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我們經(jīng)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(jù)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(guò)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(guò)將五金原材料熔化成液態(tài)用模具鑄造而成。 一般認(rèn)為，凡是厚度均勻的片材類金屬材料統(tǒng)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。 本文主要來(lái)分析一下鈑金類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原則。
鈑金特性與工藝要求
以上動(dòng)圖為沖壓 鈑金就是厚度均勻的材料，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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。 鈑金件產(chǎn)品是由片材加工而成的，在沒(méi)有加工之前，原材料是平整的，所以，在設(shè)計(jì)鈑金件時(shí)，所有折彎及斜面都要能展開(kāi)在同一個(gè)平面上，相互之間不能有干涉。例如，圖1所示的鈑金件設(shè)計(jì)不合格，原因就是展開(kāi)后相互干涉。 
圖1 鈑金件展平后會(huì)相互干涉圖 3.適當(dāng)?shù)剡x用板金件厚度原則 鈑金件厚度從0.03?4.00mm各種規(guī)格都有，但厚度越大越難加工，就越需要大的加工設(shè)備，不良率也隨之增加。厚度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際的功能來(lái)選擇，在滿足強(qiáng)度及功能的前提下，越薄越好，對(duì)于大部分產(chǎn)品，鈑金件厚度應(yīng)控制在1.00mm以下。 鈑金件產(chǎn)品要符合加工工藝，要易于制造，不符合加工工藝的產(chǎn)品是制造不出來(lái)的，就是不合格的設(shè)計(jì)。 鈑金類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝要求 鈑金 - 工藝性：產(chǎn)品在各種加工過(guò)程中如沖切、折彎等的難易程度
- 工藝要求：設(shè)計(jì)鈑金類產(chǎn)品時(shí)應(yīng)符合這些工藝性。
精密沖切：需要精密的沖切模具及高精度的沖切設(shè)備，成本要高于普通沖切，一般應(yīng)用于比較精密的產(chǎn)品。1.沖切件的外形盡量簡(jiǎn)單，避免細(xì)長(zhǎng)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(yīng)不小于1.5/t(t為料厚），同時(shí)應(yīng)該避免窄長(zhǎng)的切口與過(guò)窄的切槽，以便增大模具相應(yīng)部位的刃口強(qiáng)度，如圖2所示。 2.沖切件外形盡量使排樣時(shí)廢料最少，從而減少原料的浪費(fèi)將圖3所示的設(shè)計(jì)改進(jìn)成圖4所示的設(shè)計(jì)，就會(huì)以相同的原料增加產(chǎn)品數(shù)量，從而減少浪費(fèi)，降低成本。3.沖切件的外形及內(nèi)孔應(yīng)避免尖角尖角會(huì)影響模具的壽命，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要注意在角落連接處倒圓角過(guò)渡，圓角半徑R≥ 0.5t (t為料厚），如圖5所示。沖切件的孔優(yōu)先選用圓孔，沖孔時(shí)，受到?jīng)_頭強(qiáng)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(jī)械性能和材料厚度有關(guān)，表1是常用材料最小的沖孔尺寸，t為鈑金材料厚度。- 沖孔最小尺寸設(shè)計(jì)時(shí)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。
鈑金件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)孔與孔之間、孔與邊距之間應(yīng)有足夠的料件，以免沖壓時(shí)破裂。如圖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。6.折彎件及拉深件沖孔時(shí)，其孔壁與直壁之間應(yīng)保持一定的距離在拉伸產(chǎn)品上沖孔時(shí)，為保證孔的形狀及位置精度，也為了保證模具的強(qiáng)度，其孔壁與直壁之間應(yīng)保持一定的距離，如圖7所示。7.鈑金件在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免缺口尖角的設(shè)計(jì)缺口尖角會(huì)造成模具沖頭尖利，容易損壞沖頭，在產(chǎn)品的缺口尖角處也容易產(chǎn)生裂縫。圖8(a)所示產(chǎn)品有尖角，圖8(b)所示是倒了圓角后的尖角，t為鈑金材料厚度。- 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(fù)雜、尺寸較小、產(chǎn)量多的鈑金產(chǎn)品。
- 折彎?rùn)C(jī)折彎：一般用于產(chǎn)品外形尺寸較大、小批量生產(chǎn)的鈑金產(chǎn)品。
材料彎曲時(shí)，在圓角區(qū)上，外層受到拉伸，內(nèi)層則受到壓縮。當(dāng)材料厚度一定時(shí)，內(nèi)層圓角越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴(yán)重；當(dāng)外層圓角的拉伸應(yīng)力超過(guò)材料的極限強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫和折斷；如果彎曲圓角過(guò)大，則會(huì)受到材料回彈的影響，產(chǎn)品的精度及形狀 得不到保證。設(shè)計(jì)折彎件最小的彎曲半徑可參考表2。彎曲件的直邊高度不能太小，否則很難達(dá)到產(chǎn)品的精度要求。一般情況下，最小直邊高度按圖9所示要求來(lái)設(shè)計(jì)。 如果彎曲件直邊高度因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要而小于最小直邊高度設(shè)計(jì)時(shí)，可以在彎曲變形區(qū)內(nèi)加工淺槽后再進(jìn)行折彎，如圖10所示。這種方式的缺點(diǎn)就是降低了產(chǎn)品強(qiáng)度，如果鈑金材料太薄也不適用。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(shè)計(jì)參照沖切件的要求；先沖孔后折彎應(yīng)讓孔處于折彎的變形區(qū)外，不然會(huì)造成孔的變形及開(kāi)孔處易裂，其基本設(shè)計(jì)要求如圖11所示。4.鄰近邊折彎時(shí)，應(yīng)與圓角保持一定的距離在靠近折彎圓角邊的鄰近邊折彎時(shí)，折彎邊應(yīng)與圓角保持一定的距離，如圖12所示，距離L≥0.5t，其中t是鈑金厚度。如果一條邊只有一部分折彎，為了防止裂開(kāi)及畸形，應(yīng)設(shè)計(jì)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13所示。 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(zhǎng)度與材料的厚度有關(guān)，一般死邊最小長(zhǎng)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(nèi)折彎半徑，如圖14所示。圖14 打死邊的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)U形彎曲件時(shí)，兩彎曲邊最好一樣長(zhǎng)，以免彎曲時(shí)產(chǎn)品偏移而產(chǎn)生廢品，如果因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不允許兩邊一樣長(zhǎng)，為保證產(chǎn)品在模具中準(zhǔn)確定位，應(yīng)預(yù)先在設(shè)計(jì)時(shí)添加工藝定位孔，特別是多次彎曲成型的零件，必須設(shè)計(jì)工藝孔為定位基準(zhǔn)，以減少累計(jì)誤差，保證產(chǎn)品質(zhì)量，如圖15所示。鈑金件拉伸：將鈑金件拉深成四周有側(cè)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。 2.鈑金件拉伸注意事項(xiàng) （1）拉伸件的底與壁之間的最小圓角半徑應(yīng)大于板厚，即r1>t；為了使拉伸進(jìn)行得更順利，一般取r1=(3～5)t，最大圓角半徑應(yīng)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(yīng)大于板厚的2倍，即r2>2t；為了使拉伸進(jìn)行得更順利，一般取r2=5t，最大圓角半徑應(yīng)小于板厚的8倍，即r1<8t。（例如圖16）圖16 圓形無(wú)凸緣拉深件一次成型時(shí)高度與直徑的尺寸關(guān)系（3）矩形拉伸件相鄰兩壁間的最小圓角半徑應(yīng)取r3≥3t，為了減少拉伸次數(shù)，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(yīng)力不同，使拉伸后，材料厚度發(fā)生變化。一般，底部中央保持原來(lái)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(shè)計(jì)拉伸產(chǎn)品時(shí)，在圖紙上明確注明必須保證外部尺寸或內(nèi)外部尺寸，不能同時(shí)標(biāo)注內(nèi)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(guī)律（即上厚下薄）。圓形無(wú)凸緣拉伸件一次成形時(shí)，高度H和直徑D之比應(yīng)小于或等于0.4。 總的來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)拉伸件時(shí)注意拉伸件形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，外形上盡量對(duì)稱，拉伸深度不宜太大。
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