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堪称常见结构形式之一的钣金件, 于工业产品范畴内, 像手机外壳、机箱机柜、汽车零件以及家电面板等各处, 均有所在。可是呢, 好多专注设计钣金件的工程师, 时常出现这么一种状况, 那就是因对冲压工艺的限制缺乏了解, 进而设计出没法进行加工或者成本过高的产品。就在这天, 这么一篇饱含干货的内容, 将带领着你, 井然有序地梳理钣金件结构设计之中的核心要点, 助力你从仅仅具备设计能力, 进阶成为能够熟练巧妙设计的人。
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, 是针对那种通常在6mm以下的金属薄板所采用的一种综合冷加工工艺, 它涵盖了冲裁、就涵盖了折弯、还涵盖了拉伸、也涵盖了成形、又涵盖了铆合以及焊接等多种操作。它最为明显突出显著的特征, 便是同一零件的厚度保持一致。恰恰是因为具备这个特点, 所以钣金件在结构设计的时候, 是既有独特特别与众不同的优势的, 同时也存在明确限定规范清晰的工艺限制的。
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, 朝着板材施加外力, 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工件, 按照工序组合方式, 冲压模具能够被划分成三大类:
冲压行程仅有一次时, 于一个工位当中, 仅仅能完成一道工序, 像冲孔工序, 或者折弯工序, 又或者落料工序等。
复合模：一次行程中，在一个工位上同时完成多道冲压工序。
在一次冲压行程过程中, 于几个不一样的工位之上, 同时达成多道工序, 这样的模具被称作连续模, 其中连续模又称级进模。
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
要进行钣金加工, 冲裁是首先要开展的那道工序, 然而它同时也是尤其容易出现设计问题所处的环节。下面有着六大原则, 能够助力你躲开常用的设计陷阱。
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。
因素为模具, 钣金的尖角在模具上对应的同样是尖角, 凹模里存在的尖角其加工是困难的, 在进行热处理时务必要容易致使开裂, 于冲裁期间易于出现崩刃现象以及过快磨损, 这会极大地降低模具的寿命。
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
尺寸过小的凸模对应的冲压模具上相关部分, 会因悬臂及狭槽过长致使强度低, 模具寿命随之变短, 材料浪费也因过长悬臂有可能在钣金上出现。
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
钣金件被赋予三维形态的关键工序是折弯, 而折弯也是设计里最为容易出现差错的地方。请一定牢记以下八大原则。
原则一：折弯高度不能太低
当钣金折弯的高度过低之际, 折弯当中容易出现扭曲变形的状况, 从而极为不易获取理想的零件形状与尺寸精度。通常有着这样的建议: H要大于或等于2.0T加上R。
原则二：折弯半径要合适
钣金折弯半径需大于材料最小折弯半径, 以此来保障折弯强度。若半径过小, 材料外侧将出现开裂情况。要是半径过大, 回弹会十分严重, 从而对精度有所影响。
原则三：折弯方向垂直于纤维方向
在进行钣金折弯操作时, 应当尽可能地使其垂直于材料的沿着轧制方向所形成的纤维方向, 如此一来就能够获取到更为优良的折弯质量以及强度, 进而减少出现开裂的风险。
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
凸包常常被用于增添钣金局部的强度, 用于避让别的零件亦或是当作定位特征。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
用于折弯以及凸包等工序里的止裂槽, 其主要起到的作用是, 防止材料出现撕裂以及变形的情况, 与此同时, 还能减小成形力。止裂槽的宽度应当大于1.5T（此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
仅仅简单的平板钣金件, 其强度是最差的, 只要稍微有受力的情况发生, 就会随之出现变形, 应当在设计过程当中增添一些诸如折弯、翻边、或者凸包之类的立体特征。
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
于钣金制成的平面之上, 冲压出呈现凸起状态的加强筋, 此乃是在提升该平面强度方面, 最为有效同时还最为经济的方法当中的一项。
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, 或者开展翻边处理, 能够明显提升边缘的刚度, 还可增大整体的抗变形能力。
方法四：折弯处添加三角加强筋
冲压三角形加强筋于折弯转角部位进行操作, 能够切实有效地提高转角区域的强度, 以及增强其抗变形的能力。
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, 借助自铆或者拉钉的方式, 连接成为一个统一的整体框架, 如此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
直接对产品的可制造性、可靠性以及维修性产生影响的, 是钣金件所作采用的装配方式 , 以下存在着五种最为常用的装配方式。
1. 卡扣装配
存在一种装配方式, 它是卡扣装配, 此方式乃是最为经济的, 也是最为快捷的, 根本无需额外的紧固件, 经常被用于塑料件跟钣金件的连接之处, 或者是钣金件相互之间的快速拆装方面。在进行设计之时, 必须充分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
拉钉装配, 是借助专用拉钉枪, 把铆钉拉紧从而实现固定, 它适用于那种不方便从两侧进行操作的场合。其中, 常见的形式有平头拉钉以及圆头拉钉这样子的两种情况。
平头拉钉（左）与圆头拉钉（右）
3. 自铆装配
自铆这种连接方式, 乃借助钣金自身固有材料, 于冲压进程当中, 形成相互锁定之结构, 并不需要额外添加紧固件, 其具备成本低廉、效率较高的特性, 特别适用于两层或者多层钣金之间的连接。
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
加热至熔点后冷却, 以此把两个分散的钣金件形成牢固接合, 这个过程就是焊接, 而焊接属加工方法。按加热方式区分, 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
具备卓越性的钣金件设计, 得要于功能需求、工艺可行性以及成本控制之间寻觅到最为理想的平衡点。本文归纳总结出的要点涵盖了钣金设计的关键核心环节:
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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