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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, 手机外壳那儿有它, 机箱机柜那儿有它, 汽车零件包含它, 家电面板有它的身影, 到处都能瞧见它的踪迹。可是呢, 好多工程师在进行钣金件设计期间, 常常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。今天这篇满是干货的内容, 带着你去系统地梳理钣金件结构设计的核心要点, 助力你从“能设计”朝着“会设计”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？
钣金是一种综合冷加工工艺，它针对金属薄板, 这种薄板通常在6mm 以下。该工艺涵盖冲裁、折弯、拉伸、成形、铆合以及 焊接等。其最为显著的特征在于, 同一零件的厚度是一致的。正是基于这个特点, 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, 进而获取到所需形状尺寸的工件, 类似这样靠压力机与模具使之产生塑性变形或分离来获所需工件身形尺度加以变形式获取的加工办法为冲压, 在按照工序组合具体方式之后将冲摸模具据此划分成足足三大类别:
一次处于冲压行程期间, 于所在的一个工位之上, 仅仅完成一道类如冲孔、折弯、落料等这般的工序, 此为工程模。
复合模：一次行程中，在一个工位上同时完成多道冲压工序。
不停歇地持续进行冲压行程期间中, 在于好几个存在差异的专门场所位置上边, 同时一并去完成数量众多的一道道工作程序, 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
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。以下六大原则, 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。
模具方面的因素呈现出这样的情况, 钣金的尖角在模具上对应的同样是尖角, 凹模之上的那些尖角进行加工存在较大困难, 在进行热处理时极其容易出现开裂的状况, 而在冲裁的时候又极易发生崩刃和过快磨损的情形, 这会在很大程度上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
对应的致使冲压模具上凸模尺寸过小的过长悬臂与狭槽, 会使强度低, 令模具寿命短。与此同时, 过长的悬臂还有造成钣金材料浪费的可能性。
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
对钣金件赋予三维形态而言, 折弯是关键工序, 并且, 在设计里属于最容易出错的地方。以下八大原则, 务必要牢记。
原则一：折弯高度不能太低
进行钣金折弯操作时, 要是其高度处于很低的状况下, 那么折弯的地方就极易出现扭曲变形的情况, 从而很难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, 钣金的折弯半径须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, 那么回弹会很严重, 进而影响精度。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
进行钣金折弯操作时, 应当尽可能地垂直于材料的纤维方向, 也就是轧制方向, 如此一来能够收获更好的折弯质量以及强度, 使开裂风险得以减少。
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
凸包常常被用于增添钣金局部的强度，用于避让别的零件, 或者用作定位特征。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
止裂槽常常被应用于折弯以及凸包等工序里面, 其主体功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
平板钣金件, 单纯的那种, 强度是最差的一类, 只要稍微有受力的情况出现, 就会发生变形现象。在设计这个环节当中, 应当增添好比折弯呀、翻边或是凸包等这一些立体特征。
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
冲压出在钣金平面上的凸起加强筋, 是提升平面强度的方法中最有效且经济途径的其中一方面。
方法三：增加折弯、翻边或反折压平
把平板的边缘进行折弯操作, 采取翻边举措时, 这能够非常明显地提升边缘的刚度, 而且会显著增强整体的抗变形能力。
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, 能够有效地提升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
一个整体框架, 是由多个折弯边借助自铆或者拉钉连接而成的, 如此一来, 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
关于钣金件的装配方式, 其会直接对产品的可制造性产生影响, 也会直接对产品的可靠性产生影响, 还会直接对产品的维修性产生影响。以下呈现的是五种最为常用的装配方式。
1. 卡扣装配
卡扣进行装配, 属于装配这一行为里最为经济的方式, 也是最为快捷的方式, 并不需要额外添加紧固件, 常常被运用在塑料件与钣金件相互连接的情况中, 或者是钣金件二者之间进行快速拆装的场景之下。在开展设计工作的时候, 需要把卡扣的弹性这个方面的变形量以及卡合时所产生的力度纳入考虑范围之内。
常见卡扣形式与卡槽形式
2. 拉钉（铆钉）装配
应用于不便从两侧进行操作的场合时, 拉钉装配借助专用拉钉枪把铆钉拉紧从而实现固定。平头拉钉、圆头拉钉是其常见的两种形式。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
是利用钣金自身材料, 在冲压的时候形成互锁结构, 自铆无需利用额外的紧固件, 它成本低, 还有效率高, 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
加热至熔点使得两个分散的钣金件冷却后, 形成牢固接合的加工方法是焊接, 按加热方式主要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
要进行优秀的钣金件设计, 就得在功能需求方面、还要在工艺可行性方面以及成本控制方面, 去寻觅到最佳的平衡点。本文所总结出来的要点, 覆盖了钣金设计的核心环节哟:
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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