【專業知識】鈑金類產品設計需要考慮的部分原則

作者：147小編　更新時間：2024-10-31　點擊數：

我們經常用到的五金類零件中常用的金屬材料有不銹鋼、銅、鋁、鋅合金、鎂合金、鋼、鐵等。五金制品根據加工方式不同常分為冷加工及熱加工類，不同種類的五金成型方法也不一樣，冷加工類如鈑金類材料，主要是通過模具冷沖壓、折彎、拉深等工藝成型。熱加工類如鑄造類零件，主要通過將五金原材料熔化成液態用模具鑄造而成。一般認為，凡是厚度均勻的片材類金屬材料統稱鈑金。常用的鈑金材料有不銹鋼、鍍鋅鋼板、馬口鐵、銅、鋁、鐵等。

?產品厚度均勻的原則鈑金就是厚度均勻的材料，在結構設計時應該要注意，尤其是在折彎比較多的地方，很容易造成厚度不均勻。?易于展平的原則鈑金件產品是由片材加工而成的，在沒有加工之前，原材料是平整的，所以，在設計鈑金件時，所有折彎及斜面都要能展開在同一個平面上，相互之間不能有干涉。例如，圖1-1所示的鈑金件設計不合格，原因就是展開后相互干涉。

（圖1－1鈑金件展平后會相互干涉圖）?適當地選用板金件厚度原則鈑金件厚度從0.03?4.00mm各種規格都有，但厚度越大越難加工，就越需要大的加工設備，不良率也隨之增加。厚度應根據產品實際的功能來選擇，在滿足強度及功能的前提下，越薄越好，對于大部分產品，鈑金件厚度應控制在1.00mm以下。?符合加工工藝原則鈑金件產品要符合加工工藝，要易于制造，不符合加工工藝的產品是制造不出來的，就是不合格的設計。下面分類探討鈑金類產品設計的工藝要求鈑金

工藝性：產品在各種加工過程中如沖切、折彎等的難易程度

工藝要求：設計鈑金類產品時應符合這些工藝性。

基本加工方式有：沖切、折彎、拉伸、成型等

普通沖切結構工藝性普通沖切：目前應用最多精密沖切：需要精密的沖切模具及高精度的沖切設備，成本要高于普通沖切，一般應用于比較精密的產品。(1) 沖切件的外形盡量簡單，避免細長的懸臂及狹槽沖切件的凸出或凹入部分的深度和寬度，一般情況下，應不小于1.5/t(t為料厚），同時應該避免窄長的切口與過窄的切槽，以便增大模具相應部位的刃口強度，如圖1-2所示。

圖1—2避免窄長的懸臂和凹槽(2)沖切件外形盡量使排樣時廢料最少，從而減少原料的浪費將圖1-3所示的設計改進成圖1-4所示的設計，就會以相同的原料增加產品數量，從而減少浪費，降低成本。

圖1-3原先設計

圖1-4改進后設計(3)沖切件的外形及內孔應避免尖角。尖角會影響模具的壽命，在產品設計時要注意在角落連接處倒圓角過渡，圓角半徑R≥ 0.5t (t為料厚），如圖1-5所示。

圖1-5倒圓角設計(4)沖切件的孔及方孔沖切件的孔優先選用圓孔，沖孔時，受到沖頭強度的限制，沖孔的直徑不能太小，不然容易損壞沖頭。沖孔最小尺寸與孔的形狀、材料機械性能和材料厚度有關，表1-1是常用材料最小的沖孔尺寸，t為鈑金材料厚度。表1-1常用材料最小的沖孔尺寸

沖孔最小尺寸設計時一般不小于0.40mm，小于0.40mm的孔一般采用其他方式加工，如腐蝕、激光打孔等。

(5)沖切的孔間距與孔邊距。鈑金件結構設計時孔與孔之間、孔與邊距之間應有足夠的料件，以免沖壓時破裂。如圖1-6所示是最小孔間距及最小孔邊距示意圖，t為鈑金材料厚度。

圖1-6最小孔間距及最小孔邊距示意圖(6)折彎件及拉深件沖孔時，其孔壁與直壁之間應保持一定的距離。在拉伸產品上沖孔時，為保證孔的形狀及位置精度，也為了保證模具的強度，其孔壁與直壁之間應保持一定的距離，如圖1-7所示。

圖1-7拉伸產品上沖孔(7)鈑金件在設計時盡量避免缺口尖角的設計。缺口尖角會造成模具沖頭尖利，容易損壞沖頭，在產品的缺口尖角處也容易產生裂縫。圖1-8(a)所示產品有尖角，圖1-8(b)所示是倒了圓角后的尖角，t為鈑金材料厚度。

圖1-8缺口尖角的處理折彎

折彎的原理：是指在鈑金件上做直邊、斜邊、彎曲等形狀，如將鈑金件彎成L形、U 形、V形等。

模具折彎：一般用于外形復雜、尺寸較小、產量多的鈑金產品。

折彎機折彎：一般用于產品外形尺寸較大、小批量生產的鈑金產品。

(1)鈑金折彎件最小的彎曲半徑材料彎曲時，在圓角區上，外層受到拉伸，內層則受到壓縮。當材料厚度一定時，內層圓角越小，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；如果彎曲圓角過大，則會受到材料回彈的影響，產品的精度及形狀得不到保證。設計折彎件最小的彎曲半徑可參考表1-2。表1-2常用材料最小的彎曲半徑

(2)彎曲件的直邊高度彎曲件的直邊高度不能太小，否則很難達到產品的精度要求。一般情況下，最小直邊高度按圖1-9所示要求來設計。

圖1-9最小直邊高度設計如果彎曲件直邊高度因為產品結構需要而小于最小直邊高度設計時，可以在彎曲變形區內加工淺槽后再進行折彎，如圖1-10所示。這種方式的缺點就是降低了產品強度，如果鈑金材料太薄也不適用。

圖1-10(3)折彎件的最小孔邊距。折彎件上的孔加工方式有兩種，一種是先折彎后沖孔；另一種是先沖孔后折彎。先折彎后沖孔邊距的設計參照沖切件的要求；先沖孔后折彎應讓孔處于折彎的變形區外，不然會造成孔的變形及開孔處易裂，其基本設計要求如圖1-11所示。

圖1-11折彎件的最小孔邊距(4)在靠近折彎圓角邊的鄰近邊折彎時，折彎邊應與圓角保持一定的距離，如圖1-12所示，距離L≥0.5t,其中t是鈑金厚度。

圖1-12(5) 彎曲件的工藝缺口設計如果一條邊只有一部分折彎，為了防止裂開及畸形，應設計有工藝切口，工藝切口寬度不小于1.5t,工藝缺口深度不小于2.0t+R,其中t是鈑金厚度，如圖1-13所示。

圖1-13工藝缺口設計(6)折彎件打死邊的設計。折彎件打死邊是指折彎的面與底面平行，俗稱打死邊。打死邊的前道工序是將折彎邊折彎成一定的角度，然后打死貼合。打死邊的死邊長度與材料的厚度有關，一般死邊最小長度L≥3.5t+R，其中t為鈑金材料厚度，R為打死邊前道工序的最小內折彎半徑，如圖1-14所示。

圖1-14打死邊的長度設計(7)彎曲件的工藝孔設計在設計U形彎曲件時，兩彎曲邊最好一樣長，以免彎曲時產品偏移而產生廢品，如果因為結構設計不允許兩邊一樣長，為保證產品在模具中準確定位，應預先在設計時添加工藝定位孔，特別是多次彎曲成型的零件，必須設計工藝孔為定位基準，以減少累計誤差，保證產品質量，如圖1-15所示。

圖1-15彎曲件的工藝孔設計拉伸一、含義鈑金件拉伸：將鈑金件拉深成四周有側壁的圓形或者方形、異形等形狀的工藝，如鋁制的洗臉盆、不銹鋼杯等。

二、鈑金件拉伸注意事項 (1)拉伸件的底與壁之間的最小圓角半徑應大于板厚，即r1>t；為了使拉伸進行得更順利，一般取r1=(3～5)t，最大圓角半徑應小于板厚的8倍，即r1<8t。拉深件圓角半徑大小要求如表所示

拉深件圓角半徑大小(2)拉伸件凸緣與壁之間的最小圓角半徑應大于板厚的2倍，即r2>2t；為了使拉伸進行得更順利，一般取r2=5t，最大圓角半徑應小于板厚的8倍，即r1<8t。（例如圖1-16）

圖1-16圓形無凸緣拉深件一次成型時高度與直徑的尺寸關系(3)矩形拉伸件相鄰兩壁間的最小圓角半徑應取r3≥3t，為了減少拉伸次數，盡可能取r3≥1/5H，以便一次拉伸完成。(4)拉伸件由于各處所受應力不同，使拉伸后，材料厚度發生變化。一般，底部中央保持原來厚度，底部圓角處材料變薄，頂部靠近凸緣處材料變厚；矩形拉伸件四周圓角處材料變厚。在設計拉伸產品時，在圖紙上明確注明必須保證外部尺寸或內外部尺寸，不能同時標注內外尺寸。(5)拉伸件之材料厚度，一般都考慮工藝變形中的上下壁厚不相等的規律（即上厚下薄）。圓形無凸緣拉伸件一次成形時，高度H和直徑D之比應小于或等于0.4。總的來說，在設計拉伸件時注意拉伸件形狀應盡量簡單，外形上盡量對稱，拉伸深度不宜太大。

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