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1、 鈑金件結構設計知識大匯總，看完豁然開朗！ 機械前線，全國機械微教育領導者文丨百年孤獨 1 引言薄板指板厚和其長寬相比小得多的鋼板。它的橫向抗彎能力差，不宜用于受橫向彎曲載荷作用的場合。薄板就其材料而言是金屬，但因其特殊的幾何形狀厚度很小，所以 薄板構件的加工工藝有其特殊性。和薄板構件有關的加工工 藝有三類： (1)下料：它包括剪切和沖裁。 (2)成形：它包括彎 曲、折疊、卷邊和深拉。 (3)連接：它包括焊接、粘接等。薄 板構件的結構設計主要應考慮加工工藝的要求和特點。此 外，要注意構件的批

2、量大小。薄板構件之所以被廣泛采用是 因為薄板有下列優(yōu)點： (1)易變形，這樣可用簡單的加工工 藝制造多種形式的構件。 (2)薄板構件重量輕。 (3)加工量小， 由于薄板表面質量高， 厚度方向尺寸公差小， 板面不需加工。 (4)易于裁剪、焊接， 可制造大而復雜的構件。 (5)形狀規(guī)范， 便于自動加工。 2 結構設計準則在設計產品零件時，必須 考慮到容易制造的問題。盡量想一些方法既能使加工容易， 又能使材料節(jié)約，還能使強度增加，又不出廢品。為此設計 人員應該注意以下制造方面事項。鈑金件的工藝性是指零件 在沖切、彎

3、曲、拉伸加工中的難易程度。良好的工藝應保證 材料消耗少，工序數目少，模具結構簡單，使用壽命高，產 品質量穩(wěn)定。在一般情況下，對鈑金件工藝性影響最大的是 材料的性能、零件的幾何形狀、尺寸和精度要求。如何在薄板構件結構設計時充分考慮加工工藝的要求和特點，這里推薦幾條設計準則。 2.1 簡單形狀準則切割面幾何形狀越簡單，切割下料越方便、簡單、切割的路徑越短，切割量也越小。如直線比曲線簡單，圓比橢圓及其它高階曲線簡單，規(guī) 則圖形比不規(guī)則圖形簡單 (見圖 1) 。(a)不合理結構 (b) 改進結構圖 1 圖 2a 的結構只有在批量大時方有

4、意義， 否則沖 裁時，切割麻煩， 因此，小批量生產時， 宜用圖 b 所示結構。 (a)不合理結構 (b)改進結構圖 22.2 節(jié)省原料準則 （沖 切件的構型準則）節(jié)省原材料意味著減少制造成本。零碎的 下角料常作廢料處理，因此在薄板構件的設計中，要盡量減 少下腳料。沖切棄料最少以減少料的浪費。特別在批量大的 構件下料時效果顯著，減少下角料的途徑有： (1) 減少相鄰兩 構件之間的距離  (見圖  3)。 (a)不合理結構  (b)改進結構圖 3(2)巧妙排列 

5、 (見圖  4)。(a)不合理結構  (b)改進結構圖  4(3) 將大平面處的材料取出用于更小的構件 (見圖 5)。 (a)不合理 結構 (b) 改進結構圖 52.3 足夠強度剛度準則⑴、 帶 斜邊的折彎邊應避開變形區(qū)⑵ .兩孔之間的距離若太小， 則在 切割時有產生裂紋的可能。零件上沖孔設計應考慮留有合適 的孔邊距和孔間距以免沖裂。零件的沖孔邊緣離外形的最小 距離隨零件與孔的形狀不同有一定的限制。當沖孔邊緣與零 件外形邊緣不平行時，該最小距離應不小于材料厚度 t；平

6、 行時，應不小于 1.5t。最小孔邊距和孔間距見表。模具制作上以圓孔最堅固好制造維修，唯開孔率較低。以正方形孔開 孔率最高，但因是 90 度角，角邊容易磨損崩塌 ,造成要修模 而停線 .而六角形的開孔其大于 90 度的 120 度角比正方形孔 開孔更堅固但開孔率在邊緣比正方形孔差一點。 ⑶ .細長的板條剛度低，也易在剪裁時產生裂紋，特別是對刀具的磨損嚴 重。沖裁件的凸出或凹入部分的深度和寬度，一般情況下，應不小于 1.5t(t 為料厚 )，同時應該避免窄長的切口與和過窄 的切槽，以便增大模具相應部位的刃口強度。見圖 3.3.1。對一般鋼 A ≥

7、1.5t；對合金鋼 A ≥ 2t；對黃銅、鋁 A ≥ 1.2t；t—材料厚度。 2.4 可靠沖裁準則圖 9a 所示的半圓切線結構沖 裁加工很難。因為這要求準確地確定刀具和工件之間的相對位置。準確測量定位不僅費時，更重要的是，刀具由可磨損和安裝的誤差，精度通常達不到這么高的要求。這樣的結構一旦加工稍有偏差，質量很難保證，且切割外觀差。所以應 采用圖 b 所示的結構，它可保證可靠的沖裁加工質量。 (a)不 合理結構 (b)改進結構圖 92.5 避免粘刀準則 ( 穿 破件的構型準則 )在構件中間沖裁切割時會出現(xiàn)刀具和構件 粘接交緊的問題。 解決的辦

8、法： (1)留有一定的坡度； (2)切割 面連通 (見圖 10 和圖 11)。 (a)不合理結構 (b)改進結構 圖 10 (a)不合理結構  (b)改進結構 圖 11 當搭接在一道工序中用沖切法制成 90°的彎邊時，選 材要注意材質不宜太硬，否則易在直角彎折處破裂。應在彎 邊位置設計工藝切口， 防止折角處破裂。 2.6 彎曲棱邊垂直 切割面準則薄板在切割加工以后，一般還要進一步進行成形 加工，比如彎曲。彎曲棱邊應垂直于切割面，否則交匯處產 生裂紋的危險升高。若因其它限制垂直要求不能滿足時，

9、應 在切割面和彎曲棱邊交匯處設計一個圓角，其半徑大于板厚 的兩倍。 2.7 平緩彎曲準則陡峭的彎曲需特殊的工具， 且成 本高。此外，過小的彎曲半徑易產生裂紋，在內側面上還會 出現(xiàn)皺折 (見圖 16、圖 17)。(a)不合理結構 (b) 改進結構 圖 16(a)不合理結構 (b)改進結構圖 172.8 避免小圓 形卷邊準則薄板構件的棱邊常用卷邊結構 ,這有多項好處。 (1) 加強了剛度 ;(2) 避免了鋒利的棱邊 ;(3) 美觀。但卷邊應注意兩 點,一是半徑應大于 1.5 倍的板厚 ;二是不要完全的圓形 ,這樣加工起來困難 ,圖 18b 所

10、示的卷邊比各自 a 所示的卷邊易加 工。（ a）不合理結構 （ b）改進結構圖 182.9 槽邊不彎曲準則彎曲棱邊和槽孔棱邊要相距一定的距離 ,推薦值 是彎曲半徑加上 2 倍的壁厚。彎曲區(qū)受力狀態(tài)復雜 ,且強度較低。有缺口效應的槽孔也應排除在這個區(qū)域以外。既可以將 整個槽孔遠離彎曲棱邊 ,也可以讓槽孔橫跨整個彎曲棱邊 (見 圖 19)。（ a）不合理結構 （ b）改進結構圖 192.10 復 雜結構組合制造準則空間結構過于復雜的構件 ,完全靠彎曲 成形比較困難。 因此盡量將結構設計得簡單一些 ,在非復雜不 可的情況下

11、 ,可用組合構件 ,即將多個簡單的薄板構件用焊接 , 螺栓連接等方式組合在一起。圖 20b 的結構比其圖 20a 的結 構易加工。（ a）不合理結構 （b）改進結構圖 202.11 避免直線貫通準則 薄板結構有橫向彎曲剛度較差的缺點。大平板結構易屈曲失穩(wěn)。進一步還會彎曲斷裂。通常用壓槽來提高其剛度。壓槽 的排列方式對提高剛度的效果影響很大 ,壓槽排列基本原則是避免無壓槽區(qū)域直線貫通。貫通的低剛度窄帶易成為整個 板面屈曲失穩(wěn)的慣性軸。失穩(wěn)總要圍繞一個慣性軸 ,因此 ,壓槽的排列要切斷這種慣性軸 ,使它越短越好。 圖 21a 所示的結

12、構,無壓槽區(qū)域形成多條貫通的窄條。圍繞這些軸 ,整個板的彎曲剛度沒有改進。圖 21b 所示結構沒有潛在的連通失穩(wěn)慣 性軸 ,圖 22 列出了常見的壓槽形狀和排列方式 ,從左到右剛度 增強效果逐漸加大 ,不規(guī)則排列是避免直線貫通的有效方法。 （a）不合理結構 （b）改進結構圖 21 圖 222.12 壓 槽連通排列準則壓槽的終點疲勞強度低是薄弱環(huán)節(jié) ,如果壓 槽連通 ,其部分終點將消滅。圖 23 是一個卡車上的電瓶箱 ,它 受動載作用 ,圖 23a 結構在壓槽端都產生了疲勞破壞。而圖 23b 結構就不存在這一問題。陡峭的壓槽端面應

13、避免 ,可能的 情況下壓槽延至邊界 (見圖 24)。壓槽的貫通消除了薄弱的端部。但壓槽的交匯處要有足夠大的空間 ,使得各壓槽之間的相 互影響減少  (見圖  25)。（a）不合理結構  （ b）改進結 構圖  23（ a）不合理結構  （ b）改進結構圖  24（ a） 不合理結構  （ b）改進結構圖  252.13  空間壓槽準 則空間結構的失穩(wěn)不只限于某一方面 ,因此 ,只在

14、一個平面上 設置壓槽不能達到提高整個結構抗失穩(wěn)能力的效果。例如圖 26 所示的 U 型和 Z 型結構 ,它們的失穩(wěn)會發(fā)生在棱邊附近。 解決這個問題的方法是將壓槽設計成空間的 (見圖 26b 結構。) （a）不合理結構 （ b）改進結構圖 262.14 局部松 馳準則薄板上局部變形受到嚴重阻礙時會出現(xiàn)皺折。解決的 辦法是在皺折附近設置幾個小的壓槽 ,這樣減低局部剛度 ,減 少變形阻礙 (見圖 28)。（a）不合理結構 （ b）改進結 構圖 282.15 沖裁件的構型準則⑴ .最小沖孔直徑或方孔的最 小邊長沖孔時，應受到沖頭強度的限制，沖孔

15、的尺寸不能太 小，否則容易損壞沖頭。最小沖孔直徑及最小邊長見表。 * t 為材料厚度， 沖孔最小尺寸一般不小于 0.3mm。⑵.沖切缺口 原則沖切缺口應盡量避免尖角，如 a 圖所示。尖角形式容易 減短模具使用壽命，且尖角處容易產生裂紋。應改為如 b 圖 所示。 R≥0.5t(t ─材料厚度 )a 圖 b 圖沖裁件 的外形及內孔應避免尖角。在直線或曲線的連接處要有圓弧 連接，圓弧半徑 R≥ 0.5t。（ t 為材料壁厚） 2.16、彎曲件的結 構準則⑴、板件最小彎曲半徑材料彎曲時，其圓角區(qū)上，外層收到拉伸，內層則受到壓縮。當材料厚度一定時，內半徑

16、 r 越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴重；當外層圓角的拉伸應力超過材料的極限強度時，就會產生裂縫和折斷，因此，彎曲零件的結構設計，應避免過小的彎曲圓角半徑。為此規(guī)定 最小彎曲半徑。常用金屬材料最小折彎半徑列表序號材 料 最小彎曲半徑 108、 08F、 10、 10F、 DX2 、 SPCC、 E1-T52 、 0Cr18Ni9 、 1Cr18Ni9 、 1Cr18Ni9Ti 、 1100-H24 、 T20.4t215 、 20、Q235、Q235A 、150.5t325、30、Q2550.6t41Cr13 、H62(M 、 Y 、Y2 、冷軋 )(銅 )0.8t545 、501.0t655、601.5t765Mn 、60SiMn 、 1Cr17Ni7 、1Cr17Ni7-Y 、1Cr17Ni7-DY 、SUS301、0Cr18Ni9 、 SUS3022.0t