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工业产品里, 钣金件属于极为常见的结构形式当中的一种, 手机外壳包含它, 机箱机柜有它, 汽车零件存在它, 家电面板也有它, 到处都能见到。可是, 好多工程师于设计钣金件之际, 常常会由于对冲压工艺的限制缺乏了解, 进而设计出难以加工或者成本过高的产品。今日的这篇含量丰富的内容, 会带领你系统地梳理钣金件结构设计的关键要点, 助力你从“能够进行设计”提升到“懂得如何更好地设计”。
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？
钣金是一种针对金属薄板的综合冷加工工艺, 这种金属薄板通常在6mm以下, 它包括冲裁, 包括折弯, 包括拉伸, 包括成形, 包括铆合, 还包括焊接等。它最显著的特征是, 同一零件的厚度是一致的。正是由于这个特点, 钣金件在结构设计当中, 既有独特的优势, 又有明确的工艺限制。
钣金原材料卷材
冲压工艺简介
冲压这种成形加工方法, 是借助压力机以及模具, 朝着板材施加外部力量, 以此让板材产生塑性变形或者分离, 进而获取所需形状以及尺寸的工件, 按照工序组合方式, 冲压模具能够被划分成三大类别。
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, 诸如冲孔工序、折弯工序、落料工序等等！
复合模：一次行程中，在一个工位上同时完成多道冲压工序。
一次冲压行程的时候, 在几个不一样的工位之上, 同时去完成多道的工序, 这样的模具被称作连续模, 它又叫做级进模。
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
用于钣金加工的第一道工序是冲裁, 而冲裁这一环节又是最容易出现因为设计而导致问题的一环。下面包含六大原则的内容能够帮你躲开常见的由于设计所造成的陷阱。
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, 所对应的在模具上同样是尖角, 凹模之上的尖角, 其进行加工存在困难, 在热处理期间极其容易出现开裂的情况, 在冲裁的时候容易发生崩刃以及过快磨损的状况, 会大幅度地致使模具寿命降低。
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。并且, 过长的悬臂还有可能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
要将钣金件赋予三维形态, 折弯可是关键的工序, 而这也是在设计里极易出错的所在之处。以下的八大原则, 务必要牢牢记住。
原则一：折弯高度不能太低
如果钣金折弯的高度低到一定程度, 那么折弯这个地方就极易出现扭曲变形的状况, 从而很难得到那种符合理想预期的零件形状以及尺寸精度。通常给出这样的建议: H要大于或者等于2.0T加上R。
原则二：折弯半径要合适
要确保存在折弯强度 , 钣金折弯的半径需比材料最小折弯半径大。倘若半径过小 , 会致使材料外侧出现开裂情况 , 要是半径过大 , 则回弹会十分严重 , 进而影响精度。 n。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
进行钣金折弯之际, 应当极力致力于垂直于材料的纤维方向, 也就是轧制方向, 如此这般地去处理, 方可获取更为优良的折弯质量, 并且能够提升强度, 进而削减开裂的风险。
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
使钣金局部强度得以增加, 或者避让别的零件, 又或者当作定位特征, 常常会用到凸包。在进行设计的时候, 需要留意下面这四点:
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
在折弯以及凸包等工序里头, 止裂槽常常会被使用, 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, 还能够减小成形力。止裂槽的宽度应当大于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
仅仅是平板形状的钣金件, 其强度是最差的那种, 只要稍微受到一点力, 就会发生变形的情况。应该在进行设计的时候, 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
于钣金平面那儿, 冲压出那种凸起的加强筋, 这可是提升平面强度的, 最为有效并且经济的一法儿之一呀。
方法三：增加折弯、翻边或反折压平
使平板边缘, 处于折弯状态, 或者进行翻边操作, 能够明显提升边缘刚度, 以及整体抗变形的能力。
方法四：折弯处添加三角加强筋
对折弯转角的地方进行冲压, 冲压的是三角形加强筋 , 这么做能够有效地提升转角区域具备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
用自铆或者拉钉把多个折弯边连接起来, 使其成为一个整体框架, 这样能够明显提高整体的刚度。
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
钣金件用于装配的方式, 会对产品具备的可制造性, 以及可靠性、维修性产生直接影响。下述所述的是五种最为常用到的, 用于装配的方式。
1. 卡扣装配
卡扣装配为最具经济性、极度迅速的装配模式, 并不需要额外的紧固件, 常常被用于在塑料制品跟金属板材部件的连接方面, 或者金属板材部件之间的快速拆卸跟组装。进行设计期间需要对卡扣的弹性发生量变以及卡紧力度加以思虑。
常见卡扣形式与卡槽形式
2. 拉钉（铆钉）装配
依靠专用拉钉枪把铆钉紧密拉紧固定的方式称作拉钉装配, 这种装配适宜不太方便朝着两侧进行操作的情形, 拉钉主要通常存在平头的模样以及圆头的类似样子这两种类型。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
利用钣金自身材料, 在冲压之时形成互锁结构, 此为自铆, 无需额外的紧固件, 成本低且效率高, 并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
用于接合致使两个处于分散状态的钣金件的加工方法是焊接, 可以通过依据加热方式进行主要分类为有着气焊以及电焊这大为两种不同情况形式把其加热让它到达熔点进而之后等着自然冷却致使来形成牢固的接合。
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
钣金件设计若要优秀, 就得在功能需求, 以及工艺可行性, 还有成本控制之间, 寻觅出最佳平衡点。本文将要点进行总结, 这些要点涵盖了钣金设计的核心重点环节:
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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