钣金设计基础知识

1引言

湾板指板熔和其长宽相比小得多H勺钢板。它妁横向抗弯能力差，不适宜用于殳横向弯曲我有作用的场合。

薄板就其材料而言是金属，但因其特殊的几何形状厚度很小，因此薄板构件的加工工艺有其特殊性。和薄板

构件有关的加工工艺有三类：(1)下料：它涉及剪切加冲我。(2)成形：它涉及弯曲、折空、卷边和深拉。⑶连

接：它涉及焊接、轴接等。薄板构件晌构造设计重要应考虑加工工艺的规定和特点。此外，要注意构件的批

量大小。

薄板房:件之因此被广泛采用是由于薄板有下列长处：

(1)易变籽，这样可用简朴H勺加工工艺制造多种舫式的构件。

⑵薄板构件史量轻。

⑶加工量小，由于苒板表面质量高，厚度方向尺寸公差小，板而不需加工.

(4)易干裁剪、理按,可制造大而乱杂的构件。

(5)彩状现范，便于自动加工。

2构造谈计准则

在设计产品零件时，必须考虑到容易制造的问题.尽量想某些措施既能使加工容多,又能使材料节省，还能

使强度增长，又不出废品。为此谈计人员应当注意如下制造方面事项。

板金件H勺工艺性走指军件在冲切、弯曲、拉伸加工中曰勺难易限度.良好的工艺应保证材外消耗少，工序数目

少，模具构造简朴，使用寿命高，产品质量假定。在一般状况下，对扳金件工艺性影响教大口勺是材料的性

能、零件的几何形状、尺寸和捐度划定。

如何在薄板构件构造设计时充足考虑加工工艺打规定和特点，这里推荐几条设计准则»

2.1简朴形状准则

切割而几何形状越简朴，切割下料越以便、简，卜、切割的途径越短，切割量也越小。如直线比曲线简朴，圆

比描圆及其他高阶由埃简朴，规则用形比不规则图形简朴(见图1)。

（a）不合理构造（b）改善构造

图1

图2aR勺构造只有在批量大时方故意义，否则冲我时，切割麻烦，因此，小批量生产时，宜用图b所示构

图2

2.2市省原料准则（冲切件的构型准则）

节省原材料意味着减少制导致本。零散口勺下角料常作废料解决,因此在薄板构件的设计中，要尽量减少下脚

料.冲切弃料至少以减少科的挥霍。特别在批量大的构件下料叶效果明显，或少下角料的途径有：

⑴减少相邻两构件之间的距离（见图3）.

（a）不合理构造（b）改善构造

图3

⑵巧妙排列（见图4）。

（a）不合理构造（b）改善构造

四4

（3）将大平面处的材料取出用于更小的构件（见图5）。

⑸不合理狗造（b）改善构造

图5

2.3足够强度刚度准则

⑴、带斜边的折弯边应避开变形区

支砂区4

(2),两礼之间的距离若太小，则在切割时有产生裂线的也许。

冬件上冲孔设计应考虑留有合适的孔边足和孔间龙以免冲裂。率件的冲孔边沿离外形的最小距离随零件与孔

模具制作上以圆孔最结实好制造维修，唯开孔率校低。

以正方舟孔开孔率最航但因是90度角，角边容易磨损倒塌，导致妥■修模而停线.而六角形的开孔其大于90

度的120度角比正方形孔开孔更然实但开孔率在边沿比正方形孔差一点。

(3).细长的板条刚度低，也易在剪裁时产生裂纹，特别是对刀具的磨损严空。4e5b*z2f4W

冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般状况下，应不小于为科件)，同步应当避免窄长的切口

与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口钺度。见图3.3.1。

对一般纲A31.5t：对合金铜A22t：对於铜、铝A21.2t：t—材料厚度。

2.4可赛冲机准则

图9a所示的半圆切线构造冲我加工很难。由于这规定粕确地拟定刀具和工件之间的相对位支。粉确测量定

位不仅费时，更重要的是，刀具由可第顿和安装的误差，精度一般达不到这样商的规定。这样的构造一旦加

工稍木偏差，质量很难保证，且切引外观差。因此应采用图b所示H勺构造，它可保证可靠R勺冲板加工后量。

G0不合理粒造（b）改善构造

图9

2.5避免枯刀准则（穿破件的构型准则）

在构件中间冲栽切测时会浮现刀具和构件祐接交第的间邀。解决的措施：（1）留有一定打坡度；（2）切割面连

通（见图10和图11）,

（b）改等构造

困10图11

当搭接在一道工序中用冲切法制成90°的弯边1寸，选材要注意材质不适宜大杖，否则易在立角弯折处破裂。

应在弯边住就设计工艺切口，避免折角处破裂。

-

A

A>3A-B>0.5L>l*R-K/2K>2iA-A-£

2.6考曲棱边垂直切割面准则

落板在切割加工后来，一般还要进一步进行成形加工，例如呼曲。芍由棱边应垂比于切割面，否则文汇处产

生裂蚊的危险升高。若因其他限制垂直规定不能满足时，应在切割面和弯向棱边交汇处设计一种圆角，其半

径大于极厚的两倍.

2.7平坡弯曲准则

陡峭的弯曲需转袜的丁久，且成木高.此外，过小的弯曲半循的产生盥灶，在内刎面上还会浮说纸折（更国

16,图17）.

（a）不合理构造（b）改善构造

图16

(BUDOTJ

(a)不合理构造(b)改善构造

图17

2.8避免小⑷形卷边准则

薄板构件的被边常用卷边构造，这有多项好处.(1)加必了刚度；(2)避免了锋利的棱边；⑶美观。但卷边应注

惠两反，一是半径应大于1.5倍的板厚；二是不要完全的曲彩，这样加工起来困难，图18b所示的叁边比各自a

所示的卷边易加工。

(a)不合理构造(b)改善构造

S18

2.9楮边不专曲准则

弯曲桎边和槽孔楼边要相距一定的距离.推荐他是弯曲半径加上2倍的壁厚。弯^区受力状态复杂，且强度较

低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。既可以将终个槽孔远离琴曲棱边，也可以让林孔横冷空个

弯曲棱边(名图19).

(a)不合理构造(b)改善构造

图19

2.10复杂构造纽合制造准则

空间杓迨过于复杂的构件，完全靠等曲成形比菽困难.因此尽量将构造设计界简朴某些,在非受杂不可的状况

T,可用纽合构件，即将多种简朴的薄机构件用媒按，螺栓连接等方式组合在一起.图20b的构造比其图20a

的构造易加工。

(a)不合理狗造(b)改善构造

图20

2.11避免直线贯穿准则

落板构造有横向弯曲刚度较差的缺陷。大平板构造易屈曲失稳。进一步还会弯曲断裂。一般用压槽来提高其

刚度.仄棺方排列方式时提高刚度的效果影响很大，&林排列&.木原刖是泄电无正楮区做直应贯字.贯字的

低刚反窄带易成为整个板面屈曲尖秘H勺惯性轴，夫穆总要环绕一种惯性抽，因此，压槽的排列要切断这种惯性

轴，使它越短越好。国21a所示的构造，无压槽区域形成多条贯穿的窄条。环绕这些轴，整个板的呼曲刚度没

有改A。图21b所示构造没有潜在的连通失梯依性轴，图22列出了常见。勺压槽形状和扣列方式，从左到右刚

度增强效果逐渐加大，不现则排列是避免直烦贯穿的有效措施。

国21

国22

2.12压槽连通排列准则

压槽的终点疲劳强度低是单薄环节，扣果压槽连通，弊部分终点将消灭。图23是一种卡车上时也就箱，它受动

战作用，图23a构造在压槽端都产生了疲劳破坏。而图23b构造就不存在这一间翅。陡峭的压槽端面应避免，

也许的状况下压槽延至边界(见图24)。压槽的贯穿消除了单薄的端部.但压槽的交汇於要有足够大的空间，

使褥各压槽之间的互相影响减少(虹图25)。

(a)不合理构造(b)改善构造

(a)不合理构造(b)改善构造

国24

(a)不合理构造(b)改善构造

图25

2.13空间瓜槽准则

空间构造的失稳不只限于某一方面，因此，只在一种平面上设立压槽不能达到提高把个构遭抗失杼能力的效

果。例加困26所示的U型和Z型构造，它们8勺天稳会发生在棱边附近。解决这个问迎的措施是将压槽设计成

空间的(见图26b构造。)

(a)不合理内造(b)及善构造

国26

2.14局部松花准则

薄板上局部变形受到严支田碍时会浮现皱折。解决的措施是在皱折带近设立几种小时压槽，达样减低局部刚

度，减少变形粗碍(见图28)。

(a)不合理构造(b)改善构造

图28

2.15冲裁件的构型准则

（1）.最小冲孔直径或方孔的最小边长

冲孔时，应爻到冲头强度的限制，冲孔的尺寸不能太小，否则容易损坏冲头。最小冲孔直径及最小边长见

表o

H科e3

冷丸旗.电d>1,3t

黄色敏3”,九

tfftd>0,8td

*t为材料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于0.3EU

⑵，冲切块口原则

冲切弊口应尽量避免尖角，如a图所示.尖角杉式容易减短模具使用寿命，且尖角处容务产生覆及。应改为

如b图所示。

R>0.5t（t—材料厚度）

a图bra

冲我休日勺外形及内孔应避免尖角。在直统或曲线,的连接处要有四孤连接，圆菰半径R2：）,5t。（t为材料空

厚）

2.16.专曲件的构造准蛔

（1k板件最小弯曲半径

材料内曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定期，内半径r越小，材料的拉

伸和压缩就越严重：当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件

的构造设计，应避免过小的密曲圆角半径。为此规定最小弯曲半径。

常用金属材料般小折弯半径列表

序号材料时小曲曲半径

08,08F,10,10F,DX2.SPCC,E1-T52.0Crl8Ni9,lCrl8Ni9,lCr18Ni9Ti,1100-H24.T2

10.4t

15.20、Q235.Q235A、15

20.5t

25.30、Q255

30.6l

!Crl3,H62（M.Y、Y2.冷轧乂铜）

40.8l

45.50

5l.Ot

55.60

61.5t

65Mn、60SiMn.!Crl"Ni7,!Crl7Ni7-¥,ICr17Ni7-!）Y,SUS301.0Crl8Ni9,SUS302

72.01

I弯曲半径是指弯画件的内侧半径,t是材料的生厚。

It为材料壁厚，M为退火状态，Y为硬状态，Y2为1/2硬状态。

对于如下图所示封闭式弯边零件，其弯边高度h最大不得超过40mm，若需大于40mm者，须经核核后方能使

用。

口

(2)、弯曲的最小直边高度

弯曲为直边高度不适宜过小，否则不易成形足铺的弯矩，很雉得到形状精确的零件。其值h2R+2t方可。

①一般状况下的最小立边高度规定

弯曲件晌直边高度不适宜大小，/小高度按图规定：h>2to

可曲件的比边高度最小值

②特殊规定的近边高度

如果谩计需要弯曲件的直边高度hW2t,,则一方面要加大弯边高度，弯好后再加工到需要尺寸；或者在弯曲

变形区内加工浅槽后，再折弯。

特殊状况下的近边高度规定

③呼边斜边带有斜角的直边高度

当弯边侧边带有斜角的弯曲件时，创面口勺景小高度为：h=(2~4)t>3m

弯边侧边带有斜俗的直边高度

(3)、密曲的面边变形解决

①、当aVR时，弯曲后，b而靠a处仍然有一段残存因孤，为了避免残存圆弧，必须使a»R。

②、在U形弯曲件上，两弯曲边最佳等长，豆兔弯曲时产生向一边移位。如不容许，可谓一工艺定位孔。

nA-A

③、退电侧面(柿形)弯曲时产生裂纹或畸形.应谩计预留切槽，或将根部改为阶梯彩。槽宽K22t,槽深

L>t+R+K/2o

QD3D四期DO颂Io®3

④、避免圆角在弯曲时受压产生挤料后起蚊，应设计预留切口。如室外机侧板（上端、下端）圆角处切口形

式。

B与盖板厚度（t）相等

⑤、避免弯曲后，直后的两儡平面产生褶皱，应设计强留切口。

a215t（t—材料厚度）

⑦、避免冲孔后，弯曲产生裂蚊的切口形式。

⑧、避免弯曲时，一边向内产生妆垢。可设计工艺定位孔,或两边同步折弯，还可用增长幅宽的措施来解决

收缩问题

f□、工艺孔

二三-X丙边台才

kr

-一---、-/埴M嗜宽

UI

⑨、弯成直角的搭接彩式.

1、七

A-A

四B-B.

z

(4)、凸部的弯曲

若象a图那秤弯曲线,和阶梯线一致，有时会在根部开裂变形。因此使弯曲段让开阶悌线如图b,或设计切口

如c、d那样。

王由年中M

abcd

m>2tk>1.5tL〉r-Rm

⑸、折弯件上的孔边距

孔边距：先冲孔后折弯，孔的位置应处在弯曲变形区外，避免弯曲时孔会产生变形。孔壁至弯边的距离见

①、避免弯曲时，弯曲面上的孔受力后会变彩，孔边距（至底根部）其值AJ4方可。

②、*曲边冲孔时，孔边到弯曲半径R中心H勺足禹L不得过小，以兔弯曲成型后会使孔变形。其值L22t方

可。

感不

⑹、局部弯曲晌工艺切口

①折专件的弯曲线应避开尺寸突变时位觉

局部学曲某一段边沿时，为了避免尖角处应力条中产生多裂，可将弯曲线移动一定距禹，以南开尺寸突变处

（Ba）,或动工艺精（四b）,或冲工艺孔（目c）。注意图中的尺寸规定：S2R：楮宽k2t：槽深L2

t+R+k/2.

②当礼位于折药变形区内，所采用的切口形式

当孔在折弯变彩区内时，采用的切口彩式示例

--------JI”线

・一花-

.3»

⑺、打死边的设计规定

打死边的死边长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般无边最小长度L23.5t+R。

其中t为材料壁厚，R为打死边前道工序的最小内折弯半径。

(8)、改计时添加口勺工艺定位孔

为保证毛坯在模具中精拟定位，避免弯曲时毛坯偏移而产生废品，应预先在该计时添加工艺定位•孔，如下图

所示.特别是多次弯曲成彩的零件，均必须以工艺孔为定指是冶，以减少合计送品，保证产M质量.

⑼、标注弯曲件有关尺寸时，妥■考虑工艺性

询、弯曲件的回弹

影响回弹的因素诸多，涉及：材料的机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲时的正压力等,

⑴折弯件的内K1角半径与极厚之比越大，回弹就越大。

⑵从设计上克制回弹的措施示例。

弯曲作的回弹,目前更要是由生产厂家在模具设计时，采用一定的措施进行规避。同步，从设计上改5•某些

构造定伐回弹角减小如下图所示：在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件8勺刚度，也有助于克制回弹.

2.16.拉深件的构形准则4n*v8R$b9触A2o!T/r5J&N

a.拉课件的彩状应尽量简朴、对称。

b.拉深件各部分尺寸比例要恰当，尽量避阻设计宽凸缘和深度大的拉深件。（D凸>3d,h>2d）由于此类

零件要较多的拉深次数。

c.拉深件的回角半径要合适，圆角半径尽量取大些，以利于成型和减少拉深次款。

⑴、拉深件的圆角半径。

(2)、拉深件或弯曲件冲孔的合适位资。

伍)、拉伸件设计图纸上尺寸标注a勺注意平项

拉伸件由于各处所受应力大小各不相似，使拉伸后的材料厚度发生变化。一般来说，底部中央保持本来的厚

度，底部圆角处材料变薄，顶部接近凸渗处材料变厚，矩影拉伸件四周圆角处材料变厚。8h4y$*R0

~6}

(5)、拉伸件产品尺寸的原则措施

在设计拉伸产品叶，对产品图上的尺寸应明确注明必须保运外部尺寸或内部尺寸，不能同步标注内外尺寸。

(6)、拉伸件尺寸公差的标注措施

拉伸件凹凸圆孤n勺内半径以及一次成形的回筒形拉伸件的高度尺寸公差为双面对称偏差，其偏差值为国标

(GB)16级精度公差绝对值的一半，并冠以土号，“？2t*Wu(X9v1'

2.17,提高零件轻度的合理构型准则

⑴、对较长H勺技金件为了提高其强度，应当设计加国仍。

LRiR2RiHB

1269531660

<B—卷专馆)

⑶、加强筋

在板状金属零件上压筋，有助于增长构造刚性，加强筋构造及其尺寸选择参见表。9N8|9V;w#k,r#

3(g:C7u2八

菽田Rhra*

nn<3-4>tO2)t<7-10HG“〉t——

na-<2-1.3>t2Q搦觌

加ICT帅ID』国

⑷、打凸间距和凸边距的极限尺寸

打凸间距和凸边距时极限尺寸按下表选用。

⑸、百叶窗

百叶窗一般用于多种罩壳或.机壳上起通风散热作用，具成型指还是借凸模的一边刃口将材料切开，而凸模口勺

其他部分将材料同步作泣伸变形，形成一边开口的起伏形状。

百叶窗的典型构造叁见困。，h*d-e+T.p+e-I,R

百叶窗尺寸甩定：a24t;b>6t:hW5t;L>24t;r>0.5t.

2.18、版金件常用螺钉底孔构型准则

⑴、孔靓边)*6b697z%@

乳制边型式技多，木冷刖只关注奂加了端反的内孔翻边，4,困所后.9"fi)?33/ml

螺饮预冲孔直径

凸缘圆角半

'S41)0

径R

H5VI

1.03«)M

d.Tm*U.1

3.381.60.6

0.81.9

2.2

3.251.6

ISc.C9

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0.5!f.xO

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3.3«1.8\:?3i

i.?”J/

1

3.52

2.552

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2)[:U6)5

ClP+[)

1.23.381.92

y.p0.6

3.52.16

3.51.7

50.75

nO

22.3

1.92

2.16

0.6

2.-1

2.4.B2

4.46(12

F8k:d4

1.5c2?!0.75

1.8

4.6b

2.7

2.41

24.562.2

3

1.25.62.40.6

5.462.4

2.5

3"o.\?,

2.7

1.5[5.y$n5

5.6

C0.75

M54.253

5.752.5

5.53

2.4

3.21

2

5.753.62.7

2.56P;5.751.254E/

T.1»•i・1\

L.a*G+D-

k.?6E*

T

表带螺纹孔H勺内孔翻边尺寸参数

(2)、烦灯、螺检n勺过孔和沉头座

螺仃、螺松泛孔和沉头座的构造尺寸按下表选用取。对于沉头螺仃H勺沉头座，如果板材太薄难以同步保证过

孔d2和沉上D,应优先保证过孔d2.

用于场打、爆枪的过孔

用于沉*螺灯的沉头座及过孔

用于沉头物钉的沉头座及过孔

*规定板材厚度tZh。

2.19.扳金件的尺寸公差

公望.气影响产品质矍布价格的击要因素之一。在制造零件的时候，经蛉告诉我们，无论投人多少成本和时

间，完全按图纸上标注口勺尺寸精确地加工出来几乎是不也许H勺。产品设计无论从性能上还是经济上都要满足

顾客的需要。从公司自身来说，也必须保持正常的利泗.

为此公差必须由产品的性能和经济两方面来决定。因此设计要充足掌握公差H勺原则。

⑴、冲切件的尺寸公差。

但仅⑵*,2L0S12)

基率尺寸24

下隽企

<3*010±0.05

>3-6*012*0.06

>6-10*01520.075

>10-18•018x009

>18-30♦021±0105

>川~50•025*0125

>50-80•030*015

>50-120♦035*0175

>120-180♦040含020

>180-2500♦0"豆023

“50715♦052*026

>315-400*057*0邓

>400-500♦06310315

>500-630*0701035

>630-500*0801040

>$00-1000*090*045

>1000-1250♦105«0525

128-l«nn・125•06?5

>1600-2000•1501075

⑵、密曲件的边高h直线尺寸公差。

金寻珍奉

£.*”3h<10>1078>18-30〉川・50>50-120>120-250>250

«材

20)8±0215±0.26±031±0435±057金065

氏n

>1'2±0215±026±0.3110435±057±065i077

注：弯曲边长L直线尺寸公爰按表规定。

(3)、弯曲件的角度公差。

1卜配合角氏小角*at台角最小角度

角延边的长度角独边的长度

及餐聂反爰度修爰ttt

LL

AaAaAaAa

>30-50♦2.145,>260'360«30,+15'

>50-80±r3(r±30*>3^0-500*2Utir

>80-120*r>500*630•22,*i</

>120*ISO•20'>630-800/W*9'

>180~260♦40'•18'>SCO*1000•20',S'

⑷、拉深件的高度h尺寸公差。

我科丹at

0-50.5-11-1.51.5-22-2.52.5-3

tn.

«限公£

3±0.15±0.18±0.2110.25±03010.33

3・6±018士0.21±025±0.30±0.3320.36

6-10士0.21±0.25±0.3020.33±0.3610.40

10-18±025±030±0.33±0.36±0.40245

18-301030±033±0.3610.40±04510.51

30-50±046tO50±0601o-o±09011.10

50-80士0.5上0.60二0.70±0.901110-1.30

SO-!20±0.7±0.80±0.90±1.10上13011.50

注：拉深边长L直线尺寸公爰按表规定。

(6)、冲切件时断面粗糙度.

材h可度t<1>1-2>27

相修度

2.20.冲切件的毛M.容许高度

«性纪■生产

-035<0.015<0.05