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钣金结构


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概述

  薄板指板厚和其长宽相比小得多的钢板。它的横向抗弯能力差,不宜用于受横向弯曲载荷作用的场合。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,所以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:它包括剪切和冲裁。(2)成形:它包括弯曲、折叠、卷边和深拉。(3)连接:它包括焊接、粘接等。薄板构件的结构设计主要应考虑加工工艺的要求和特点。此外,要注意构件的批量大小。

  薄板构件之所以被广泛采用是因为薄板有下列优点:

  (1)易变形,这样可用简单的加工工艺制造多种形式的构件。

  (2)薄板构件重量轻。

  (3)加工量小,由于薄板表面质量高,厚度方向尺寸公差小,板面不需加工。

  (4)易于裁剪、焊接,可制造大而复杂的构件。

  (5)形状规范,便于自动加工。

结构设计准则

  在设计产品零件时,必须考虑到容易制造的问题。尽量想一些方法既能使加工容易,又能使材料节约,还能使强度增加,又不出废品。为此设计人员应该注意以下制造方面事项。

  钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的工艺应保证材料消耗少,工序数目少,模具结构简单,使用寿命高,产品质量稳定。在一般情况下,对钣金件工艺性影响最大的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。

  如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺的要求和特点,这里推荐几条设计准则。

简单形状准则

  切割面几何形状越简单,切割下料越方便、简单、切割的路径越短,切割量也越小。如直线比曲线简单,圆比椭圆及其它高阶曲线简单,规则图形比不规则图形简单(见图1)。

节省原料准则(冲切件的构型准则)

  节省原材料意味着减少制造成本。零碎的下角料常作废料处理,因此在薄板构件的设计中,要尽量减少下脚料。冲切弃料最少以减少料的浪费。特别在批量大的构件下料时效果显著,减少下角料的途径有:

  (1)减少相邻两构件之间的距离。

  (2)巧妙排列。

  (3)将大平面处的材料取出用于更小的构件(见图5)。

足够强度刚度准则

  ⑴、带斜边的折弯边应避开变形区

  ⑵.两孔之间的距离若太小,则在切割时有产生裂纹的可能。

  ⑶.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重。

可靠冲裁准则

  因为这要求准确地确定刀具和工件之间的相对位置。准确测量定位不仅费时,更重要的是,刀具由可磨损和安装的误差,精度通常达不到这么高的要求。这样的结构一旦加工稍有偏差,质量很难保证,且切割外观差。所以应采用图b所示的结构,它可保证可靠的冲裁加工质量。

避免粘刀准则(穿破件的构型准则)

  在构件中间冲裁切割时会出现刀具和构件粘接交紧的问题。解决的办法:(1)留有一定的坡度;(2)切割面连通

弯曲棱边垂直切割面准则

  薄板在切割加工以后,一般还要进一步进行成形加工,比如弯曲。弯曲棱边应垂直于切割面,否则交汇处产生裂纹的危险升高。若因其它限制垂直要求不能满足时,应在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个圆角,其半径大于板厚的两倍。

平缓弯曲准则

  陡峭的弯曲需特殊的工具,且成本高。此外,过小的弯曲半径易产生裂纹,在内侧面上还会出现皱折

避免小圆形卷边准则

  薄板构件的棱边常用卷边结构,这有多项好处。(1)加强了刚度;(2)避免了锋利的棱边;(3)美观。但卷边应注意两点,一是半径应大于1.5倍的板厚;二是不要完全的圆形,这样加工起来困难。

槽边不弯曲准则

  弯曲棱边和槽孔棱边要相距一定的距离,推荐值是弯曲半径加上2倍的壁厚。弯曲区受力状态复杂,且强度较低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。既可以将整个槽孔远离弯曲棱边,也可以让槽孔横跨整个弯曲棱边。

复杂结构组合制造准则

  空间结构过于复杂的构件,完全靠弯曲成形比较困难。因此尽量将结构设计得简单一些,在非复杂不可的情况下,可用组合构件,即将多个简单的薄板构件用焊接,螺栓连接等方式组合在一起。

避免直线贯通准则

  薄板结构有横向弯曲刚度较差的缺点。大平板结构易屈曲失稳。进一步还会弯曲断裂。通常用压槽来提高其刚度。压槽的排列方式对提高刚度的效果影响很大,压槽排列基本原则是避免无压槽区域直线贯通。贯通的低刚度窄带易成为整个板面屈曲失稳的惯性轴。失稳总要围绕一个惯性轴,因此,压槽的排列要切断这种惯性轴,使它越短越好。

压槽连通排列准则

  压槽的终点疲劳强度低是薄弱环节,如果压槽连通,其部分终点将消灭。

局部松驰准则

  薄板上局部变形受到严重阻碍时会出现皱折。解决的办法是在皱折附近设置几个小的压槽,这样减低局部刚度,减少变形阻碍。

冲裁件的构型准则

  ⑴.最小冲孔直径或方孔的最小边长

  冲孔时,应受到冲头强度的限制,冲孔的尺寸不能太小,否则容易损坏冲头。最* t为材料厚度,冲孔最小尺寸一般不小于0.3mm。

  ⑵.冲切缺口原则

  冲切缺口应尽量避免尖角,如a图所示。尖角形式容易减短模具使用寿命,且尖角处容易产生裂纹。R≥0.5t(t─材料厚度)