, 能够划分成三大类别:
工程模呢, 在一次冲压行程当中, 于这样的一个特定工位之上, 仅仅只能够完成一道工序, 像冲孔工序, 像是折弯工序, 又或者是落料这样的工序等等。
复合模：一次行程中，在一个工位上同时完成多道冲压工序。
连续模呢它是, 在一次冲压行程当中, 于好几个不一样的工位之上, 与此同时完成好多道的工序, 它又被称作级进模呢。
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, 而冲裁这个环节却是最容易出现设计问题的。有六大原则能够帮你避开常见的设计陷阱, 是哪六大原则呢。
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。
钣金尖角对应在模具上同样是尖角这属于模具因素范围, 凹模上的尖角存在加工困难的情况, 热处理之际极易出现开裂现象, 冲裁之时容易产生崩刃状况以及过快磨损, 这会大幅降低模具寿命。
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
悬臂过长以及狭槽过长的情况, 会致使冲压模具上与之对应的凸模尺寸过小, 并且强度低, 进而使得模具寿命短。与此同时, 过长的悬臂还有可能导致钣金材料被浪费。
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
钣金件赋予三维形态的关键工序是折弯, 而在设计里面最容易出错场所是折弯, 以下八大原则请一定牢记。
原则一：折弯高度不能太低
要是钣金折弯的高度低到一定程度, 那么折弯的地方就容易出现扭曲变形的状况, 进而很难获得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
保障折弯强度时, 钣金的折弯半径得大于材料的最小折弯半径, 若半径过小, 会致使材料外侧出现开裂情况, 要是半径过大, 回弹就会很严重, 进而影响精度。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
钣金进行折弯操作的时候, 理应尽可能地垂直于材料的纤维方向, 也就是轧制方向, 如此这般能够获取到更为优良的折弯质量以及强度, 进而减少开裂的风险。
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, 设计的时候这四点要注意, 其一, 其二, 其三, 其四, 标点符号。
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
止裂槽较常被运用在, 折弯以及凸包等, 那些工序里面, 它的主要作用在于, 防止材料出现撕裂, 以及发生变形这种情况, 与此同时能够减小, 成形力的大小, 止裂槽的宽度, 应当是大于1.5T的, 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
单独的、仅仅是平板形状的钣金件, 其强度是最差的, 只要稍微有受力的情况, 就会出现变形的状况。应当在设计这个环节里, 增添折弯、翻边或者凸包等立体方面的特征。
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
那在钣金的那个平面之上, 去冲压出那种呈凸起状的加强筋的行为, 是能够提升该平面强度的, 最为有效并且经济的方式当中的一种。
方法三：增加折弯、翻边或反折压平
把平板的边缘, 弄成折弯的样子, 或是进行翻边操作, 如此一来, 能够明显地提升边缘的刚度, 以及整体的抗变形能力。
方法四：折弯处添加三角加强筋
给折弯的转角处, 进行冲压三角形加强筋的操作, 如此一来, 能够有效地提升转角区域的强度, 以及抗变形的能力。
方法五：折弯边自铆或通过拉钉连成一体
有多个折弯边, 把它们借助自铆或者拉钉连接起来, 使其变成一个整体框架, 这样子能够显著地提升整体的刚度。
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
钣金件的装配办法对劲产品的可制造性、可靠性以及维修性有着直接的因素关联。下面是五种最为普遍频繁使用的装配办法。
1. 卡扣装配
把装配卡扣当作是最为经济且最为快捷的装配方式，这种方式不需要额外的紧固件。它常常被应用于塑料件与钣材件的连接, 或者进行钣材件之间的很快地拆卸与安装。在设计其的时候, 必须考虑上卡扣的弹性变形数量以及卡合力度。
常见卡扣形式与卡槽形式
2. 拉钉（铆钉）装配
将铆钉拉紧固定是借助专用拉钉枪来实现拉钉装配的, 这种装配适用于那些不方便从两侧进行操作的场合, 其中常见的拉钉形式有平头拉钉以及圆头拉钉这两种。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
在冲压的时候, 自铆是借助钣金自身材料去形成互锁结构的这么一种方式, 它不需要额外的紧固件, 成本低, 效率高, 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
这一种加工方法, 是把两个处于分散状态的钣金件, 借助加热到熔点之后再冷却的方式, 达成牢固接合的效果, 它被称之为焊接。此加工方式所依据的加热方式, 主要分成气焊以及电焊这两大类别。
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
能够达到优秀水平的钣金件设计, 是要于功能需求、工艺可行性以及成本控制这几方面之间寻觅到最为理想的平衡点。本文所总结出的要点包含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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