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工业产品里, 钣金件属极为常见的其中一种结构形式, 手机外壳涵盖其内, 机箱机柜也包含其中, 汽车零件有它身影, 家电面板亦不例外, 到处都能见到。可是, 好多工程师在对钣金件做设计时, 常常会由于不清楚冲压工艺的限定因素, 进而使得设计处的产品会遭遇无法完成加工的状况, 不然就是加工成本过高。在今日此番充满实质性、极有帮助内容的讲述里, 将引领你全面且有条理地去梳理钣金件结构设计方面的关键要点, 助力你从仅仅具备能够开展设计的这个层面, 进阶升华到精于设计的新高度。
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, 它被称作钣金, 专门针对金属薄板, 这种薄板通常在6mm以下, 它包含冲裁、折弯、拉伸、成形、铆合以及焊接等, 它最突出明显的特征是同一零件的厚度保持一致, 正是源于这个特点, 钣金件在结构设计方面既有独特的优势部分, 又存在明确的工艺限制部分。
钣金原材料卷材
冲压工艺简介
板材会因压力机以及模具对外施加的外力, 而产生塑性变形或者分离, 进而通过冲压这种成形加工方法, 得到所需形状与尺寸的工件。冲压模具依据工序组合成的方式, 能划分成三大类别:
工程模, 于一次冲压行程里, 于一个工位之上, 仅能完成一道工序, 像是冲孔, 又或是折弯, 再或者是落料等。
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, 是在一次冲压行程里, 于几个不一样的工位之上, 同时去完成多道工序, 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
将板材进行冲裁, 是钣金加工开始的头一道工序，并且是在整个加工过程里, 最容易出现设计方面问题的阶段。有以下六大原则, 能够帮你躲开常见的设计方面的迷惑人的陷阱。
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, 钣金的尖角在模具上对应的同样是尖角, 而凹模上出现的尖角, 其加工过程存在困难情况, 在进行热处理的时候, 非常容易发生开裂现象, 在冲裁的时候, 也容易出现崩刃以及过快磨损的状况, 这会大幅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, 模具寿命短。与此同时, 悬臂过长会造成钣金材料的浪费。
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
钣金件具有三维形态, 折弯正是赋予其这般形态极其关键的工序, 而就在设计里头, 这又是最容易出现差错的所在之处。以下有着八大原则, 务必要牢牢记住。
原则一：折弯高度不能太低
时当钣金折弯高度处于过低状况之际, 折弯的地方极易出现扭曲变形的情形, 从而难以获取到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
要确保折弯强度得以保证, 钣金的折弯之处的半径需要大于材料所能具备的最小折弯半径。要是半径过小的话, 就会致使材料的外侧出现开裂的情况, 倘若半径过大, 那么回弹就会非常严重, 进而对精度产生影响。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
钣金进行折弯操作时, 应当尽可能地垂直于材料的纤维方向, 这里所说的纤维方向也就是轧制方向, 如此这般能够获取到更好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
突出的包裹常常被使用在增添金属薄板片状部件局部的强度方面, 或者避开其他的零部件, 又或者当作确定位置的特征。进行设计的时候需要留意如下的四点:
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
通常在需要折弯以及进行凸包等类工序之时, 常常会应用到止裂槽, 其主要所具备的作用, 是对材料阻止撕裂, 并且防止出现变形, 与此同时, 还能够将成形力达到减小的效果。止裂槽所具有的宽度, 应当是大于1.5T的范围, 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
那单纯的平板钣金件, 其强度是最差的, 其一旦稍有受力, 便会出现变形的状况。所以, 应当在那个设计当中, 去添加折弯、翻边或者凸包等立体特征。
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
于钣金平面那儿, 冲压出那种凸起的加强筋, 这乃是想要提升平面强度当中, 最为有效, 并且还经济的诸多办法之中的一个。
方法三：增加折弯、翻边或反折压平
把平板的边缘进行折弯, 或者对其进行翻边处理, 能够明显地提升边缘刚度, 以及整体的抗变形能力。
方法四：折弯处添加三角加强筋
于折弯的转角之处, 进行冲压三角形那种加强筋的动作, 如此才能够有效的增添转角这个 内的强度以及抵抗变形的能力。
方法五：折弯边自铆或通过拉钉连成一体
把多个呈现折弯形状的边, 借助自铆的方式或者拉钉, 连接成为一个完整的整体框架, 这样便能够极为显著地提高整体的刚度。
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
对产品的可制造性、可靠性以及维修性产生直接影响的, 是钣金件的装配方式。存在着五种最为常用的装配方式。
1. 卡扣装配
卡扣进行装配, 是最为经济、最为快捷的那种装配方式, 并不需要额外的紧固件, 常常被用于塑料件同钣金件的相连接, 或者是钣金件相互之间的快速拆装。在进行设计的时候, 需要对卡扣的弹性变形量以及卡合力度予以考虑。
常见卡扣形式与卡槽形式
2. 拉钉（铆钉）装配
那通过专用拉钉枪把铆钉拉紧从而进行固定的操作是拉钉装配, 这种装配适用于那种不方便从两侧去进行操作的场合, 拉钉常见的有平头拉钉、圆头拉钉这两种形式。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
自铆可借助钣金本身材料, 于冲压之际形成互锁结构, 并不需要额外的紧固件, 因而具备成本低以及效率高的特点, 适用于两层或者多层钣金的连接。
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
把两个处于分散状态, 需要牢固接合的钣金件, 通过使它们受到加热达到熔点的操作, 让其冷却之后形成联合, 这种制作方法叫做焊接。依据加热的方式, 主要被划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
优秀的钣金件设计, 要在功能需求方面, 寻找到最合适关联点, 还要在工艺可行性之上, 觅得最恰当契合处, 更要在成本控制范围里, 找出最精准平衡点。本文总结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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