结构设计工艺手册钣金件结构工艺设计

结构设计工艺手册、八前言公司现有零件中，不仅在打样过程中经常会有一些加工工艺性的 问题，也有很多归档转产的零件存在加工困难的情况，不仅影响生产进度和交货，也影响结构件的质量。如钣金零件的折弯，经常会发生 折弯碰刀的情况；落料的外圆角、半圆凸台、异型孔的规格太多，以 及一些不合理的形状设计， 导致加工厂要多开很多不必要的落料模， 大大增加模具的加工和管理成本；插箱的钣金导轨、拉伸凸台等设计， 品种越来越多，需要统一、规范；喷漆和丝印，也经常出现喷涂选择 不合理导致废品率较高、无法丝印等问题；有些钣金零件的点焊完全 可以适当增加定位，不增加成本也不影响美观，实际上大部分设计是 靠生产的工装定位，不仅麻烦、效率低，精度也不好；很多可以避免 焊接的钣金零件，往往设计成角焊的结构形式，焊接和打磨都非常麻 烦，不仅效率较低，而且外观质量也经常得不到保证，等等。长期以 来，这些相同的问题不断地重复发生， 无论对产品质量还是产品的生 产和进度，都会产生不良的影响。编写这本结构设计工艺手册目的，就是为了方便工程师在结构设计时查阅一些常用的、关键的数据，更好地保证工程师设计岀的零件有较好的加工工艺性，统一结构要素，减少不必要的开模，加快加工进度，降低加工成本，提高产品质量。编写这本手册的同时，对钣金模具手 册标准进行了彻底的改编，对一些典型的结构形状进行了优化和系列化，减少了品种，并在 intralink库里对相关的模具建模，不仅方便设计人员进行结构设计，对模具的统一，也会起到较 好的效果。手册中一些典型的数据主要来源于参考资料，一些工艺上的极限尺寸，主要来源于加工厂家提供的数据，是我们应尽可能遵照的。有 些正在生产的零件，一些尺寸超出了手册中给出的极限尺寸， 但并不 能就能说明这些设计是有良好的工艺性，原则上是在满足产品性能的 条件下，尽可能达到最好的加工工艺性。由于时间和实际经验有限，手册中错误在所难免，恳请大家批评 指正，希望经过一定时间的实践检验，经过将来补充、修订、完善之 后,能够成为一部非常实用的参考书， 对我们的设计工作起到很好的 指导作用。考虑手册的篇幅和实用性，以及我们的设计主要是钣金零 件设计，因此，本手册主要以钣金件为主。手册编写得到中兴新的吉海青、胡兴胜、李道清、杜坚、巴新安 等大力帮助，在此表示感谢！顾 问：张晖马庆魁何朝来何剑波冯力编写人员：彭诗林：第一章：钣金零件设计工艺 颜斌鲁：第二章：金属切削件设计工艺严冬：第三章：压铸件设计工艺杨涛： 第四章：铝型材零件设计工艺郑宁生：第五章金属的焊接设计工艺尚玉其：第六章：塑料件设计工艺刘彦明：第七章表面处理工艺温存善、封智：第八章：结构图纸零部件的分级和代 码申请曹水春、陈进云、张向峰、刘肖：结构设计工艺手 册修改、编辑、汇总审 核：公司结构工艺专家委员会专家参考标准和书籍：颜色要求 镀涂表示方法；塑胶面板结构要求丝印要求单板插件通用化设计指南盒体机箱通用化设计指南标准插箱通用化设计指南19英寸标准机柜应用指南Q/ZX Z 04.400-2005Q/ZX Z 04.401-2005Q/ZX Z 04.402-2005Q/ZX Z 04.403-2005黑色金属材料有色金属材料非金属材料GB/T 4943信息技术设备安全GB/T 8582电工、电子设备机械结构术语Q/ZX 23.019焊接设计简明手册产品安全性设计标准 （试行）机械工业岀版社焊接工艺人员手册表面工程手册机械设计手册上海科学技术岀版社机械工业岀版社化学工业岀版社电子设备设计手册电子工业出版社结构工艺基本设计手册（试用稿）工艺结构设计手册（数冲、激光、数折、非标螺母）钣金冲压工艺手册国防工业出版社冷冲压及塑料成型工艺与模具设计机械工业岀版社机械零件设计手册冶金岀版社五金手册机械工业岀版社目 录1第一章钣金零件设计工艺1.1钣金材料的选材1.1.1 钣金材料的选材原则 1.1.2 几种常用的板材1.1.3 材料对钣金加工工艺的影响 1.2冲孔和落料:1.2.1 冲孔和落料的常用方式1.2.2 冲孔落料的工艺性设计1.3钣金件的折弯1.3.1 模具折弯：1.3.2 折弯机折弯1.4钣金件上的螺母、螺钉的结构形式 1.4.1 铆接螺母1.4.2 凸焊螺母1.4.3 翻孔攻丝1.4.4 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 1.5钣金拉伸1.5.1 常见拉伸的形式和设计注意事项 1.5.2 打凸的工艺尺寸1.5.3 局部沉凹与压线1.5.4 加强筋1.6其它工艺1.6.1 抽孔铆接1.6.2 托克斯铆接1.7沉头的尺寸统一1.7.1 螺钉沉头孔的尺寸1.7.2 孔沉头铆钉的沉头孔的尺寸的统一1.7.3 沉头螺钉连接的薄板的特别处理 2 第二章金属切削件设计工艺2.1常用金属切削加工性能2.2零件的加工余量221 零件毛坯的选择和加工余量 222 工序间的加工余量2.3不同设备的切削特性、加工精度和粗糙度的选择 2.3.1 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系 2.3.2 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系 2.4螺纹设计加工2.4.1 普通螺纹的加工方法 2.4.2 普通螺纹加工常用数据 2.4.3 普通螺纹的标记 2.4.4 普通螺纹公差带的选用及精度等级 2.4.5 英制螺纹的尺寸系列2.5常见热处理选择和硬度选择。 2.5.1 结构钢零件热处理方法选择 2.5.2 热处理对零件结构设计的一般要求 2.5.3 硬度选择3 第三章压铸件设计工艺 3.1压铸工艺成型原理及特点 3.2压铸件的设计要求3.2.1 压铸件设计的形状结构要求 3.2.2 压铸件设计的壁厚要求3.2.3 压铸件的加强筋/肋的设计要求 3.2.4 压铸件的圆角设计要求3.2.5 压铸件设计的铸造斜度要求 3.2.6 压铸件的常用材料3.2.7 压铸模具的常用材料4第四章铝型材零件设计工艺3.3型材挤压加工的基本常识 3.3.1铝型材的生产工艺流程3.3.2常见型材挤压方法 3.3.3空心型材挤压模具简单介绍3.4铝型材常用材料及供货状态.3.5铝型材零件的加工及表面处理.3.5.1铝合金型材零件的加工.3.5.2铝合金型材零件的表面处理4第五章金属的焊接设计工艺4.1金属的可焊性4.1.1 不同金属材料之间焊接及其焊接性能 4.1.2 同种金属的焊接性能 4.2点焊设计4.2.1 接头型式4.2.2 点焊的典型结构4.2.3 点焊的排列4.2.4 钢板点焊直径以及焊点之间的距离 4.2.5 铝合金板材的点焊4.2.6 点焊的定位4.3角焊4.4缝焊5第六章塑料件设计工艺5.1塑胶件设计一般步骤5.2公司不同的产品系列推荐的材料种类。 5.3塑胶件的表面处理 5.4塑胶件的工艺技术要求 5.4.1塑胶件零件的壁厚选择5.4.2塑胶零件的脱模斜度.5.4.3塑胶零件的尺寸精度.5.4.4塑胶的表面粗糙度.5.4.5员角5.4.6加强筋的问题547 支承面548 斜顶与行位问题5.5塑胶的极限工艺问题的处理方法 5.6塑胶零件常须解决的问题。 5.7塑胶件正在进入的领域。 6第七章表面处理工艺6.1金属镀覆6.1.1金属镀覆工艺范围6.1.2 电镀基础介绍6.1.3 金属镀覆设计注意事项 6.1.4 几种常用零件电、化学处理推荐 6.2表面喷涂6.2.1 喷涂基础介绍6.2.2 表面效果选择原则 6.2.3 喷粉、喷漆设计注意事项 6.3表面丝印6.3.1 丝网印刷原理： 6.3.2 丝网印刷的主要特点：6.3.3 丝印设计注意事项 6.4移印介绍7 第八章 结构图纸零部件的分级和代码申请 7.1零部件分级和代码申请的基本原则 7.2单板整件图纸的分级方法7.3插箱整件图纸的分级方法和代码申请方法 7.4整机配置（含机柜）的图纸的分级方法 1第一章钣金零件设计工艺1.1 钣金材料的选材钣金材料是通信产品结构设计中最常用的材料，了解材料的综合性能和正确的选材，对产品成本、产品性能、产品质量、加工工艺性都 有重要的影响。1.1.1钣金材料的选材原则1）选用常见的金属材料，减少材料规格品种，尽可能控制在公司材料手册范围内；2）在同一产品中，尽可能的减少材料的品种和板材厚度规格；3）在保证零件的功能的前提下，尽量选用廉价的材料品种，并降低材料的消耗，降低材料 成本；4）对于机柜和一些大的插箱，需要充分考虑降低整机的重量；5） 除保证零件的功能的前提外，还必须考虑材料的冲压性能应满足加工艺要求，以保证制品的加工的合理性和质量。1.1.2几种常用的板材介绍1.1.2.1 钢板1）冷轧薄钢板冷轧薄钢板是碳素结构钢冷轧板的简称，它是由碳素结构钢热轧钢 带，经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板。由于在常温下轧制， 不产生氧化铁皮，因此，冷板表面质量好，尺寸精度高，再加之退火 处理，其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板。常用的牌号为低碳钢08F和10#钢，具有良好的落料、折弯性能。2）连续电镀锌冷轧薄钢板连续电镀锌冷轧薄钢板，即“电解板”，指电镀锌作业线上在电场 作用下，锌从锌盐的水溶液中连续沉积到预先准备好的钢带表现上得 到表面镀锌层的过程，因为工艺所限，镀层较薄。3）连续热镀锌薄钢板连续热镀锌薄钢板简称镀锌板或白铁皮，是厚度0.252.5mm的冷轧连续热镀锌薄钢板和钢带，钢带先通过火焰加热的预热炉，烧掉表面残油，同时在表面生成氧化铁膜，再进入含有H2、N2混合气体的还原退火炉加热到710920 C,使氧化铁膜还原成海绵铁，表面活化和净化了的带钢冷却到稍高于熔锌的温度后，进入450460 C的锌锅，利用气刀控制锌层表面厚度。最后经铬酸盐溶液钝化处理，以提高耐白锈性。与电镀锌板表面相比，其镀层较厚，主要用于要求耐腐蚀 性较强的钣金件。4）覆铝锌板覆铝锌板的铝锌合金镀层是由55%铝、43.4%锌与1.6%硅在600 C高温下固化而组成，形成致密的四元结晶体保护层，具有优良的耐腐蚀性，正常使用寿命可达25年，比镀锌板长 3-6倍，与不锈钢相当。覆铝锌板的耐腐蚀性来自铝的障碍层保护功能，和锌的牺牲性保护功能。当 锌在切边、刮痕及镀层擦伤部分作牺牲保护时，铝便形成不能溶解的氧化物层，发挥屏障保护功上述2）、3）、4）钢板统称为涂层钢板，在国内通讯设备上广泛采用，涂层钢板加工后可 以不再电镀、油漆，切口不做特殊处理，便可直接使用，也可以进行特殊磷化处理，提高切口耐 锈蚀的能力。从成本分析看，采用连续电镀锌薄钢板，加工厂不必将零件送去电镀，节省电镀时 间和运输出费用，另外零件喷涂前也不用酸洗，提高了加工效率。5 ）不锈钢板因为具有较强的耐腐蚀能力、良好的导电性能、强度较高等优点，使用非常广泛，但也要充 分考虑它的缺点：材料价格很贵，是普通镀锌板的 4倍；材料强度较高对数控冲床的刀具磨损较大一般不合适数控冲床上加工；不锈钢板的压铆螺母要采用高强度的特种不锈钢材料的压铆螺母，价格很贵；压铆螺母铆接不牢固经常需要再点焊；表面喷涂的附着力不高、质量不宜控制； 材料回弹较大折弯和冲压不易保证形状和尺寸精度。1.122铝和铝合金板通常使用的铝和铝合金板主要有以下三种材料：防锈铝3A21、防锈铝5A02和硬铝2A06<防锈铝3A21即为老牌号LF21，系AL Mn合金，是应用最广的一种防锈铝。这种合金的 强度不高（仅高于工业纯铝），不能热处理强化。故常用冷加工方法来提高它的力学性能，在退 火状态下有高的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好。冷作硬化时塑性低，耐蚀性好，焊接性良好。防锈铝5A02即为老牌号LF2系AL Mg防锈铝，与3A21相比，5A02强度较高，特别是 具有较高的疲劳强度、塑性与耐蚀性高。热处理不能强化，用接触焊和氢原子焊焊接性良好，氩 弧焊时有形成结晶裂纹的倾向，合金在冷作硬化时有形成结晶裂纹的倾向。合金在冷作硬化和半冷作硬化状态下可切削性较好，退火状态下可切削性不良，可抛光。硬铝2A06为老牌号的LY6，是常用的硬铝牌号。硬铝和超硬铝比一般的铝合金具有更高的 强度和硬度，可以作为一些面板类的材料，但是塑性较差，不能进行折弯，折弯会造成外圆角部 位有裂缝或者开裂。铝合金的牌号和状态已经有新的标准，牌号表示方法的标准代号为GB/T16474-1996，状态代号GB/T16475 1996，与老标准的对照表如下表1-1所示：表1-1铝合金新旧牌号对照表牌号状态新旧新旧新旧新旧新旧1070AL15A06LF62A80LD82A14LD10H12R1060L25A12LF122A90LD92A50LD5OM1050AL38A06L64A11LD116A02LD2T4CZ1035L43A21LF216063LD317A04LC4T5RCS1200L52A02LY26061LD307A09LC9T6CS5A02LF22A06LY62A11LY115A03LF32A16LY162A12LY125A05LF52A70LD72A13LY131.1.2.3铜和铜合金板常用的铜和铜合金板材主要有两种，紫铜T2和黄铜H62,紫铜T2是最常用的纯铜，外观呈紫色，又称紫铜，具有高的导电、导热性、良好的耐蚀性 和成形性，但强度和硬度比黄铜低得多，价格也是非常昂贵，主要用作导电、导热和耐用消费品 腐蚀元件，一般用于电源上需要承载大电流的零件。黄铜H62，属高锌黄铜，具有较高的强度和优良的冷、热加工性，易用于进行各种形式的压力加工和切削加工。 主要用于各种深拉伸和折弯的受力零件，其导电性不如紫铜， 但有较好强度和硬度，价格也比较适中，在满足导电要求的情况下，尽可能选用黄铜H62代替紫铜，可以大大降低材料成本，如汇流排， 目前绝大部分汇流排的导电片都是采用黄铜H62，事实证明完全满足要求。1.1.3材料对钣金加工工艺的影响钣金加工主要有三种：冲裁、弯曲、拉伸，不同的加工工艺对板材有不同要求，钣金的选材 也应该根据产品的大致形状和加工工艺考虑板材的选择。1.131材料对冲裁加工的影响冲裁要求板材应具有足够的塑性，以保证冲裁时板材不开裂。软材料（如纯铝、防锈铝、黄 铜、紫铜、低碳钢等）具有良好的冲裁性能，冲裁后可获得断面光滑和倾斜度很小的制件；硬材料（如高碳钢、不锈钢、硬铝、超硬铝等）冲裁后质量不好，断面不平度大，对厚板料尤为严 重。对于脆性材料，在冲裁后易产生撕裂现象，特别是宽度很小的情况下，容易产生撕裂。1.132 材料对弯曲加工的影响需要弯曲成形的板材，应有足够的塑性、 较低的屈服极限。 塑性高的板材，弯曲时不易开裂，较低屈服极限和较低弹性模量的板料，弯曲后回弹变形小，容易得到尺寸准确的的弯曲形状。含碳量v 0.2%的低碳钢、黄铜和铝等塑性好的材料容易弯曲成形；脆性较大的的材料，如磷青铜（QSn6.52.5）、弹簧钢（65Mn八 硬铝、超硬铝等，弯曲时必须具有较大的相对弯曲半径（r/t），否则在弯曲过程中易发生开裂。特别要注意材料的硬软状态的选择，对弯曲性能有很大的影响， 很多脆性材料，折弯会造成外圆角开裂甚至折弯断裂，还有一些含碳量较高的钢板，如果选择硬质状态，折弯也会造成外圆角开裂甚至折弯断裂，这些都应该尽量避免。1.133 材料对拉伸加工的影响板材的拉伸，特别是深拉伸，是钣金加工工艺中较难的一种，不仅要求拉伸的深度尽量小， 形状尽可能简单、圆滑过渡，还要求材料有较好的塑性，否则，非常容易引起零件整体扭曲变形、局部打皱、甚至拉伸部位拉裂。屈服极限低和板厚方向性系数大，板料的屈强比（7 s/ b b越小，冲压性能就越好，一次变形的极限程度越大。板厚方向性系数>1时，宽度方向上的变形比厚度方向上的变形容易。拉伸圆角 R值越大，在拉伸过程中越不容易产生变薄和发生断裂，拉伸性能 就越好。常见的拉伸性能较好的材料有：纯铝钣、08AI，ST16、SPCD。1.1.3.4材料对刚度的影响在钣金结构设计中，经常遇到钣金结构件的刚度不能满足要求，结构设计师往往会用高碳钢或不锈钢代替低碳钢，或者用强度硬度较高的硬铝合金代替普通铝合金，期望提高零件的刚度， 实际上没有明显的效果。对于同一种基材的材料，通过热处理、合金化能大幅提高材料的强度和 硬度，但对刚度的改变很小，提高零件的刚度，只有通过变换材料、改变零件的形状，才能达到 一定的效果，不同材料的弹性模量和剪切模量参见表1-2。表1-2常见材料的弹性模量和剪切模量名称弹性模量EGPa切变模量GGPa名称弹性模量EGPa切变模量GGPa灰铸铁11812644.3轧制锌8231.4球墨铸铁173铅166.8碳钢、 镍铬钢20679.4玻璃551.96铸钢202有机玻璃2.3529.4轧制纯铜10839.2橡胶0.0078冷拔纯铜12748电木1.962.940.692.06轧制磷锡青铜11341.2夹布酚醛塑料3.958.83冷拔黄铜899734.336.3赛璐珞1.711.890.690.98轧制锰青铜10839.2尼龙10101.07轧制铝6825.526.5硬四氯乙烯3.143.92拔制铝线69聚四氯乙烯1.141.42铸铝青铜10311.1低压聚乙烯0.540.75铸锡青铜103高压聚乙烯0.1470.24硬铝合金7026.5混凝土13.7339.24.915.691.1.3.5常用板材的性能比较表1-3 几种常用板材的性能比较价格系数搭接 电阻（m Q）数控冲 床加工 性能激光 加工 性能折弯性能涨铆 螺母 工艺 性压铆 螺母 工艺 性表面 喷涂切口 防护 性 能。冷轧钢板镀蓝锌1.0好好好好好一般较好冷轧钢板镀彩锌1.227好好好：好好一般好连续电镀锌钢板1.726好好好好好一般最差热镀锌钢板1.326好好好好好一般较差覆铝锌板1.423好好好：好好一般差不锈钢6.560差好一般差很差差好防锈铝板2.946一般极差好好好一般好硬铝、超硬铝板3.046一般极差极差好好一般好T2铜板5.6好极差好好好一般好黄铜板5.0好极差好好好一般好注：1，表中的数据与材料具体的牌号和厂家均有关系，仅作为定性参考之用2，铝合金、铜合金板材在激光切割上加工性极差，一般不能采用激光加工。1.2冲孔和落料：1.2.1冲孔和落料的常用方式1.2.1.1数控冲冲孔和落料：数控冲冲孔和落料，就是利用在数控冲床上的单片机预先输入对钣金零件的加工程序（尺寸，加工路径，加工工具等等信息），使数控冲床采用各种刀具，通过丰富的 NC指令可以实现各种各样的冲孔、 切边、成形等形式的加工。数控冲一般不能实现形状太复杂的冲孔和 落料。特点：速度快，省模具。加工灵活，方便。基本上能够满足样 品下料生产中的需要。注意的问题及要求：薄材（t<0.6）不好加工，材料易变形；加工范围 受刀具，夹爪等限制；适中的硬度和韧性有较好的冲裁加工性能；硬 度太高会使冲裁力变大，对冲头和精度都有不好的影响；硬度太低， 使冲裁时变形严重，精度受到很大的限制；高的塑性对成形加工有利， 但不适合于蚕食、连续冲裁，对冲孔和切边也不太合适；适当的韧性 对冲裁是有益的，它可以抑制冲孔时的变形程度；韧性太高则使冲裁 后反弹严重，反而影响了精度。数控冲一般适合冲裁T=3.54mm以下的低碳钢、电解板、覆铝锌 板、铝板、铜板、T=3mm以下的不锈钢板，推荐的数控冲床加工的 板料厚度为：铝合金板和铜板为 0.84.0,低碳钢板为0.83.5mm， 不锈钢板0.82.5mm。对铜板加工变形较大，数控冲加工PC和PVC 板，加工边毛刺大，精度低。冲压时用的刀具直径和宽度必须大于料厚，比如 1.5的刀具不能 冲1.6mm的材料.0.6mm以下的材料一般不用 NCT加工。不锈钢材料一般不用NCT加工。（当然，0.61.5mm的材料可以用NCT加工，但对刀具磨损大，现场加工出现的废品率的几率比其它GI等材料要高的多。）其它形状的冲孔落料希望尽可能简单、统一。数控冲的尺寸要规格化，如圆孔，六边形孔、工艺槽最小宽度为 1.2mm。具体参考钣金模具手册。1.2.1.2 冷冲模冲孔和落料：对产量较大，尺寸不太大的零件进行冲孔落料，为提高生产效率，而专门开的钣金冲压模具。一般由凸模和凹模组成。凹模一般有：压入式，镶拼式等。凸模一般有：圆形，可更换；组合式；快装卸型等。最常见的冲模有：冲裁模（主要有：开式落料模，闭式落料模，冲孔落料复合模， 开式冲孔落料连续模，闭式冲孔落料连续模），弯曲模，压延模。特点：因为用冷 冲模冲孔及落料基本可一次冲压完成，效率高，一致性好，成本低。所以 对于年加工量在 5000件以上，零件尺寸不是太大的结构件，加工厂一般开冷冲模加工，在结构 设计时就要考虑按开冷冲模加工的工艺特点设计。比如零件不应岀现尖角（除使用上必须外）， 需设计成圆角，可改善模具的质量和寿命，也使工件美观，安全，耐用；为满足功能要求，零件 的结构形状可以设计得更复杂等。1.2.1.3 密孔冲冲孔：密孔冲可以视为数控冲的一种，对于有大量密孔的零件，为提高冲孔效率，精度等，专门 开可一次冲大量密孔的冲孔模对工件进行加工。如：通风网板，进岀风挡板等。见图1-1所示。图中阴影部分为密孔模，零件的密孔靠密孔模可快速冲岀。比一个一个的冲孔，大大的提高效 率。图1-1 密孔冲示意图密孔设计注意的问题及要求：产品上密孔的设计应考虑密孔冲模具的加工特点是重复多次冲裁，这样在设计密孔的排布 的时候应采用这样的原则：1 ）设计密孔排布时首先考虑借用钣金模具手册上规划的密孔模，以减少模具成本；2 ）同一类型的密孔排布时应统一，行间距规定一个不变的数值，列间距也规定一个不变的 数值，这样同一类型的密孔模具可以通用，减少开模数量，降低了模具的成本；3） 同一类型的孔的尺寸应一致，如六方孔可以统一为内切圆5的六方孔，此六方孔为公司六方孔的常用尺寸，占六方密孔的90%以上。4） 采用错位排布两行孔数不等时，必须满足两个要求，1,孔距较大，两孔的边缘距离大于2t （t为材料厚度）；2,总排数应该为偶数排 ，如图1-2所示；图1-2 密孔错位排布示意图5）如果密孔的孔距很小，每排孔的数量必须为为偶数。如图1-3所示，两个密孔之间的距离D小于2t时（t为材料厚度），因为模具的强度问题，则密孔模要间隔设置，图中阴影部分为密 孔模。可以看岀，每排孔的数量必须为为偶数。如果图1-2中的孔距也是这样很小时，因为每排的孔数不等（7空、8孔两种），则无法用密孔模一次性冲岀。图1-3密孔模图1-1 a的密孔模可设计成如图 1-4所示。图1-4密孔模图1-1 b的密孔模只能设计成如图1-5所示。图1-5 密孔模设计密孔的排布时尽量按照上述要求设计，并且连续和有一定的规律性，便于开密孔模具， 降低冲压成本，否则只能采用数冲或开很多套模具来完成加工。如图1-6所示，图a,交错孔，行数不是偶数；图 b，中间缺孔；图c,密孔距离太近，每行孔数和每列孔数都是奇数；图d、e，密孔距离太近，密孔的每行孔数不相等，这些不能仅靠密孔模冲孔一次完成加工，还须用其它 补加工方法才能完成。图f，如果用密孔模加工，也需要用其它补加工方法才能完成，即使开落料模，也需要多副冲孔模完成，工艺性很差。图1-6密孔排部示意图121.4 激光切割:激光切割是由电子放电作为供给能源，利用反射镜组聚焦产生激光光束作热源的一种无接 触切割技术，利用这种高密度光能来实现对钣金件的打孔及落料。特点：切割形状多样化，切割速度比线切割快，热影响区小，材料不会变形，切口细，精 度及质量高，噪声小，无刀具磨损，无需考虑切割材料的硬度，可加工大型，形状复杂及其它 方法难以加工的零件。但其成本较高，同时会损坏工件的支撑台，而且切割面易沉积氧化膜， 难处理。一般只适合单件和小批量加工。注意的问题及要求：一般只用于钢板。铝板及铜板一般不能用，因为材料传热太快，造成切 口周围融化，不能保证加工精度及质量。激光切割端面有一层氧化皮，酸洗不掉，有特殊要求的 切割端面要打磨；激光切割密孔变形较大，一般不用激光切割密孔。121.5线切割：线切割是把工件和电极丝（钼丝，铜丝）各作为一极，并保持一定距离，在有足够高的电 压时形成火花隙，对工件进行电蚀切割的加工方法，切除的材料由工作液带走。特点：加工精度高，但加工速度较低，成本较高，且会改变材料表面性质。一般用于模具 加工，不用作加工生产用零件。有些单板型材面板的方孔没有圆角，无法铣削，又因为铝合金 不能用激光切割，如果没有冲压空间不能冲压，只能采取线切割加工，速度很慢，效率非常低， 无法适应批量生产，设计应该避免这种情况。121.6 常用的三种落料和冲孔方法的特点对比表1-4常见三种冲孔和落料加工特点比较注：以下数据为冷轧钢板的数据。激光切割数控冲（包括密孔冲）冷冲模可加工材质钢板钢板，铜板、铝板钢板，铜板、铝板可加工料厚1mm 8mm0.6mm 3mm一般小于 4mm加工最小尺寸（普通 冷轧钢板）最小细缝0.2mm 最小圆0.7mm冲圆孔？三t 方孔小边W三t 长槽宽W三t冲圆孔？三t 方孔小边W三t长槽宽W三2t孔与孔，孔与边的边 缘最小距离三t三t三1t孔与孔，孔与边的边 缘优选距离三 1.5t三 1.5t三 1.5t一般加工精度士 0.1mm士 0.1mm士 0.1mm加工范围2000X13502000X1350外观效果外缘光滑，切割端面有 一层氧化皮毛边大，且有带料毛边少量毛边曲线效果光滑，形状多变毛边大，形状规范；光滑，形状多变加工速度切割外圆快冲制密孔快最快加工文字刻蚀，较浅，尺寸不 受限制冲压凹形文字，符号较深； 尺寸受模具限制冲压，凹形文字，符号，较深； 尺寸受模具限制成形不能凹点，沉（沉）孔，小型拉 伸等均可可实现较复杂的形状加工费用较高低低1.2.2冲孔落料的工艺性设计1.221排布的工艺性设计大批量及中批量生产，零件的材料费用占较大的比重，对材料的充分和有效利用，是钣金 生产的一项重要经济指标。所以在不影响使用要求的条件下，结构设计人员设计时，争取采用 无废料或少废料的排布方法，如图 1-7所示为无废料排布。图1-7无废料排布有些零件形状略加改变，就可以大大节约材料。如图1-8所示，图2比图1省料。图1-8略改设计的省料排部1.2.2.2冲裁件的工艺性对于数控冲床加工外圆角，需要专用的外圆刀具，为了减少外圆刀具， 如图1-9所示本手册规范外圆角为：1） 90度直角外圆角系列半径为 20，r3.0、r5.0，r10，2） 135度的斜角的外圆角半径统一为R5.0，:图1-9冲裁件的外圆角冲孔优先选用圆形孔，圆孔应按照钣金模具手册中规定的系 列圆孔选取，这样可以减少圆孔刀具的数量，减少数控冲床换刀时间。由于受到冲孔凸模强度限制，孔径不能过小，其最小孔径与材料 厚度有关。在设计时孔的最小直径不应小于下表1-5所示的数值。表1-5 用普通冲床冲孔的最小尺寸材料冲孔的最小直径或最小边长（t为材料厚度）圆孔D （ D为直径）方孔L（ L为边长）腰圆孔、矩形孔 a（a为最小边长）高、中碳钢> 1.3t> 1.2t> 1t低碳钢及黄铜> 1t> 0.8t> 0.8t铝、锌> 0.8t> 0.6t> 0.6t布质胶木层压板> 0.4t> 0.35t> 0.3t冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其值见图1-10 :图1-10 冲裁件的孔与孔、孔与边缘之间的距离考虑到模具的冲压加工中，采用复合模加工的孔与外形、孔与孔之间的精度较易保证，加 工效率较高，而且模具的的维修成本，维修方便，考虑到以上原因，孔与孔之间，孔与外形之 间的距离如果能满足复合模的最小壁厚要求，工艺性更好，如图1-11所示：图1-11冲裁件的搭边要求表1-6复合模加工冲裁件的搭边最小尺寸t （0.8以下）t （0.81.59）t （1.593.18）t （3.2 以上）D13mm2tD23mm2tD31.6mm2t2.5tD41.6mm2t2.5t如图1-12所示，先冲孔后折弯，为保证孔不变形，孔与弯边的最小距离X> 2t+R图1-12孔与弯边的最小距离在拉深零件上冲孔时，见图1-13，为了保证孔的形状及位置精度以及模具的强度，其孔壁与零件直壁之间应保持一定距离，即其距离al及a2应满足下列要求：al > R1+0.5t，a2> R2+0.5t.式中R1，R2圆角半径；t 板料厚度。图1-13在拉深件上冲孔1-2.2.3冲裁件的加工精度图1-14 冲裁件孔中心距的公差图1-14冲裁件孔中心距的公差：表1-7 孔中心距的公差表单位：mm普通冲孔精度高级冲孔精度材料厚公称尺寸L公称尺寸L度<5050 150150300<5050 150150300<1士 0.1士 0.15士 0.20士 0.03士 0.05士 0.081亠2士 0.12士 0.20士 0.30士 0.04士 0.06士 0.102亠4士 0.15士 0.25士 0.35士 0.06士 0.08士 0.1246士 0.20士 0.30士 0.40士 0.08士 0.10士 0.15注：使用本表数值时所有孔应是一次冲岀的 图1-15孔中心距与边缘距离公差：图1-15 孔中心与边缘距离的公差冲压件设计尺寸基准的选择原则1）冲压件的设计尺寸基准尽可能与制造的定位基准相重合，这样可以避免尺寸的制造误差2 ）冲压件的孔位尺寸基准，应尽可能选择在冲压过程中自始至终不参加变形的面或线上， 且不要与参加变形的部位联系起来。3）对于采用多工序在不同模具上分散冲压的零件，要尽可能采用同一个定位基准。表1-8孔中心与边缘距离的公差表材料厚度尺寸b< 5050<b<120120<b< 220220<b< 360<2士 0.2士 0.3士 0.5士 0.7> 24士 0.3士 0.5士 0.6士 0.8>4士 0.4士 0.5士 0.8士 1.0注：本表适应于落料后才进行冲孔的情况。1.2.2.4二次切割二次切割也叫二次下料，或者补割（工艺性极差，设计时应尽量避免）。二次切割就是拉伸 特征对材料有挤料变形现象、折弯变形较大时，加大落料，先成型，再补割孔或外形轮廓，以达 到去除预留材料，获得完整正确结构尺寸。应用：拉伸凸台离边缘较近等，都必须补割。以沉孔为例说明，如图1-16所示。图1-16 二次切割1.3钣金件的折弯钣金的折弯，是指改变板材或板件角度的加工。如将板材弯成V形，U形等。一般情况下,钣金折弯有两种方法：一种方法是模具折弯，用于结构比较复杂，体积较小、大批量加工的钣金结构；另一种是折弯机折弯，用于加工结构尺寸比较大的或产量不是太大的钣金结构。目前公司产品的折弯主要采用折弯机加工。这两种折弯方式有各自的原理，特点以及适用性。1.3.1模具折弯：对于年加工量在 5000件以上，零件尺寸不是太大的结构件（一般情况为300X300 ），加工厂家一般考虑开冲压模具加工。131.1常用折弯模具常用折弯模具，如图1-17所示：为了延长模具的寿命，零件设计时，尽可能采用圆角。图1-17 专用的成形模具过小的弯边高度，即使用折弯模具也不利于成形，一般弯边高度L > 3t （包括壁厚）。1.3.1.2台阶的加工处理办法一些高度较低的钣金 Z形台阶折弯，加工厂家往往采用简易模具在冲床或者油压机上加工， 批量不大也可在折弯机上用段差模加工，如图1-18所示。但是，其高度H不能太高，一般应该在（01.0） t ，如果高度为（1.04.0） t，要根据实际情况考虑使用加卸料结构的模具形式。 这种模具台阶高度可以通过加垫片进行调整，所以，高度H是任意调节的，但是，也有一个缺H尺寸很大，就要考虑在折点，就是长度 L尺寸不易保证，竖边的垂直度不易保证。如果高度 弯机上折弯。图1-18 Z形台阶折弯1.3.2折弯机折弯折弯形状不规则，通信设备的（上模）、V形槽（下模），折弯机分普通折弯机和数控折弯机两种。 由于精度要求较高, 钣金折弯一般用数控折弯机折弯，其基本原理就是利用折弯机的折弯刀 对钣金件进行折弯和成形。优点:装夹方便，定位准确，加工速度快； 缺点:压力小，只能加工简单的成形，效率较低。1.3.2.1成形基本原理成形基本原理如图 1-19所示：图1-19成形基本原理1）折弯刀（上模）折弯刀的形式如图 1-20所示，加工时主要是根据工件的形状需要选用，一般加工厂家 的折弯刀形状较多，特别是专业化程度很高的厂家， 为了加工各种复杂的折弯， 定做很多形 状、规格的折弯刀。2） 下模一般用V=6t （t为料厚）模。影响折弯加工的因素有许多，主要有上模圆弧半径、材质、料厚、下模强度、下模的模口尺寸等因素。为满足产品的需求， 在保证折弯机使用安全的情况下，厂家已经把折弯刀模系列化了，我们在结构设计过程中需对现有折弯刀模有个大致的了解。见图1-20左边为上模，右边为下模。图1-20 数孔折弯模示意图折弯加工顺序的基本原则：1）由内到外进行折弯；2）由小到大进行折弯；3）先折弯特殊形状，再折弯一般形状；4）前工序成型后对后继工序不产生影响或干涉。目前的外协厂见到的折弯形式一般都是如图1-21所示。图1-21折弯机折弯形式1.322折弯半径钣金折弯时，在折弯处需有折弯半径，折弯半径不宜过大或过小，应适当选择。折弯半径太 小容易造成折弯处开裂，折弯半径太大又使折弯易反弹。各种材料不同厚度的优选折弯半径（折弯内半径）见下表1-9表1-9 最小弯曲半径数值（mm）材料退火状态冷作硬化状态弯曲线方向与纤维方向的对应位置垂直平行垂直平行08、 10、0.1t0.4 t0.4 t0.8 t15、 20、0.1 t0.5 t0.5 t1.0 t25、 30、0.2 t0.6 t0.6 t1.2 t45、500.5 t1.0 t1.0 t1.7 t65Mn1.0 t2.0 t2.0 t3.0 t铝0.1 t0.35 t0.5 t1.0 t紫铜0.1 t0.35 t1.0 t2.0 t软黄铜0.1 t0.35 t0.35 t0.8 t半硬黄铜0.1 t0.35 t0.5 t1.2 t磷青铜1.0 t3.0 t注：表中t为板料厚度。上表中的数据为优选的数据，仅供参考之用。实际上，厂家的折弯 刀的圆角通常都是0.3,少量的折弯刀的圆角为0.5,所以，我们的钣 金件的折弯内圆角基本上都是0.2。对于普通的低碳钢钢板、防锈铝板、黄铜板、紫铜板等，内圆角0.2都是没有问题的，但对于一些高 碳钢、硬铝、超硬铝，这种折弯圆角就会导致折弯断裂，或者外圆角 开裂。1.3.2.3 折弯回弹图1-22折弯回弹示意图1）回弹角 a =b-a式中 b回弹后制件的实际角度；a模具的角度。2）回弹角的大小单角90 0自由弯曲时的回弹角见表 1-10。表1-10 单角90度自由弯曲时的回弹角材料r/t材料厚度t（mm）<0.80.82>2低碳钢<1o4o2o0黄铜 b b=350MPa155o3o1o铝、锌>56o4o2o中碳钢b<1o5o2o0b=400-500MPa156o3o1o硬黄铜b>58o5o3ob=350-400MPa硬青铜bb=350-400MPa高碳钢b b>550Mpa<1o7o4o215953ooo>512763）影响回弹的因素和减少回弹的措施。1, 材料的力学性能回弹角的大小与材料的的屈服点成正比，与弹性模量E成反比。对于精度要求较高的钣金件，为了减少回弹，材料应该尽可能选择低碳钢，不选择高碳钢和 不锈钢等。2，相对弯曲半径r/t越大，则表示变形程度越小，回弹角 a就越大。这是一个比较重要的概念，钣金折弯的圆角，在材料性能允许的情况下，应该尽可能选择小的弯曲半径， 有利于提高精度。特别是注意应该尽可能避免设计大圆弧，如图1-23所示，这样的大圆弧对生产和质量控制有较大的难度：图1-23钣金的圆弧太大1.3.2.4一次折弯的最小折弯边的计算L形折弯的折弯时的起始状态如图 1-24所示：图1-24 L形折弯的折弯这里很重要的一个参数是下模口的宽度B。由于考虑到折弯效果和模具强度，不同厚度的材料所需要的模口宽度存在一个最小值。小于该数值时，会出现折弯不到位或损坏模具的问题.经过实践证明，最小模口宽度和材料厚度的关系为.Bm in =kTBmin为最小模宽，T为材料厚度，计算最小模口宽度时K=6.目前厂家常用的折弯下模宽度的规格如下：4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，25根据上面的关系式就可以确定不同的料厚在折弯时所需下模模口宽度的最小值.例如1.5mm厚的板材折弯时，B=6*1.5=9对照上面的模宽系列可以选择模口宽度为10mm （或 8mm）的下模.从折弯的起始状态图可以看出折弯的边不能太短，结合上面的最小模口宽度，得到最短 折弯边的计算公式为：（见图1-25所示）I i=! （b .+） +0.5（参考）L min 2 B minLmin为最短折弯边， Bmin为最小模口宽，为板材的折弯系数。1.5mm厚的板材折弯时，最短折弯边 Lmin= （ 8+2.5 ）/2+0.5=5.75mm（包括一个板厚）图1-25最小模口宽表1-11 :冷轧薄钢板材料折弯内R及最小折弯高度参考表序号材料厚度凹模槽宽凸模R最小折弯高度10.540.2320.60.23.230.850.8 或 0.23.741.061 或 0.24.451.28 （或 6）1 或 0.25.5 （或 4.5）61.510 （或 8）1 或 0.26.8 （或 5.8）72.0121.5 或 0.58.382.516 （或 14）1.5 或 0.510.7 （或 9.7）93.0182 或 0.512.1103.520213.5114.025316.5注：1、最小折弯高度包含一个料厚。2、 当V形折弯是折弯锐角时，最短折弯边需加大0.5。3、当零件材料为铝板和不锈钢板时，最小折弯高度会有较小的变化，铝板会变小一点，不 锈钢会大一点，参考上表即可。1.3.2.5 Z形折弯的最小折弯高度Z形折弯的折弯时的起始状态如图1-26所示:Z形折弯和L形折弯的工艺非常相似，也存在着最小折弯边问题， 由于受下模的结构限制，Z形折弯的最短边比L形折弯时还要大，Z 形折弯最小边的计算公式为：Lmin 2(Bmin J D +0.5 +TLmin为最短折弯边， Bmin为最小模宽，为板材的折弯系数 ，T为料厚，D为下模模口到边的 结构尺寸，一般大于 5mm。图1-26 Z形折弯不同材料厚度的钣金 Z形折弯对应的最小折弯尺寸L如下表1-12所示：表1-12 Z形折弯的最小高度序号材料厚度凹模槽宽凸模RZ形折弯高度L10.540.28.520.640.28.830.850.8 或 0.29.541.061 或 0.210.451.28 （或 6）1 或 0.211.7 （或 10.7）61.510 （或 8）1 或 0.213.3 （或 12.3）72.0121.5 或 0.514.382.516 （或 14）:1.5 或 0.518.2 （或 17.2）93.0182 或 0.520.1103.520222114.025325.51.3.2.6折弯时的干涉现象对于二次或二次以上的折弯，经常岀现折弯工件与刀具相碰岀现干涉，如图1-27所示，黑色部分为干涉部分，这样就无法完成折弯，或者或者因为折弯干涉导致折弯变形。图1-27折弯的干涉钣金折弯的干涉问题，不涉及到太多的技术，只要了解一下折弯模的形状和尺寸，在结构设计时注意避开折弯模就可以了。图1-28为常见的几种折弯刀的截面形状，在新修订的钣金模具手册都有介绍，并且在intralink库里也有对应的刀具实体，在设计没有把握的情况下，可以按照上图的原理，直接用刀具进行装配干涉检验。图1-28 折弯刀对于翻孔攻丝来说，如图 1-29所示的D值不能设计得太小，最小 D值可以根据材料厚度、翻孔外径、翻孔高度、所选折弯刀具等参数计算或作图得到。以1.5mm厚的折弯钢板上翻M4的翻孔攻丝为例， D值应该大于8mm，否则，折弯刀会碰伤翻边。图1-29 翻孔攻丝件的折弯1.3.2.7孑L、长圆孔离折弯边最小距离如图1-30所示折弯处孔边离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形；因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距X > t+R。图1-30 圆孔距折弯边最小距离 表1-13 圆孔距折弯边最小距离钣料厚度0.6 0.81.01.21.52.02.5最小距离X :1.31.51.72.033.5如图1-31所示长圆孔离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形； 因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距按表1-14，折弯半径参考表1-9折弯半径。图1-31长圆孔距折弯边最小距离 表1-14长圆孔距折弯边最小距离L<2626 50>50最小距离X :2t+R2.5t+R3t+R对不重要孔，可将孔扩大至折弯线，如图1-32所示，缺点：影响外观效果。图1-32折弯改进设计1.3.2.8孔靠近折弯时的特殊加工处理当靠近折弯线的孔距折弯线小于上述的最小距离时，折弯后会产生变形，此时可根据产品不同的要求，作如下表1-15方式来处理。 但是，可以看到这些办法的工艺性较差，结构设计应该尽量避免。表1-15 孔靠近折弯时的特殊加工处理1 ）折弯前压槽处理。在实际设计 中，因为结构设计的需要，实际 距离比上述距离还要小的情况， 加工厂家往往采用折弯前压槽处 理，如图1-31所示，其缺点是： 折弯机压线处理，多一道工序， 效率稍低，精度较低，原则上尽 可能避免。2）沿折弯线割孔或割线：当折