钣金件属于五金件的一种,通常由厚度均匀的金属板材加工而成,常见材料包括不锈钢、镀锌钢板、马口铁、铜、铝、铁等。主要加工方式有冲裁、折弯、拉伸和成型,与铸造件依靠熔化金属成型不同,钣金主要属于冷加工。
钣金结构设计重点遵循 4 个原则:
- 厚度均匀:整个零件尽量保持统一板厚,尤其折弯区域不能随意改变厚度。
- 易于展开:设计完成后应能够展开成一张平整板材,各折弯面、斜面展开后不能互相干涉。
- 厚度合理:板厚根据强度和功能选择,不是越厚越好;越厚加工越困难、成本越高、不良率也可能增加。对于大部分产品来说,钣金件厚度应该控制在1mm以下。
- 符合加工工艺:结构必须能够通过冲压、折弯等现有工艺制造出来,不能只考虑三维造型而忽略实际生产。
钣金件常见加工方式包括:
一、冲切:通过冲压去除材料,形成外形、孔、槽等结构。
(1)冲切件的外形尽量简单,避免细长的悬臂及狭槽。
冲切件的凸出或凹入部分的深度和宽度,一般情况下,应不小于 1.5t(t 为料厚),同时应该避免窄长的切口与过窄的切槽,以便增大模具相应部位的刃口强度,如图所示。
(2)冲切件外形尽量使排样时废料最少,从而减少原料的浪费。
(3)冲切件的外形及内孔应避免尖角。
尖角会影响模具的寿命,在产品设计时要注意在角落连接处倒圆角过渡,圆角半径 R≥ 0.5t
(4)冲切件的孔及方孔的设计原则
(5)折弯件及拉深件冲孔时,其孔壁与直壁之间应保持一定的距离。
在拉伸产品上冲孔时,为保证孔的形状及位置精度,也为了保证模具的强度,其孔壁与直壁之间应保持一定的距离。
(6)钣金件在设计时尽量避免缺口尖角的设计。
二、折弯:将平板材料弯折成立体结构,需要考虑折弯半径和避免干涉。
(1)钣金折弯件最小弯曲半径原则
钣金折弯时,外层材料受到拉伸,内层受到压缩。当弯曲半径过小时,内外层应力过大,容易产生裂纹、断裂;当弯曲半径过大时,会因材料回弹导致尺寸精度下降。
(2)钣金折弯件直边高度设计原则
(3)钣金折弯件直边高度设计原则
钣金折弯件上的孔,应布置在折弯影响区域之外,孔边距离折弯线应满足 C≥R+t;若无法满足,可增加浅槽释放应力,但会降低强度。
(4)在靠近折弯圆角边的邻近边折弯时,折弯边应与圆角保持一定的距离;距离为L≥0.5t,其中 t 是钣金厚度。
(5)弯曲件的工艺缺口设计。如果一条边只有一部分折弯,为了防止裂开及畸形,应设计有工艺切口,工艺切口宽度不小于 1.5t,工艺缺口深度不小于 2.0t+R,其中 t 是钣金厚度。
(6)钣金折弯件打死边设计原则
打死边是指折弯边经过二次折弯后,与底面贴合并保持平行的结构。
加工过程:
第一次折弯 → 形成一定角度 → 第二次折弯压平
设计时,死边长度需满足:
L≥3.5t+R
其中:
- L:打死边长度
- t:钣金厚度
- R:前道折弯内半径
设计目的:
- 保证折弯后能够完全贴合
- 避免长度不足导致无法压平
- 提高加工稳定性
(7)弯曲件的工艺孔设计。
在设计 U 形弯曲件时,两弯曲边最好一样长,以免弯曲时产品偏移而产生废品,如果 因为结构设计不允许两边一样长,为保证产品在模具中准确定位,应预先在设计时添加工艺定位孔,特别是多次弯曲成型的零件,必须设计工艺孔为定位基准,以减少累计误差,保证产品质量。