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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, 手机外壳那里有它, 机箱机柜同样有它, 汽车零件区域能见到它, 家电面板位置也能发现它, 到处都存在。可是呢, 好多工程师于设计钣金件之际, 常常由于对冲压工艺的限制不了解, 进而设计出没办法加工或者成本过高的产品。今天的这篇干货知识, 会带着你系统地梳理钣金件结构设计的核心要点, 助力你从仅仅“能设计”朝着“会设计”迈进。
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？
涉及金属薄板（一般6mm以下）的一种综合冷加工工艺为钣金, 它涵盖冲裁、折弯、拉伸、成形、铆合以及焊接等, 其最突显的特征在于同一零件厚度保持一致, 正是源于此特点, 钣金件于结构设计里既有独具一格的优势, 又存在清晰明确的工艺限制。
钣金原材料卷材
冲压工艺简介
板材借助压力机与模具, 在外力施加下, 产生塑性变形或者分离, 进而获取具备所需形状以及尺寸的工件, 此为冲压这种成形加工方法, 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, 像冲孔, 或者折弯, 又或者落料等。
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边, 于几个不一样的工位上, 同时进行多道工序的模具, 它还被称作级进模。
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
钣金加工的第一道工序是冲裁, 而冲裁也是最容易出现设计问题的环节, 如下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。
由于钣金尖角对应在模具上同样处于尖角状态, 致使凹模上的尖角在进行加工时面临困难，在热处理期间极易出现开裂情况, 于冲裁时容易产生崩刃以及过快磨损现象, 这会大幅致使模具寿命有所降低, 此为模具因素。
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, 狭槽也过长, 这会致使冲压模具上与之对应的凸模尺寸过小, 强度较低, 模具的使用寿命短暂。并且同时, 过长的悬臂极有可能会造成钣金材料出现浪费的状况。
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
通过对面料进行弯折处理, 从而使钣金件表现出三维形状的这一关键工序, 乃是在设计期间最易出现差错的所在之处。下面这八大多项原则, 务必要牢牢记住不可。
原则一：折弯高度不能太低
于钣金折弯高度处于较低情形时, 折弯的地方极易出现扭曲变形状况, 进而难以获取达到理想状态的零件形状以及尺寸精度, 一般所给出的建议是: H≥2.0T+R , 其中H为钣金折弯高度, T为材料厚度, R为折弯半径。
原则二：折弯半径要合适
为确保折弯强度得以保证, 钣金的折弯半径应当是大于材料的最小折弯半径的。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, 那么回弹就会十分严重, 由此影响到精度。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
钣金进行折弯操作时, 应当尽可能垂直于材料的纤维走向, 也就是轧制方向来进行, 经由如此处理, 能够收获更为优良的折弯质量以及强度, 进而降低开裂的风险。
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
通过增加钣金局部强度, 或者避让其他零件, 又或者是当作定位特征, 凸包常常有着这样的用途。在从事设计工作的时候, 需要留意下面这四个事项:
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, 常常会用到止裂槽, 其关键作用在于预防材料产生撕裂状况, 还有避免材料出现变形情况, 与此同时, 能够减小成形力。止裂槽的宽度需要大于 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
单就平板钣金件而言, 其强度是最差的, 只要稍微受到一点力, 就会发生变形, 所以必须在设计当中, 增添一些诸如折弯、翻边或者凸包这样的立体特性。
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
将凸起的加强筋冲压于钣金平面之上这件事, 属于提升平面强度而言最为有效的办法途径其中之一, 同时也是具备经济性的一种方式。
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, 能够明显提升边缘的刚度, 以及整体的抗变形能力。
方法四：折弯处添加三角加强筋
于折弯的转角之处, 进行冲压三角形的加强筋操作, 能够有效地提高转角这个区域的强度, 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
把多个呈现折弯形态的边, 借助自铆这种方式或者拉钉, 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
装配方式对于钣金件而言, 会直接对产品的可制造之性、可靠能性以及维修可行之性产生影响, 以下有着最常用的五种装配方式。
1. 卡扣装配
卡扣装配, 是那种最为经济的装配方式, 也是最快捷的装配方式, 它不需要额外的紧固件, 常常被用于塑料件与钣金件的连接, 或者是钣金件之间的快速拆装, 在进行设计的时候, 需要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
将铆钉拉紧固定需凭借专用拉钉枪, 进而实现拉钉装配, 此方式适用于那种不便于从两侧展开操作的场合, 拉钉所呈现的常见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
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, 形成互锁的结构, 它不需要额外的紧固件, 成本比较低, 效率还很高, 适合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
一种把两个处于分散状态的钣金件借助加热办法加热到熔点之后再冷却, 从而达成牢固接合的加工方式被称作焊接, 按照加热方式主要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
优异的钣金件设计, 得在功能所需、工艺实行得起且成本治理把控之间寻得极其恰当的均衡点。此篇文论归纳出来的关键要义遍及了钣金设计的关键部分:
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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