加入收藏联系方式网站地图屹合科技主要生产:精密钣金、工作台大板、重型桁架、机械手等产品。欢迎洽谈选购!

屹合科技

20年专注精密钣金加工定制匠心打造 品质保证

15553611616

新闻中心
您的位置: 首页 > 新闻中心 > 行业资讯 >

钣金加工件结构设计

来源:屹合科技 发布日期:2020-10-05 14:44:01
引言
 
近来闲暇,总结、梳理了一下前几年从事钣金行业的所看到的文章和技术资料同大家分享也让自己再次学习一下,在昨天分享了钣金加工工艺的一些基础知识,今天来同大伙儿说道说道钣金件的结构设计。
 
序言
 
在一些小型钣金加工生产企业特别是作坊式的加工单位,其没有完善的设计与工艺部门,遇到新的、非常规钣金件在打样过程中经常产生加工工艺,零件加工困难等问题,不仅影响生产进度和交货,也影响产品的质量如:
 
1. 钣金零件的折弯,经常会发生折弯碰刀的情况;
 
2. 落料的外圆角、半圆凸台、异型孔的规格太多,以及一些不合理的形状设计,导致加工厂要多开很多不必要的落料模,大大增加模具的加工和管理成本;
 
3. 喷塑和丝印,也经常出现喷涂选择不合理导致废品率较高、无法丝印等问题;
 
4. 有些钣金零件的点焊完全可以适当增加定位,不增加成本也不影响美观,实际上大部分设计是靠生产的工装定位,不仅麻烦、效率低,精度也不好;
 
5. 很多可以避免焊接的钣金零件,往往设计成角焊的结构形式,焊接和打磨都非常麻烦,不仅效率较低,而且外观质量也经常得不到保证,等等。
 
长期以来,这些相同的问题不断地重复发生,无论对产品质量还是产品的生产和进度,都会产生不良的影响。
 
我写以下的内容就是为了方便做钣金设计人员在结构设计时更好地保证设计出的零件有较好的加工工艺性,统一结构要素,减少不必要的开模,加快加工进度,降低加工成本,提高产品质量。
 
一些资料的来源如下:
 
《焊接设计简明手册》  机械工业出版社
 
《焊接工艺人员手册》  上海科学技术出版社
 
《表面工程手册》 机械工业出版社
 
《机械设计手册》 化学工业出版社
 
《电子设备设计手册》 电子工业出版社
 
《 结构工艺基本设计手册》(试用稿)
 
《工艺结构设计手册》(数冲、激光、数折、非标螺母)
 
《钣金冲压工艺手册》国防工业出版社
 
《冷冲压及塑料成型工艺与模具设计》机械工业出版社
 
《机械零件设计手册》 冶金出版社
 
《五金手册》  机械工业出版社
 
有兴趣的朋友可以查阅这些书籍,在这里感谢中兴公司,我这里写的内容有不少是借鉴他们的结构设计手册。由于时间和实际经验有限,错误在所难免,恳请大家批评指正,
 
钣金零件设计工艺
 
一. 常用钣金加工材料介绍
 
了解材料的综合性能和正确的选材,对产品成本、产品性能、产品质量、加工工艺性都有重要的影响。
 
1.钣金材料的选材原则
 
1.1选用常见的金属材料,减少材料规格品种,在同一产品中,尽可能的减少材料的品种和板材厚度规格;
 
1.2在保证零件的功能的前提下,尽量选用性价适中的材料品种,并降低材料的消耗,降低材料成本;
 
1.3对于机柜和一些大的机箱,需要充分考虑降低整机的重量;
 
1.4除保证零件的功能的前提外,还必须考虑材料的冲压性能应满足加工艺要求,以保证制品的加工的合理性和质量。
 
2.几种常用的板材介绍
 
2.1钢板
 
2.1.1冷轧薄钢板
 
冷轧薄钢板是碳素结构钢冷轧板的简称,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。常用的牌号为低碳钢08F和10#钢,具有良好的落料、折弯性能。
 
2.1.2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。
 
2.1.3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0.25~2.5mm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710~920℃,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450~460℃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。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。
 
2.1.4覆铝锌板
 
覆铝锌板的铝锌合金镀层是由55%铝、43.4%锌与1.6%硅在600℃高温下固化而组成,形成致密的四元结晶体保护层,具有优良的耐腐蚀性,正常使用寿命可达25年,比镀锌板长3-6倍,与不锈钢相当。覆铝锌板的耐腐蚀性来自铝的障碍层保护功能,和锌的牺牲性保护功能。当锌在切边、刮痕及镀层擦伤部分作牺牲保护时,铝便形成不能溶解的氧化物层,发挥屏障保护功能。
 
上述2 、3 、4钢板统称为涂层钢板,在国内钣金行业广泛采用,涂层钢板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,也可以进行特殊磷化处理,提高切口耐锈蚀的能力。从成本分析看,采用连续电镀锌薄钢板,加工厂不必将零件送去电镀,节省电镀时间和运输出费用,另外零件喷涂前也不用酸洗,提高了加工效率。
 
2.2不锈钢板
 
因为具有较强的耐腐蚀能力、良好的导电性能、强度较高等优点,使用非常广泛,但也要充分考虑它的缺点:
 
1) 材料价格很较贵;
 
2) 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 ;
 
3) 不锈钢板的压铆螺母要采用高强度的特种不锈钢材料的压铆螺母,价格很贵;
 
4) 压铆螺母铆接不牢固经常需要再点焊;表面喷涂的附着力不高(特别是镜面板,如需喷涂需要对表面预先处理)、质量不宜控制;
 
5) 材料回弹较大折弯和冲压不易保证形状和尺寸精度。
 
6) 对于特种不锈钢板,焊接成本高,且焊接质量很难保证。如SUS316,不能连续焊接。
 
2.3铝和铝合金板
 
通常使用的铝和铝合金板主要有以下三种材料:防锈铝3A21、 防锈铝5A02和 硬铝2A06。
 
防锈铝3A21即为老牌号LF21,系AL—Mn合金,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即为老牌号LF2系AL—Mg防锈铝,与3A21相比,5A02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。
 
硬铝2A06为老牌号的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。
 
2.4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,一般用于电源上需要承载大电流的零件。
 
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,在满足导电要求的情况下,尽可能选用黄铜H62代替紫铜,可以大大降低材料成本,如汇流排,目前绝大部分汇流排的导电片都是采用黄铜H62,事实证明完全满足要求。
 
二.材料对钣金加工工艺的影响
 
钣金加工主要有:冲裁、折弯、拉伸、焊接、打磨(含抛光),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。
 
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,在冲裁后易产生撕裂现象,特别是宽度很小的情况下,容易产生撕裂。
 
2. 材料对折弯加工的影响
 
需要折弯成形的板材,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(QSn6.5~2.5)、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,这些都应该尽量避免。
 
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σs/σb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,ST16、SPCD。
 
4.材料对刚度的影响
 
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,结构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。

咨询热线

15553611616