钣金件结构工艺设计手册.pdf（免费下载）

完整PDF下载见文末

重量轻、强度高、成本低的钣金件, 凭借其具有的优势, 在汽车、家电、设备外壳等诸多领域得以广泛应用。然而, 不少设计由于忽略了工艺特性, 致使在生产的时候出现折弯开裂、装配卡壳的情况, 甚至还造成制造成本的增加。今日从设计原则、材料选择、结构规范、工艺适配这四个维度, 归纳出钣金件结构工艺设计的核心知识点, 以便能帮你避开常见的坑。

一、设计核心原则

致力于协调性能与工艺之间关联: 钣金件应当达成强度以及刚度方面的需求, 然而绝不能开展过度的设计操作。举例来说, 设备外壳必须具备抗力冲击的能力, 能够借助增添加强筋的方式来提升刚度, 并非绝对地加厚板材（2mm 钢板增添筋条相较于 4mm 没有筋条的结构成本降低 30%, 重量减轻 40%）；与此同时, 需要考量折弯、冲孔等工艺的可行性, 防止设计出无法得以加工的封闭结构。

为了兼顾装配以及维修, 在结构设计方面, 要预留出装配所需要的空间, 像螺丝孔之间的间距, 得适配扳手进行操作这件事儿, 起码要留出 15mm 的扳手操作空间才行, 对于卡扣连接而言, 要设计出能够拆卸的缺口；在维修的时候呢, 那些容易损坏的部件, 像是面板、接口板, 应该采用能够拆卸的结构, 防止因为焊接固定造成整体都需要更换的情况出现。

将批量生产时尽量减少工序, 像把多个零件整合为一体来减少焊接工序, 兼顾起来, 成本方面, 非标结构要控制数量, 比如说相同功能的孔位统一尺寸, 诸如全用φ5mm 圆孔而非 φ5、φ5.5mm 混排, 以此降低模具更换频率。

二、材料选择

钣金常被使用的材料包含冷轧钢板（SPCC）, 还有镀锌钢板（SGCC）, 不锈钢（304/316）也在其中, 铝合金（5052/6061）同样是常用材料, 选择的时候需要结合使用的环境以及工艺方面的要求。

普遍平常的室内场景, 像是设备的外壳这种场景, 优先选用SPCC这个, 它具备成本比较低、容易进行折弯的特点, 其表面能够进行喷粉以此来防止生锈。

针对潮湿的户外场景, 像是配电箱、室外机外壳这类情况, 可选择 SGCC, 也就是具有镀锌层防锈功能的材质, 要不就选 304 不锈钢这种耐腐蚀性强的物件。

针对轻量化需求, 像是汽车部件领域以及无人机机壳方面, 选用的是 5052 铝合金, 其密度仅仅为 2.7g/cm³, 相比钢要轻 60%, 并且折弯性能良好。

在面对高强度需求的情况之下, 比如说机械支架这类需求, 可供选择的是, 经过时效处理之后强度近乎低碳钢水准的 6061 铝合金, 或者是强度较为高并且具备耐酸碱特性的 316 不锈钢。

留意着, 材料的厚度要与工艺相互适配, 对于折弯件而言, 其厚度普遍是小于等于6毫米的, 要是太厚便容易出现开裂的情况, 拿冲孔件来说, 其厚度得大于等于孔径的三分之一, 就像直径为6毫米的孔, 板材需要厚度大于等于2毫米, 才能避免那孔壁发生变形。

三、常见结构设计规范

1、折弯结构：

折弯的半径, 要满足 R 大于或等于板材的厚度 t, 当 t 等于 2 毫米的时候, R 要大于或等于 2 毫米，防止因锐角折弯而致使开裂。

要让相邻的折弯边留出充足的间距, 要是两折弯边呈垂直的状态, 那么间距要大于或等于t加上R（例如: t等于2毫米、R等于2毫米的时候, 间距要大于或等于4毫米）, 以此来避免折弯时出现相互干涉的情况。

在折弯的地方要是存在孔, 那么孔的边缘到折弯线的距离要大于或等于材料厚度加上2毫米, 比如说材料厚度是3毫米时, 孔边距就得大于或等于5毫米, 才能够防止在折弯的时候孔的位置发生变形。

2、冲孔结构：

在 t 小于等于 3 毫米的情况下, 圆孔的直径要大于或等于 t , 方孔的边长同样要大于或等于 t , 以此避免角部应力集中而出现开裂现象。

孔和孔之间的间距要大于或等于两倍t, 孔与板材边缘的间距要大于或等于t, 要是t等于2毫米的话, 孔边距要大于或等于2毫米, 以此来防止板材边缘出现变形。

3、加强筋设计：

加强筋高度 H 小于或等于 5t, 宽度 b 在（1 至 1.5）t 的范围（举例: t 等于 2 毫米时, H 小于或等于 10 毫米、b 为 2 至 3 毫米）, 倘若太高太宽了, 就会致使材料用量增加, 并且容易出现起皱的情况。

筋条的布置方向, 得和受力方向保持一致才行, 举例言之, 就像那种承受垂直力的面板, 其筋条要沿着水平方向去布置, 如此这般, 提升刚度所获得的效果就会更好一些。

4、焊接结构：

焊接边需留焊接间隙（一般 0.5~1mm），避免焊不透；

应采用间断焊, 像每焊50mm先空30mm这样这般, 对于大面积焊接, 例如箱体拼接而言, 是用来减少焊接变形之作法。

5、翻边结构：

翻边的高度 h需大于或等于3t, 以此来保证强度, 翻边孔的直径 d要大于或等于h加上2t, 这样做是为了避免在翻边过程中材料出现拉伸断裂。

翻边处需倒圆（R≥0.5t），防止锋利边缘划伤装配人员。

概括来讲, 钣金件结构工艺设计的关键所在是“使设计能够得以实现”, 这其中, 既需要达成产品性能方面的要求, 同时也要与生产工艺相契合, 并且还要对成本予以把控。只要掌握了材料特性、结构规范以及工艺适配要点, 便能够设计出“易于制造、使用良好且价格低廉”的钣金件, 以此防止从图纸转变为实物过程中的“失败”情况出现。

50万+机械工程师都在看↓↓↓