【专业知识】钣金类产品设计需要考虑的部分原则

作者：147小编　更新时间：2024-10-31　点击数：

我们经常用到的五金类零件中常用的金属材料有不锈钢、铜、铝、锌合金、镁合金、钢、铁等。五金制品根据加工方式不同常分为冷加工及热加工类，不同种类的五金成型方法也不一样，冷加工类如钣金类材料，主要是通过模具冷冲压、折弯、拉深等工艺成型。热加工类如铸造类零件，主要通过将五金原材料熔化成液态用模具铸造而成。一般认为，凡是厚度均匀的片材类金属材料统称钣金。常用的钣金材料有不锈钢、镀锌钢板、马口铁、铜、铝、铁等。

❶产品厚度均匀的原则钣金就是厚度均匀的材料，在结构设计时应该要注意，尤其是在折弯比较多的地方，很容易造成厚度不均匀。❷易于展平的原则钣金件产品是由片材加工而成的，在没有加工之前，原材料是平整的，所以，在设计钣金件时，所有折弯及斜面都要能展开在同一个平面上，相互之间不能有干涉。例如，图1-1所示的钣金件设计不合格，原因就是展开后相互干涉。

（图1－1钣金件展平后会相互干涉图）❸适当地选用板金件厚度原则钣金件厚度从0.03〜4.00mm各种规格都有，但厚度越大越难加工，就越需要大的加工设备，不良率也随之增加。厚度应根据产品实际的功能来选择，在满足强度及功能的前提下，越薄越好，对于大部分产品，钣金件厚度应控制在1.00mm以下。❹符合加工工艺原则钣金件产品要符合加工工艺，要易于制造，不符合加工工艺的产品是制造不出来的，就是不合格的设计。下面分类探讨钣金类产品设计的工艺要求钣金

工艺性：产品在各种加工过程中如冲切、折弯等的难易程度

工艺要求：设计钣金类产品时应符合这些工艺性。

基本加工方式有：冲切、折弯、拉伸、成型等

普通冲切结构工艺性普通冲切：目前应用最多精密冲切：需要精密的冲切模具及高精度的冲切设备，成本要高于普通冲切，一般应用于比较精密的产品。(1) 冲切件的外形尽量简单，避免细长的悬臂及狭槽冲切件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不小于1.5/t(t为料厚），同时应该避免窄长的切口与过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口强度，如图1-2所示。

图1—2避免窄长的悬臂和凹槽(2)冲切件外形尽量使排样时废料最少，从而减少原料的浪费将图1-3所示的设计改进成图1-4所示的设计，就会以相同的原料增加产品数量，从而减少浪费，降低成本。

图1-3原先设计

图1-4改进后设计(3)冲切件的外形及内孔应避免尖角。尖角会影响模具的寿命，在产品设计时要注意在角落连接处倒圆角过渡，圆角半径R≥ 0.5t (t为料厚），如图1-5所示。

图1-5倒圆角设计(4)冲切件的孔及方孔冲切件的孔优先选用圆孔，冲孔时，受到冲头强度的限制，冲孔的直径不能太小，不然容易损坏冲头。冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关，表1-1是常用材料最小的冲孔尺寸，t为钣金材料厚度。表1-1常用材料最小的冲孔尺寸

冲孔最小尺寸设计时一般不小于0.40mm，小于0.40mm的孔一般采用其他方式加工，如腐蚀、激光打孔等。

(5)冲切的孔间距与孔边距。钣金件结构设计时孔与孔之间、孔与边距之间应有足够的料件，以免冲压时破裂。如图1-6所示是最小孔间距及最小孔边距示意图，t为钣金材料厚度。

图1-6最小孔间距及最小孔边距示意图(6)折弯件及拉深件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离。在拉伸产品上冲孔时，为保证孔的形状及位置精度，也为了保证模具的强度，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离，如图1-7所示。

图1-7拉伸产品上冲孔(7)钣金件在设计时尽量避免缺口尖角的设计。缺口尖角会造成模具冲头尖利，容易损坏冲头，在产品的缺口尖角处也容易产生裂缝。图1-8(a)所示产品有尖角，图1-8(b)所示是倒了圆角后的尖角，t为钣金材料厚度。

图1-8缺口尖角的处理折弯

折弯的原理：是指在钣金件上做直边、斜边、弯曲等形状，如将钣金件弯成L形、U 形、V形等。

模具折弯：一般用于外形复杂、尺寸较小、产量多的钣金产品。

折弯机折弯：一般用于产品外形尺寸较大、小批量生产的钣金产品。

(1)钣金折弯件最小的弯曲半径材料弯曲时，在圆角区上，外层受到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定时，内层圆角越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断；如果弯曲圆角过大，则会受到材料回弹的影响，产品的精度及形状得不到保证。设计折弯件最小的弯曲半径可参考表1-2。表1-2常用材料最小的弯曲半径

(2)弯曲件的直边高度弯曲件的直边高度不能太小，否则很难达到产品的精度要求。一般情况下，最小直边高度按图1-9所示要求来设计。

图1-9最小直边高度设计如果弯曲件直边高度因为产品结构需要而小于最小直边高度设计时，可以在弯曲变形区内加工浅槽后再进行折弯，如图1-10所示。这种方式的缺点就是降低了产品强度，如果钣金材料太薄也不适用。

图1-10(3)折弯件的最小孔边距。折弯件上的孔加工方式有两种，一种是先折弯后冲孔；另一种是先冲孔后折弯。先折弯后冲孔边距的设计参照冲切件的要求；先冲孔后折弯应让孔处于折弯的变形区外，不然会造成孔的变形及开孔处易裂，其基本设计要求如图1-11所示。

图1-11折弯件的最小孔边距(4)在靠近折弯圆角边的邻近边折弯时，折弯边应与圆角保持一定的距离，如图1-12所示，距离L≥0.5t,其中t是钣金厚度。

图1-12(5) 弯曲件的工艺缺口设计如果一条边只有一部分折弯，为了防止裂开及畸形，应设计有工艺切口，工艺切口宽度不小于1.5t,工艺缺口深度不小于2.0t+R,其中t是钣金厚度，如图1-13所示。

图1-13工艺缺口设计(6)折弯件打死边的设计。折弯件打死边是指折弯的面与底面平行，俗称打死边。打死边的前道工序是将折弯边折弯成一定的角度，然后打死贴合。打死边的死边长度与材料的厚度有关，一般死边最小长度L≥3.5t+R，其中t为钣金材料厚度，R为打死边前道工序的最小内折弯半径，如图1-14所示。

图1-14打死边的长度设计(7)弯曲件的工艺孔设计在设计U形弯曲件时，两弯曲边最好一样长，以免弯曲时产品偏移而产生废品，如果因为结构设计不允许两边一样长，为保证产品在模具中准确定位，应预先在设计时添加工艺定位孔，特别是多次弯曲成型的零件，必须设计工艺孔为定位基准，以减少累计误差，保证产品质量，如图1-15所示。

图1-15弯曲件的工艺孔设计拉伸一、含义钣金件拉伸：将钣金件拉深成四周有侧壁的圆形或者方形、异形等形状的工艺，如铝制的洗脸盆、不锈钢杯等。

二、钣金件拉伸注意事项 (1)拉伸件的底与壁之间的最小圆角半径应大于板厚，即r1>t；为了使拉伸进行得更顺利，一般取r1=(3～5)t，最大圆角半径应小于板厚的8倍，即r1<8t。拉深件圆角半径大小要求如表所示

拉深件圆角半径大小(2)拉伸件凸缘与壁之间的最小圆角半径应大于板厚的2倍，即r2>2t；为了使拉伸进行得更顺利，一般取r2=5t，最大圆角半径应小于板厚的8倍，即r1<8t。（例如图1-16）

图1-16圆形无凸缘拉深件一次成型时高度与直径的尺寸关系(3)矩形拉伸件相邻两壁间的最小圆角半径应取r3≥3t，为了减少拉伸次数，尽可能取r3≥1/5H，以便一次拉伸完成。(4)拉伸件由于各处所受应力不同，使拉伸后，材料厚度发生变化。一般，底部中央保持原来厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料变厚；矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。在设计拉伸产品时，在图纸上明确注明必须保证外部尺寸或内外部尺寸，不能同时标注内外尺寸。(5)拉伸件之材料厚度，一般都考虑工艺变形中的上下壁厚不相等的规律（即上厚下薄）。圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度H和直径D之比应小于或等于0.4。总的来说，在设计拉伸件时注意拉伸件形状应尽量简单，外形上尽量对称，拉伸深度不宜太大。

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