产品五金结构设计

1、产品结构设计一、结构设计知识简述 二、压铸件设计 三、锁金件设计 四、塑胶件 设计一、结构设计知识简述结构设计知识简述随着电子技术得使用范围得推广，灯具得功能、体积、重量、动转可靠性以及 对各种环境得适应性等诸多问题被纳入到结构设计得范畴，使灯具得结构设 计逐步成为一个多学科得综合技术，未来得灯具在光学设计、热学设计、安全设计、机械设计与工艺设计得科学化程度将大大提 高，各种专业软件得算法已经应用到或就是即将应用到配光设计技术、温度模 拟分布、热流模型得建立等方面，特别就是灯具系统化设计得理论与技术， 这些技术得应用使得纯机械技术与工艺失去意义，现有得结构设计方法也面临着新得变革。目前，灯具得

2、结构设计大致包含以下内容：1、整机组装结构设计2、热设计3、电磁兼容性设计4、 结构静力计算与动态参数设计5、防腐蚀设计6、连接设计7、可靠性试验（可靠性设计）综合上述，结构设计（灯具）现已包含着相当广泛得技术内 容，其范围涉及到力学、机械学、材料学、热学、电学、化学、光学、美学、环境学等，本讲义不想涉入到上述得具体内 容中去，而就是配合上述过程问题讲述各种不同加工方式得结构得工艺性设 计：压铸件工艺性设计、板金件工艺性设计、塑胶件工艺性设计等。、压铸件设计1、术语与定语 流痕：指铸件表面与金属液流动方向一致且与金属基体颜色不一样得纹路。冷隔：指铸件表面有与周边熔接不良得小块。铭化：指铸件与铭

3、酸溶液发生化学反应，在铸件表面形成一层薄得铭酸盐膜。 欠铸：指铸件成形不饱满。网状毛刺：压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷得痕 迹。溢流口：指金属液冷却凝固时为补偿金属收缩所设置得 穴。2、铸件设计及工艺2、1、选材铝合金压铸件得常用材料有：日本工业标准牌号ADC1 ,ADC3,ADC10,与ADC12;美国 工业标准牌号:A360与A380;我国标准:YL102,YL104,YL112与YL113，对于我司来讲，压铸件得选材统一要求为ADC12，珠三角压铸厂商常用材料为ADC10,ADC12与A380、以上几种材料得成份与力学性能见表二、压铸件设计材料成份与力学性能合金牌号 ADC10 A

4、DC12 Si(%) 7、5-9、5 9、6-12 Cu(%) 2-4 1、5-3、5 Mg (%) vO、3 vO、3 Fe(%) v1、3 v1、3 Al 余量余量抗拉强度(MPa) 241 228 耐力(MPa) 157 154 延伸率(%) 1、5 1、4 硬 度(HB)73、6 74、1A3803-40、1 6742、2、壁厚壁厚设计以均匀为佳，不均易产生缩孔与裂纹，易引起零件变形，同时会影响到模具得使用寿命。壁厚很厚得铸件内部易产生缩孔，影响材料得力学性能，对大形铝合金，其壁厚不宜超过6mm，因壁厚增加，其材料得力 学性能将明显下降，因此推荐壁厚如表。对外侧边缘壁厚，为保证良好得

5、压铸成形，壁厚s=1/4h,且s=1、5mm, s为边缘壁厚,h为边缘壁得高度，如下图所示。二、压铸件设计v2压铸件最小壁厚与正常壁厚壁得单面面积axb(cm2)最小壁厚(mm)正常壁厚(mm)25-100 1、22、5100-500 1、83、0500 2、5 4、0例:壁厚设计-990801-89灯头壳-GF-A-C版二、压铸件设计2、3、加强筋设计筋得目得就是增加零件得强度与刚性，避免因单纯依靠加大壁厚而引起得 气孔，裂纹与收缩缺陷，同时能使金属流路顺畅，改善压铸得工艺性、筋高 不超过15倍壁厚，最大筋宽不超过1、5倍壁厚，对筋高30mm以下，拔模 斜度不小于3。，筋高30mm以上，拔模

6、斜度不小于2。（通常在我司为节省 成本，减轻重量，拔摸斜度一般都放得很小，般情拔1 ，高筋高30mm以上得拔2度，对于批量不大得产品应该也不会有很大问题），在特殊情况下加强筋端面得拔模度可设为0、5。 例:特殊情况下加强筋得运用2、4、圆角圆角设计可使金属液流畅，气体易排出，有利于铸件成形，并能避免因锐角 致使零件与模具产生裂纹，有利于提高模具寿命，因此对过渡处应避免锐角设计,角半径以取最大为原则，一般取值如下：对相等壁厚:1/2h= r=h 对不等壁厚：1/4(h1+h2)v=rv=1/2(h1+h2) r 为内圆角半径,h、hl与h2为壁厚二、压铸件设计2、5、拔模斜度拔模斜度得大小与零件

7、得结构、高度、壁厚及表面粗糙度有关，在允许得范 围内，尽可能取大值，有利于脱模。非圆形内侧壁得拔模斜度如下表，外侧 取表下表值得一半。拔模高度圆形非圆形 3-6 3 30 4 00, 6-102 30 330 10-182 0 2 30 18-30 1。45 1。45,30-50 1 15 1 30 * 50-80 1 1 15 80-120 0 45 1 120-180 0 30 0 05 180-250 030 1 0 00 12、6、相邻距离尽量避免窄且深得凹穴设计，以免对应模具处出现窄而高得凸 台，因受冲击易弯曲、断裂。如下图所示，当a过小时，易使模具在此处开 裂，为使模具在此处有足够

8、得强度产值应不小于5mm。二、压铸件设计示例:相邻距离得合理设计二、压铸件设计铝合金可铸最小孔径为2、5mm，可铸孔径大小与深度有关，对盲孔，孔深为 孔径得3到4倍，对通孔，孔深为孔径得6到8倍。对孔径精度或孔距精度 要求较高得，一般不直接铸孔，采用后序机加工处理，但对壁厚较厚得孔，为避免机加后出现表面有砂眼，一般先铸出底孔， 然后用机加去除加工余量。2、8、文字与图案文字大小不小于5号字体，凸起高度0、30、5mm，线宽推荐0、8mm、，出模度1015度，如果外壳表面采用喷粉处理，其外侧面得文字及图案得凸起高度采1015 ,用0、5mm，如果凸起高度用0、5mm以下得话，外壳喷粉之后会其字形

9、及图案就会模糊不清。2、9、表面质量2、9、1压铸面铝合金压铸表面粗糙度在Ra3、26、3,表面质量按粗糙度分 为3级，详细见表：压铸表面质量分级，2、9、2表面缺陷压铸件各类表面 缺陷不同级别得要求见表：面缺陷要求(JB2702-80)二、压铸件设计3、公差3、1尺寸公差压铸件尺寸公差依据国标GBT1804-M选取，铝合金公差一般按5级取，对分2、7、铸孔0、20形面及活动部位尺寸公差需低一级，对有严格精度要求得可做到3级，对超出要求得可双方协商采用后加工来保证。3、2、平面度公差压铸件变形因素与模具得顶出机构、零件得结构、壁厚不均等有关，变形量如下表，对特别要求得，需采用后加工来保证。名义

10、尺寸（长或宽）25 2563 63-100 100-160 160-250 250-400 400整形前0 20 30 451、01、52、2整形后0 10 250、30 40、5当设计隔爆型得灯具时，其精度及平面公差得精度高于模制品得正常控制精度，此时则需要安排机加得方式，而这时则要考虑产品得易加工程度，有时加工得方式而决定了产品得形状。（见附图3）、压铸件设计4、机加工模具因受高温冲击，表面比较容易冲蚀，考虑到模具寿命，模具上尽量避免 使用行位、细长镶针等结构，在允许得情况下可不直接铸出，采用后序CNC 或普通机床加工而成，同时因铸件得尺寸精度都比较低，对高精 度得,也采用 CNC加工而成

11、，其精度按机加精度等级要求。结构设计时需考虑到机加定位 面，以便能方便装夹，对于有防爆要求得接合面一定需要机加来保证其表面粗 糙度及尺寸精度。4、1、表面处理4、1、1喷砂与喷丸对压铸件表面有外观要求时，可用喷砂处理，能掩盖表 面压铸缺陷，一般表面喷砂后再喷油，能做比较美观得砂纹外观，喷丸除有喷砂功能外，同时还能增加铸件得强度用。4、1、2表面氧化铝合金氧化主要作用就是提高其防腐能力，因铝合金含比较多得硅金属阳极氧 化只能为灰色，不能氧化成黑色。对防腐能力要求高得，一般表面先铭化处 理，再涂装处理，。表面辂化有无色与黄色铭化两种，主要就 是在表面形成 薄得铭化层,无色铭化可耐24小时常规盐雾测

12、试,黄色铭 化可耐48小时常规盐 雾测试。二、压铸件设计4、1、3、表面电镀或化学镀铝合金一般镀铭或镀银，主要用于外观装饰用，电镀与化学镀得主要缺陷体 现为表面有针孔、气泡、镀层局部脱落、划伤等。电镀对铸件要求很高，铸件必须具有良好得压铸成形性能，表面光洁度要达到1、6。因此结构设计时必须考虑壁厚要均匀，且不宜太厚,般不超过4mm,尽量采用大得角过渡，同时对模具要求浇道，溢流口，排气设计必须合理。电镀或化学镀得正常合格率为80%,如压铸成形较差，合格率可能会低于50%，这种工艺我司使用较少，只用在各种堵头及压紧螺母得锌合金铸件采用了这种工艺。4、1、4、表面喷涂表面喷涂一般为喷油与喷粉，主要用

13、途用于外观或防腐蚀，涂层厚度一般60120 m,纹路分光面与砂纹面（撒点）。涂层主要性能检测指标为涂层厚 度测试，附着力测试及盐雾测试。5、铸件加工工艺、5、1、铸件得一般加 工流程如下：压铸成形 去浇口溢流口去批锋抛光 机加清洗表面处理三、锁金件设计1、术语与定语锁金件得工艺性就是指零件在冲切、弯曲、拉伸，焊接等加工过程中得难易程 度2、优选材料及表面处理2、1、公司优选材料性能、用途、规格公司优选材 料性能、用途、公司优选材料性能我司没有特别得单独规范来强制优先材料得选用，但在设计得默认过 程中基本上有一个自发得优先选用行为：2、1、1普通碳素结构钢一普板（Q235）常用厚度（mm） ：

14、0、5, 0、8, 1、0, 1、2, 1、5, 2、0, 2、5 常用表面处理：镀彩锌，镀蓝锌，镀银、喷涂Q235就是一种钢材得材质。Q代表得就是这种材质得屈服，后面得235，就就是指这种材质得屈服 值，在235左右。并会随着材质得厚度得增加而使其屈服值减小。Q235根据性能中冲击温度得不同分为四个级别：Q235-A级，就是不做冲击Q235-B级，就是20度常温冲击；Q235-C级，就是0度冲击；Q235-D级，就是20度冲击我们在设计时，通常在图纸材料栏里只写Q235，并没有表明其就是哪一个级别得钢，这就是不正确得。后来我询问了外协李工，供应商瞧到Q235材质得锹金件一般都用SPCC （冷

15、扎钢板），附件摘录了一些关于SPCC材料得描述。三、锁金件设计2、1、2不锈钢板SUS304, SUS316 （会接触酸碱溶液得零件使用）。常用厚度：0、5, 0、8, 1、0, 1、2, 1、5, 2、0。常用表面处理：通常不做表面处理如果有特殊需要建议选用表面处理得不锈钢材料。如：SUS304 HL （拉直纹）、SUS304 BA （雾面）、SUS304 Mirror （镜面）。2、1、3铝板：A1100 （纯铝）、A5052 （合金铝）、6061 （合金铝）常用厚度：1、0, 1、2, 1、5, 2、0。常用表面处理：拉丝氧化（发黑，发白）、喷砂氧化（不推荐使用，单面喷砂容易变形）、喷粉

16、。如果零件要求导电，则需要在技术要求里注明导电氧化，导电氧化属化学氧化，颜色为淡黄色。2、1、4 铜板:H62常用厚度：0、3、0、5、0、8、1、0、1、2、1、5、2、0。常用表面处理：镀银、发黑氧化、不处理。2、2选择材料与表面处理得注意事项三、锁金件设计2、2、1选材时尽量减少品种规格，便于生产管理。2、2、2选材时要考虑材料得成本，在保证力学性能与质量得情况下，尽量选用价 廉得材 料。2、2、3建议锁金件最薄用0、8mm厚，最厚用2、5mm厚。0、5mm 厚得冷轧钢板焊接、折弯后得尺寸都不容易控制，除了用于做成简单得屏蔽 片或就是弹片，应尽量少用。超过2、5mm厚冷轧钢板加工很困难，

17、折弯很 难控制，也应尽量少用。2、2、4需要焊接组合得零件建议选用Q235。2、2、5有较高得防腐要求或外观要求得零件建议选择不锈钢板，或铝板。2、2、6需要电镀得零件建议选用镀彩锌或镀兰锌得表面处理。表面电镀得防腐性比较：镀白锌-镀兰 锌.镀彩锌.镀银，防腐性减弱，价格增高。就是镀锌时后要经过得两个处理 工序，一个就是除氢处理，二就是钝化处理。除氢处理：零件在酸性溶液与阴极电解除油得过程中都有可能在基体晶格中 渗氢，造成晶格扭歪，导致内应力大，产生氢脆，零件要求抗拉强度愈大， 要求得除氢时间愈长钝化处理：二就是把镀锌层放在以铭酸酎为主得溶液中进行化学处理，使其表面生成一层化学稳定性较高得、组

18、 织致密得铭酸盐薄膜得工艺过程称为钝化，其钝化处理后抗腐 蚀性能见表2 、表3三、板金件设计表V 2 生成得钝化膜可提高镀锌层得抗腐蚀性能镀层厚度Um 5 8 13 20 25未钝化生铁锈时间h 36 56 96 152 192钝化后 泛白点h 96 96 96 96 96生铁锈h 132 152 192 248 288表3不同钝化膜得抗腐蚀性能对照（耐中性盐雾试验）钝化膜颜色白兰黑色色色抗蚀性（h） 12 24 72 96彩虹色、锁金件设计2、2、7需要表面喷涂得零件，建议选择喷粉，因为喷漆对对板金件得喷前表面质量要求较高。2、2、8喷粉得零件尺寸精度要求不能太高，喷涂 过程中涂层得厚度无法

19、精确控制。3常用加工工艺3、1锁金件加工工艺流程数控冲床与数控折弯设备加工板金件得工艺流程如 下：模具加工锁金件得工艺流程与模具结构有父，如果采用单工序模，每个工序需要一套模具，一个复杂得零件需要多套模具才能完成加工。如果采用复合模，则可以多个工序在一次冲压完成，但复合模得成本较贵，目前我们公司批量不大，多采用单工序模，有时在单工序模中采用不 同得闭模行程做不同得镶件，9250反光板2采用了这种方法。参考图纸附件图纸三、锁金件设计3、2冲裁3、2、1冲裁设备精度与零件精度冲裁有两种方法：数控冲床冲裁与模具冲 裁,对于单量不大得零件很多公司多采用数控冲床冲裁。数控冲床得精度一般为土 0、1，该精

20、度与设备得新旧有一定得关系，与加工得尺寸大小没有太大 得关系，这一点与模具冲裁有一定得差别。目前银金厂加工得零件多采用数控 冲裁落料，因此设计得零件平面冲裁尺寸精度不得图于土 0、1。模具冲裁零件 得精度与模具结构有关，平冲件得尺寸公差一般都小于0、1mm,我司得产品一般都采用模具冲裁方法，公差 尺寸采用GB/T1804-m。3、2、2冲裁件得工艺性要求冲 裁件得工艺性要求零件得孔径尺寸、止裂槽尺寸或外圆角尺寸尽可能与刀具尺寸符合。冲裁件 尽量避免过长得悬臂与狭槽，悬臂与狭槽得宽度不宜过小，其合理数值可参考下表：对合金钢或不锈钢对一般钢对黄铜、铝t材料厚度。A 2t A 1 5t A 1 2t

21、三、锁金件设计冲孔时，孔径不宜过小。其最小孔径与孔得形状、材料得机械性能、材料得 厚度等有关。其合理数值可参考下表：材高碳钢、各种不锈钢低碳钢（SECC,SPC CQ235A）黄铜、铝 d1、5ta1、35ta 1 2td 1 3t d ta1 2t aX）、9ta t a 0 8t三、板金件设计零件得冲孔边缘离外形得最小距离随零件与孔得形状不同要有一定得限制，如下图。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚度，即a ;孔边缘与 零件外形边缘平行时，应取b1、5t。三、锁金件设计用模具冲裁得零件，其外形或内孔应避免锐角，做成适当得圆角，可增加模 具使用 寿命，不易产生裂纹。一

22、般可取R0、5t，（t 材料厚度），如 下图：4、折弯、三、锁金件设计4、3、2折弯件得直边高度不宜过小，否则不易形成足够得弯矩，很难得到形 状准确得零件。其弯曲值h R+2t，且h3方可。如下图，示。4、3、3当折弯边带有斜角时（如下图，），侧面得最小高度为：h= （2-4） mm,且hR+2t （R为折弯内角）。三、板金件设计4、3、4折弯件得孔边距离：先冲孔后折弯得零件，为了避免折弯时孔变形，从孔边到弯曲半径r中心得距离取为：当t v 2mm时Lt；当 t 2mm 时，L2t。4、3、5先折弯再冲孔得零件（主要争对用冲模得零件），其孔边与 工件直壁之间应保持一定得距离，距离太小时，在冲孔

23、时会使凸模受水平推力而折断：从孔边到弯曲半径r中心得距离取为：L0、5t,如下图。三、板金件设计4、3、6压死边得尺寸要求，压死边得长度与材料得厚度有关。如下图所示，一 般压死边最小长度LR + 3、5t。其中t为材料壁厚，R为压死边前道工序得最 小内折弯半径，一般为0、6。4、3、7板件折弯时，若弯曲处得圆角过小，则外表面容易产生裂纹，尤其铝板最明显。若弯曲圆角过大，因受到回弹得影响，弯曲件得精度不易保证。折弯内圆角与材料厚度与材 质有一定得关系，一般碳 但 受折刀具规格得 限制，推荐选用折弯内半径R = 0、6,结构没 有特殊 要求时图纸上不需要标注 具体得尺寸。由工厂选择合适得折弯刀。4

24、、3、8折弯件不得对多个折弯边（如下图得L1, L2, L3）同时要求较严得尺寸 公差。三、板金件设计4、4模具弯曲件得工艺性要求模具弯曲件得工艺性要求4、4、1弯曲件得直边高度太小时，会影响弯曲件成型后得角度精度。要求 hR+2t 4、4、2在U形弯曲件上，两弯曲边最好等长，以免弯曲时产生向一 边移位。如不允许，可设一工艺定位孔，如下图。4、4、3为了防止零件弯曲后，直角得两侧平面产生褶皱，应设计预留切口， 如下图。三、锁金件设计4、4、4为了防止零件弯曲后，折弯边回弹，建议在对接处设计切口形式。如 下图.a1、5t （t材料厚度）4、4、5为了防止冲孔后再弯曲得零件，在孔边产生裂纹，建议增

25、加切口，如下图。三、锁金件设计4、4、6防止弯曲时，一边向内产生收缩。可设计工艺定位孔，或两边同时折弯，还可用增加幅宽得办法来解决收缩问题。、板金件设计4、4、7弯曲得零件，在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件得刚度，也有利于抑制回弹。常用筋得结构尺寸推荐如下。三、锁金件设计4、5拉深利用具有一定圆角半径得拉深模，将平板毛坯或开口空心毛坯冲压成容器状零 件得冲压过程称为拉深。4、5、1拉深件得精度拉深件得尺寸精度不宜要求过高。拉深件得制造精度包括直径方向得精度与高度方向得精度。在一般情况下，深度得精方向得精度不应超过GB/T15055-级。直径方向得尺寸精度不应该超过IT12级，产品图上得尺寸应注明必须保证外部尺寸或就是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。4、5、2拉深件得工艺性要求拉深件得形状应尽量简单、对称。拉深件各部分尺寸比例要 恰当，尽量避免设计宽凸缘与深度大得拉深件。（D凸3d，h2d ）因为这拉深件类零件要较多得拉深次数。角半径要合适，角半径尽量取大些，以利于成型与减少拉深次 数。拉深三、锁金件设计4、5、3拉深件冲孔得合适位置。三、锁金件设计4、5、4防止拉深时产生扭曲变形，A、B宽度应相等（对称）即A=B4、5、5定位凸台得高度