钣金件设计工艺.pdf

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1、-1-钣金件设计工艺钣金件设计工艺 100429 1.01.0、钣金材料的选材钣金材料的选材 钣金材料是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，对成本、性能、质量、加工工艺性都有重要的影响。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；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）除保证零件功能的前提外，还必须考虑材料的冲压性能应满足加工艺要求，以保证制品加工的合理性和质量。1.2 常用的板材介绍 1.2.1 钢板 1）冷轧薄钢板 冷轧薄钢板是碳素结构钢冷轧

2、板的简称，俗称冷板，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 08F、10、Q235，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。）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

3、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，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。钢板还有良好的焊接性能和冷加工成型性能。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。连续电镀锌冷轧薄钢板和连续热镀锌薄钢板在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，提高了加工效率。-2-4）不锈钢板 在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能

4、好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢。不锈钢板分为热轧钢板和冷轧钢板。不锈钢板的材料价格比较高，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；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。常用的牌号为 201、202、304、316。1.2.2 铝和铝合金板 通常使用的铝和铝合金板主要有以下几种材料：纯铝 1060（L2）、1035（L4），防锈铝 3A21（LF21）、5A02（LF2），硬铝 2A06（LY6）。纯铝 1060（L2）、1035（L4）是常用的工业用纯铝。具有高

5、的可塑性、耐腐性、导电性和导热性，但强度低、热处理不能强化，切削加工性不好；用气焊、氢原子焊和接触焊，不易钎焊，易承受各种压力加工和引申，弯曲。防锈铝 3A21（LF21）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（LF2）与 3A21（LF21）相比，5A02（LF2）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

6、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。2A06（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。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。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

7、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。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。-3-1.3.1 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

8、产生撕裂现象，特别是宽度很小的情况下，容易产生撕裂。1.3.2 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）、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

9、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。1.3.3 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s/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、08Al。1.3.4 材料对刚度

10、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，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 1.3.4 常见材料的弹性模量和剪切模量 名称 弹性模量 E GPa 切变模量 G GPa 名称 弹性模量 E GPa 切变模量 G GPa 灰铸铁 118126 44.3 轧制锌 82 31.4 球墨铸

11、铁 173 铅 16 6.8-4-碳钢、镍铬钢 206 79.4 玻璃 55 1.96 铸钢 202 有机玻璃 2.3529.4 轧制纯铜 108 39.2 橡胶 0.0078 冷拔纯铜 127 48 电木 1.962.94 0.692.06 轧制磷锡青铜 113 41.2 夹布酚醛塑料 3.958.83 冷拔黄铜 8997 34.336.3 赛璐珞 1.711.89 0.690.98 轧制锰青铜 108 39.2 尼龙 1010 1.07 轧制铝 68 25.526.5 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 103 11.1 低压聚乙烯 0.5

12、40.75 铸锡青铜 103 高压聚乙烯 0.1470.24 硬铝合金 70 26.5 混凝土 13.7339.2 4.915.69 1.3.5 常用板材的性能比较 表1.3.5 常用板材的性能比较 材料 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 好 好 好 好 好 一般 较好 冷轧钢板镀彩锌 好 好 好 好 好 一般 好 连续电镀锌钢板 好 好 好 好 好 一般 最差 热镀锌钢板 好 好 好 好 好 一般 较差 不锈钢 差 好 一般 差 很差 差 好 防锈铝板 一般 极差 好 好 好 一般 好 硬铝、超硬铝板 一般

13、极差 极差 好 好 一般 好 T2 铜板 好 极差 好 好 好 一般 好 黄铜板 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。2.02.0、冲孔和落料、冲孔和落料 2.1 冲孔和落料的常用方式 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

14、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。-5-注意的问题及要求：薄材(t0.6)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、镀锌板、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

15、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。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

16、：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。所以对于产量较大，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。比如零件不应出现尖角（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。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，进出风挡板等。见图 2.1.3-1 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出。比一个

17、一个的冲孔，大大的提高效率。图 2.1.3-1 密孔冲示意图 2.1.4 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-6-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

18、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。2.1.5 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。2.1.6 常见三种

19、冲孔和落料加工特点比较 表 2.1.6 常见三种冲孔和落料加工特点比较 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 dli 1mm 8mm 0.6mm 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 t 方孔小边 Wt 长槽宽 Wt 冲圆孔 t 方孔小边 Wt 长槽宽 W2t 孔与孔，孔与边的边缘最小距离 t t 1t 孔与孔，孔与边的边缘优选距离 1.5t 1.5t 1.5t 一般加工精度 0.1mm 0.1mm 0.1mm 加工范围 外观效果 外缘光滑，切割端面有一层氧化皮

20、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-7-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 注：以上数据为冷轧钢板的数据。2.2 冲裁件的结构要素 2.2.1 圆角半径 用模具一次冲制完成时，一般圆角半径R应大于或等于板厚t 的一半，既R0.5t，如图2.2.1。图 2.2.1 2.2.2 凸出和凹入尺寸 冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一

21、般情况下 B1.5t（t 为板厚），同时应该避免窄长的切口和过窄的切槽，如图 2.2.2。图 2.2.2 2.2.3 孔边距和孔间距 冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离有一定的限制，孔边距 A1.5t（t 为板厚），孔间距 B1.5t，如图 2.2.3。-8-图 2.2.3 2.2.4 冲孔尺寸 零件在冲孔时应该优先选用圆形孔，冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关，见表 2.2.4。表 2.2.4 冲孔尺寸 材料 高、中碳钢 d1.3 t a1.2 t a1.0 t a0.9 t 低碳钢、黄铜 d1.0 t a0.9 t a0.8 t a0.7 t 铝、锌 d0.8 t a0

22、.7 t a0.6 t a0.5 t 胶纸板、胶布板 d0.7 t a0.6 t a0.5 t a0.4 t 2.3 冲裁件的设计注意事项 2.3.1 排板工艺设计 在不影响使用要求的条件下，零件的形状争取使零件能够在板料上紧密排列，可以节约一定的材料，如图 2.3.1-1 无废料排布。图 2.3.1-1 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 2.3.1-2 略改设计的省料排部。不好的设计 改进后的设计 图 2.3.1-2 略改设计的省料排部-9-2.3.2 零件的轮廓应避免出现尖（锐）角，以免产生毛刺或塌角，如图 2.3.2。不好的设计 改进后的设计 图 2.3.2 避

23、免尖（锐）角 2.3.3 零件尽量采用相同的冲剪形状和尺寸。2.3.4 零件在设计时避免复杂的轮廓，如图 2.3.4。不好的设计 改进后的设计 图 2.3.2 避免复杂轮廓 2.3.5 切口处应有适当的斜度，以免零件从凹模中退出时舌部与凹模内壁磨擦，如图 2.3.5。不好的设计 改进后的设计 图 2.3.5 3.03.0、钣金件的折弯钣金件的折弯 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。这两

24、种折弯方式有各自的原理，特点以及适用性。3.1 模具折弯-10-对于大批量和零件尺寸不是太大的钣金件，可以考虑开冲压模具加工 常用折弯模具，如图 3.1.1 所示：为了延长模具的寿命，零件设计时，尽可能采用圆角。V 形折弯模 U 形折弯模 Z 形折弯模 图 3.1.1 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 L3t（包含板厚）。3.2 折弯机折弯 折弯机分普通折弯机和数控折弯机两种，其基本原理就是利用折弯机的折弯刀（上模）、V 形槽（下模），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。3.2.1 成

25、形基本原理 成形基本原理，如图 3.2.1-1 所示：折弯 完成 图 3.2.1-1 成形基本原理 1）折弯刀（上模）折弯刀的形式如图 3.2.1-2 右边所示，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=8t（t 为板材厚度）模。影响折弯加工的因素有许多，主要有上模圆弧半径、材质、板厚、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-11-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 3.2.1-2

26、 左边为上模，右边为下模。上模下模 图 3.2.1-2 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。3.2.2 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。常用牌号 08F、Q235、201、202、304、316L、T2、H62、1060、1035、3A21、2A06 在本公司一般不考虑最小折弯半径，牌号 60、65Mn 在加工时需要考虑最小折弯半径，取 r=2t。3.

27、2.3 折弯回弹 图 3.2.3 折弯回弹示意图 1）回弹角=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 o自由弯曲时的回弹角，见表 3.2.3。-12-表 3.2.3 单角 90 度自由弯曲时的回弹角 材料 r/t 材料厚度 t(mm)2 低碳钢 黄铜 b=350MPa 铝、锌 5 4o 5o 6o 2o 3o 4o 0o 1o 2o 中碳钢b=400-500MPa 硬黄铜b=350-400MPa 硬青铜b=350-400MPa 5 5o 6o 8o 2o 3o 5o 0o 1o 3o 高碳钢b550Mpa 5 7o 9o 12o 4o 5o 7o 2o

28、 3o 6o 3）影响回弹的因素和减少回弹的措施 a)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。b）相对弯曲半径 r/t 越大，则表示变形程度越小，回弹角就越大。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，尽可能避免设计大圆弧，大圆弧对生产和质量控制有较大的难度。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 3.2.4-1 所示:图 3.2.4-1 L 形折弯的折弯 由于要考虑到

29、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。最小模口宽度和材料厚度的关系为：Vmin=kt。Vmin为最小模宽，t 为材料厚度，计算最小模口宽度时 k=8。根据上面的关系式就可以确定不同的材料厚度在折弯时所需下模模口宽度的最小值。例如：-13-1.5mm 厚的板材折弯时，V=8x1.5=12 对照模宽参数可以选择相应模口宽度的下模。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：Lmin=（Vmin+）/2+0.5，见图 3.2.4-2 所示。Lmin为最短折弯边，Vmin为最小

30、模口宽，为板材的折弯系数。例如：1.5mm 厚的板材折弯时，最短折弯边 Lmin（12+3）/2+0.5=8mm。图 3.2.4-2 最小模口宽 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 3.2.5 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=（Vmin+）/2+D+0.5+t。Lmin为最短折弯边，Vmin为最小模口宽，为板材的折弯系数，t 为板厚，D 为下模模口到边的结构尺寸，具体参数根据现有模具定。图 3.2.5 Z 形折弯 3

31、.2.6 折弯时的干涉现象 对于二次或二次以上的折弯，经常出现折弯工件与刀具相碰出现干涉，如图 3.2.6-1 所示，黑色部分为干涉部分，这样就无法完成折弯，或者因为折弯干涉导致折弯变形。图 3.2.6-1 折弯的干涉-14-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 3.2.6-2 为常见的几种折弯刀的截面形状，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 3.2.6-2 折弯刀 3.2.7 孔边距离 如图 3.2.7 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

32、要求大于最小孔边距，既 xr+2t（r 一般不考虑）。图 3.2.7 圆孔距折弯边最小距离 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 3.2.8 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）折弯前开槽处理。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，采用折弯前开槽处理。缺点：多一道工序，强度降低，原则上尽可能避免。-15-2)沿折弯线割孔或割线。当折弯线对工件外观无影响或可以接受时，则以割孔改善其工艺性。

33、缺点：影响外观效果，并且因为割线或者割窄槽时，一般需要用激光机切割。3)折弯后扩孔处理。只有一个或几个孔到折弯线的距离小于最小孔距，产品外观要求严格时，为了避免折弯时拉料，此时可以对孔进行缩孔处理，即在折弯前先割出一小同心圆(一般为2.0)，折弯后扩孔至原尺寸。缺点：工程数多，效率低。3.2.9 弯曲件的工艺孔、工艺槽和工艺缺口 在设计弯曲件时，如果弯曲件须将弯边弯曲到毛坯内边时，一般应事先在落料后加冲工艺孔、工艺槽或工艺缺口如图 3.2.9-1 所示。工艺孔 工艺缺口 图 3.2.9-1 加冲工艺孔、工艺槽或工艺缺口 d工艺孔的直径，dt；K工艺缺口的宽度，Kt。止裂槽或切口：一般情况下，对

34、于一条边的一部分折弯，为了避免撕裂和畸变，应开止裂槽或切口。特别是对于内弯角小于 60 度的弯曲，更需要开止裂槽或切口。切口宽度一般大于板厚 t，切口深度一般大于 1.5t。如图 3.2.9-2 所示，图 b 较图 a 折弯更合理。图 3.2.9-2 开止裂槽或切口折弯-16-工艺槽、工艺孔要正确处理，面板及外观能看得到的工件可不加折弯拼角工艺孔（如面板在加工过程中，为保持统一风格，均不设工艺缺口），其它应加折弯拼角工艺孔。如图 3.2.9-3 所示。折弯工艺孔 图 3.2.9-3 折弯拼角工艺孔 3.2.10 突变位置的折弯 折弯件的折弯区应避开零件突变的位置，折弯线离变形区的距离 L 应大

35、于弯曲半径 r，即 Lr，如图 3.2.10 所示。图 3.2.10 折弯区应避开零件突变的位置 3.2.11 一次压死边 一次压死边的方法：如图 3.2.11 所示，先用 30 度折弯刀将板材折成 30 度，再将折弯边压平。工件30下模上模L上模下模打弯打扁完成 图 3.2.11 压死边的方法 压死边的死边长度与材料的板厚有关，一般死边最小长度 Lmin=3.5t。压死边一般适用板材：不锈钢板、镀锌板和铝板等。3.2.12 180 度折弯 180 度折弯的方法：如图 3.2.12 所示，先用 30 度折弯刀将板才折成 30 度，再将折弯边压平，-17-压平后抽出垫板。图 3.2.12 180

36、 度折弯的方法 高度 H 应该选择常用的板材，如 0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0，一般这个高度不宜选择更高的尺寸。3.2.13 三重折叠压死边 如图 3.2.13 所示，先折形，再折死边。设计时注意各部分尺寸，保证各加工步骤满足最小折弯尺寸，避免不必要的后期加工。上模工件下模第三次折弯工件下模上模下模上模工件30第一次折弯第二次折弯第三次折弯压死边完成L 图 3.2.13 三重折叠压死边 表 3.2.13 最后折弯边压平所需最小承压边尺寸 料厚 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 承压边尺寸 L 4.0 4.0 4.0 4.0 4.5 4.5 5.0

37、 5.0 3.2.14 开槽折弯 V 形弯曲成形前，对金属薄板折弯处进行一定深度的 V 形开槽，然后在 V 形开槽处进行弯制成-18-形，此种加工方法称之为 V 形开槽弯曲成形技术。V 形开槽弯曲成形技术的主要特点：1）弯制零件所需要的折弯力小；2）弯制的零件弯曲圆角半径小；3）弯制的零件弯曲圆角棱边色泽变化小；4）弯制的窄长零件弯曲圆角棱边直线度误差小；5）用通用模具弯制断面形状复杂或封闭的零件，如图 3.2.14 所示。图 3.2.14 零件断面形状图 4.04.0 钣金件上的螺母钣金件上的螺母、螺钉的结构形式、螺钉的结构形式 4.1 铆接螺母 铆接螺母常见的形式有压铆螺母柱、压铆螺母、涨

38、铆螺母、拉铆螺母。4.1.1 压铆螺母柱 压铆就是指在铆接过程中，在外界压力下，压铆件使基体材料发生塑性变形，而挤入铆装螺钉、螺母结构中特设的预制槽内，从而实现两个零件的可靠连接的方式，压铆的非标螺母有两种，一种是压铆螺母柱，一种是压铆螺母。采用此种铆接形式实现与基材的连接的，此种铆接形式通常要求铆接零件的硬度要大于基材的硬度。普通低碳钢、铝合金板、铜板板材适合于压接压铆螺母柱，对于不锈钢和高碳钢板材因为材质较硬，需要特制的高强度的压铆螺母柱，不仅价格很高，而且压接困难，压接不牢靠，压接后容易脱落，为了保证可靠性，常常需要在螺母柱的侧面加焊一下，工艺性不好，因此，有压铆螺母柱和压铆螺母的钣金零

39、件尽可能不采用不锈钢。包括压铆螺钉、压铆螺母也是这种情况，不合适在不锈钢板材上使用。压铆螺母柱的压接过程，如图 4.1.1 所示：图 4.1.1 压铆过程示意图-19-4.1.2 压铆螺母 压铆螺母的压接过程，如图 4.1.2 所示：压接完成压铆前受力变形 图 4.1.2 压铆过程示意图 4.1.3 涨铆螺母 涨铆就是指在铆接过程中，铆装螺钉或螺母的部分材料在外力作用下发生塑性变形，与基体材料形成紧配合，从而实现两个零件的可靠连接的方式。常用的 ZRS 等等就是采用此种铆接型式实现与基材的连接的。涨铆工艺比较简单，连接强度较低，通常用在对紧固件高度有限制，且承受扭距不大的情况。如图 4.1.3

40、 所示：图 4.1.3 涨铆过程示意图 4.1.4 拉铆螺母 拉铆是指在铆接过程中，铆接件在外界拉力的作用下，发生塑性变形，其变形的位置通常在专门设计的部位，靠变形部位夹紧基材来实现可靠的连接。常用的拉铆螺母就是采用此种铆接型式实现与基材的连接的。拉铆使用专用的铆枪进行铆接，多用在安装空间较小，无法使用通用铆接工装的情况，例如封闭的管材。如图 4.1.4 所示：图 4.1.4 拉铆过程示意图 4.1.5 影响铆接质量的因素 影响铆接质量的因素很多，总结下来，主要有以下几个：基材性能，底孔尺寸，铆接方式。-20-1）基材性能。基材硬度适当时，铆接质量较好，铆接件的受力较好。2）底孔尺寸。底孔尺寸

41、的大小直接影响铆接的质量，开大了基材和铆接件的间隙大，对于压铆来讲，不能有足够的变形来填满铆接件上的沟槽，使剪切受力不足，直接影响压铆螺母（钉）的抗推力。对于涨铆螺钉来讲，底孔太大，铆接过程中由塑性变形而产生的挤压力变小，直接影响涨铆螺钉（母）的抗推力和抗扭力。对拉铆相同，底孔太大，使塑性变形后两件之间的有效摩擦力减小，影响铆接的质量。底孔尺寸小，虽然在一定程度上可以增加铆接的承力，但是容易造成铆接外观质量差，铆接力大，安装不便、易造成底板变形等缺点，影响铆接工作的生产效率和铆接的质量。3）铆接方式。在上一节中已经有所介绍。铆装螺钉、螺母在使用的过程中要非常注意其所在的场合，不同的场合，不同的

42、受力要求，就要采用不同的型式。如果采用的不合适，就会降低铆装螺钉、螺母的受力范围，造成连接的失效。下面举几个例子来说明正常情况下的正确使用方法。1）不要在铝板阳极氧化或表面处理之前安装钢或不锈钢铆装紧固件。2）同一直线上压铆过多，被挤压的材料没有地方可流动，会产生很大的应力，使工件弯曲成弧形。3）M5、M6、M8、M10 的螺母一般要点焊，太大的螺母一般要求强度较大，可采用弧焊，M4（含M4）以下尽量选用涨铆螺母，如是电镀件，可选用未电镀的涨铆螺母。4）当在折弯边上铆压螺母时，为保证铆压螺母的铆接质量，需注意以下几点：a、铆孔边到折弯边的距离必须大于折弯的变形区。b、铆装螺母中心到折弯边内侧的

43、距离 L 应大于铆装螺母外圆柱半径与折弯内半径之和,即 LD/2+r。4.2 凸焊螺母 凸焊螺母（点焊螺母）在钣金件结构设计中应用非常广泛，但是，很多设计中，预孔的大小没有按照标准，是无法准确定位的。国家标准的凸焊螺母有两种，一种是焊接六角螺母 GB13680-92，定位比较粗糙，定位尺寸不准确，焊接后经常需要对螺纹回丝；另外一种是焊接六角螺母GB13681-92，焊接时有自定位结构，推荐采用这种结构。其结构型式和尺寸按图 4.2-1 和图 4.2-2，焊接用钢板焊接前的孔径 D0与板厚 H 的推荐值按表 4.2 的规定。90 120 0.2Am90 120dy0.2Ae0.25:1 Idsb

44、 5:1 IIh1h2 图 4.2-1 焊接六角螺母 GB13681-92 结构型式-21-HD0 图 4.2-2 焊接六角螺母与钢板的焊接 表 4.2 焊接六角螺母 GB13681-92 尺寸和对应钢板的开孔厚度（mm）螺纹规格(D或DP)M4 M5 M6 M8 M10 M12 M16 M81 M101 M121.5 M161.5 (M101.25)(M121.25)e min 9.83 10.95 12.02 15.38 18.74 20.91 26.51 dy max 5.97 6.96 7.96 10.45 12.45 14.75 18.735 min 5.885 6.87 7.87

45、10.34 12.34 14.64 18.605 h1 max 0.65 0.70 0.75 0.90 1.15 1.40 1.80 min 0.55 0.60 0.60 0.75 0.95 1.20 1.60 h2 max 0.35 0.40 0.40 0.50 0.65 0.80 1.0 min 0.25 0.30 0.30 0.35 0.50 0.60 0.80 m max 3.5 4 5 6.5 8 10 13 min 3.2 3.7 4.7 6.14 7.64 9.64 12.3 D0 max 6.075 7.09 8.09 10.61 12.61 14.91 18.93 min 6

46、 7 8 10.5 12.5 14.8 18.8 H max 3 3.5 4 4.5 5 5 6 min 0.75 0.9 0.9 1 1.25 1.5 2 注：尽可能不采用括号内的规格。4.3 翻孔攻丝 翻孔攻丝的预孔、外径、高度等尺寸，见表 4.3。-22-表 4.3 常用粗牙螺纹翻孔尺寸 D0D1D2Rht 螺纹直径M 材料厚度t 翻孔内径D1 翻孔外径D2 翻孔总高h 预冲孔直径 D0 翻孔圆角半径 M2.5 0.6 2.1 2.8 1.2 1.4 0.3 0.8 2.8 1.44 1.5 0.4 1 2.9 1.8 1.2 0.5 1.2 2.9 1.92 1.3 0.6 M3 1

47、2.55 3.5 2 1.4 0.5 1.2 3.5 2.16 1.5 0.6 1.5 3.5 2.4 1.7 0.75 M4 1 3.35 4.46 2 2.3 0.5 1.2 4.5 2.16 2.3 0.6 1.5 4.65 2.7 1.8 0.75 2 4.56 3.2 2.4 1 M5 1.2 4.25 5.6 2.4 3 0.6 1.5 5.75 3 2.5 0.75 2 5.75 3.6 2.7 1 2.5 5.75 4 3.1 1.25 4.4 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 表 4.4 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 连接方式 特点 涨铆螺母 压铆螺母 拉

48、铆 翻孔攻丝 加工性 好 好 好 一般 板材要求 不锈钢 铆装易脱落 不锈钢铆装很差，要使用特制压铆螺母，且要点焊 无 薄板及铜、铝软材易滑牙 精度 好 好 好 一般-23-耐用性 好 好 好 铜、铝软材差，其它材料螺纹有 34 扣以上好 质量 好 好 好 一般 5.05.0 钣金拉伸钣金拉伸 5.1 常见拉伸的形式和设计注意事项 钣金件的拉伸，如图 5.1 所示。带凸缘的圆形拉伸件不带凸缘的圆形拉伸件矩形件拉伸rtrdDHdHr 图 1-50 钣金拉伸设计 钣金件的拉伸注意事项：1）拉伸件的底与壁之间的最小圆角半径应大于板厚，即 r1t；为了使拉伸进行得更顺利，一般取 r1=（35）t，最大

49、圆角半径应小于板厚的 8 倍，即 r12t；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 r28t。3）圆形带凸缘拉伸件的凸缘宽度应该小于或等于 3 倍的内径，即 D3d；拉伸高度小于或等于 2 倍的内径，即 H2d。4）矩形拉伸件相邻两壁间的最小圆角半径应取 r33t，为了减少拉伸次数，尽可能取r31/5H，以便一次拉伸完成。5）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

50、注内外尺寸。6）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）。7）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。5.2 打凸的工艺尺寸 5.2.1 在钣金上打凸需参照以下数据-24-图 5.2.1 钣金上打凸 表 5.2.1 打凸间距和凸边距的极限尺寸 简图 L B D 6.5 10 6 8.5 13 7.5 10.5 15 9 13 18 11 15 22 13 18 26 16 24 34 20 31 44 26 36 51 30 43 60 35 48 68 40 55 78 45 5.3 局部冲出凸部 如图 5.3 所示，冲出