钣金设计手册

钣金设计手册 1 / 60 1 前言

薄板指板厚和其长宽对比小得多的钢板。 它的横向抗弯能力差， 不宜用于受横向

曲折载荷作用的场合。 薄板就其资料而言是金属， 但因其特别的几何形状厚度很

小，所以薄板构件的加工工艺有其特别性。和薄板构件有关的加工工艺有三类：

(1) 下料：它包含剪切和冲裁。 (2) 成形：它包含曲折、 折叠、卷边和深拉。(3)

连结：它包含焊接、 粘接等。 薄板构件的构造设计主要应试虑加工工艺的要乞降

特色。别的，要注意构件的批量大小。

薄板构件之所以被宽泛采纳是因为薄板有以下长处：

(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，因为薄板表面质量高，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。

2 构造设计准则

在设计产品部件时， 一定考虑到简单制造的问题。 尽量想一些方法既能使加工容

易，又能使资料节俭，还可以使强度增添，又不出废品。为此设计人员应当注意以

下制造方面事项。

钣金件的工艺性是指部件在冲切、 曲折、 拉伸加工中的难易程度。 优秀的工艺应

保证资料耗费少，工序数量少，模具构造简单，使用寿命高，产质量量稳固。在

一般状况下， 对钣金件工艺性影响最大的是资料的性能、 部件的几何形状、 尺寸

和精度要求。

怎样在薄板构件构造设计时充足考虑加工工艺的要乞降特色， 这里介绍几条设计

准则。

2.1 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， 圆比椭圆及其他高阶曲线简单， 规则图形比不规则图形

简单( 见图 1) 。 钣金设计手册

2 / 60 (a) 不合理构造 (b) 改良构造钣金设计手册 1 / 60 图 1

图 2a 的构造只有在批量大时方存心义，不然冲裁时，切割麻烦，所以，小批量

生产时，宜用图 b 所示构造。

(a) 不合理构造 (b) 改良构造

图 2

节俭原料准则（冲切件的构型准则）

节俭原资料意味着减少制造成本。 琐碎的下角料常作废料办理， 所以在薄板构件

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

构件下料时成效明显，减少下角料的门路有：

(1) 减少相邻两构件之间的距离 ( 见图 3) 。

(a) 不合理构造 (b) 改良构造

图 3

(2) 奇妙摆列( 见图 4) 。

(a) 不合理构造 (b) 改良构造

图 4

(3) 将大平面处的资料拿出用于更小的构件 ( 见图 5) 。钣金设计手册 1 / 60 (a) 不合理构造 (b) 改良构造

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。

部件上冲孔设计应试虑留有适合的孔边距和孔间距免得冲裂。 部件的冲孔边沿离

外形的最小距离随部件与孔的形状不一样有必定的限制。 当冲孔边沿与部件外形边

缘不平行时，该最小距离应不小于资料厚度 t ；平行时，应不小于 。最小

孔边距和孔间距见表。

模具制作上以圆孔最牢固好制造维修，唯开孔率较低。

以正方形孔开孔率最高，但因是 90 度角，角边简单磨损倒塌 , 造成要修模而停

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牢固但开孔率在

边沿比正方形孔差一点。钣金设计手册 1 / 60 ⑶.修长的板条刚度低，也易在剪裁时产生裂纹，特别是对刀具的磨损严重。

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 1.5t(t为料

厚) ，同时应当防止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

强度。见图。

对一般钢A≥ 1.5t ；对合金钢A≥ 2t ；对黄铜、铝A≥ 1.2t ；t — 资料厚度。

2.4 靠谱冲裁准则

图9a 所示的半圆切线构造冲裁加工很难。因为这要求正确地确立刀具和工件之

间的相对地点。 正确丈量定位不单费时， 更重要的是， 刀具由可磨损和安装的误

差，精度往常达不到这么高的要求。这样的构造一旦加工稍有偏差，质量很难保

证，且切割外观差。 所以应采纳图b 所示的构造， 它可保证靠谱的冲裁加工质量。

(a) 不合理构造 (b) 改良构造

图9

2.5 防止粘刀准则( 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。解决的方法： (1) 留

有必定的坡度； (2) 切割面连通 (见图10 和图11) 。

(a) 不合理构造 (b) 改良构造 (a) 不合理构造 钣金设计手册

2 / 60 (b) 改良构造钣金设计手册 1 / 60 图 10 图 11

当搭接在一道工序顶用冲切法制成 90° 的弯边时， 选材要注意材质不宜太硬， 否

则易在直角弯折处破碎。应在弯边地点设计工艺切口，防备折角处破碎。

曲折棱边垂直切割面准则

薄板在切割加工此后， 一般还要进一步进行成形加工， 比方曲折。 曲折棱边应垂

直于切割面， 不然交汇处产生裂纹的危险高升。 若因其他限制垂直要求不可以知足

时，应在切割面和曲折棱边交汇处设计一个圆角，其半径大于板厚的两倍。

缓和曲折准则

峻峭的曲折需特别的工具，且成本高。别的，过小的曲折半径易产生裂纹，在内

侧面上还会出现皱折 ( 见图 16、图 17) 。

(a) 不合理构造 (b) 改良构造

图 16

(a) 不合理构造 (b) 改良构造

图 17

防止小圆形卷边准则钣金设计手册 1 / 60 薄板构件的棱边常用卷边构造 , 这有多项利处。 (1) 增强了刚度 ;(2) 防止了尖利

的棱边;(3) 雅观。但卷边应注意两点 , 一是半径应大于 倍的板厚 ; 二是不要

完整的圆形 , 这样加工起来困难 , 图18b 所示的卷边比各自 a 所示的卷边易加工。

（a）不合理构造 （b）改良构造

图 18

槽边不曲折准则

曲折棱边和槽孔棱边要相距必定的距离 , 介绍值是曲折半径加上 2 倍的壁厚。弯

曲区受力状态复杂 , 且强度较低。出缺口效应的槽孔也应清除在这个地区之外。

既能够将整个槽孔远离曲折棱边 , 也能够让槽孔横跨整个曲折棱边 ( 见图 19) 。

（a）不合理构造 （b）改良构造

图 19

复杂构造组合制造准则

空间构造过于复杂的构件 , 完整靠曲折成形比较困难。所以尽量将构造设计得简

单调些, 在非复杂不行的状况下 , 可用组合构件 , 马上多个简单的薄板构件用焊

接, 螺栓连结等方式组合在一同。图 20b 的构造比其图 20a 的构造易加工。

（a）不合理构造 （b）改良构造钣金设计手册 1 / 60 图 20

防止直线贯穿准则

薄板构造有横向曲折刚度较差的弊端。 大平板构造易屈曲失稳。 进一步还会曲折

断裂。往常用压槽来提升其刚度。压槽的摆列方式对提升刚度的成效影响很大 ,

压槽摆列基来源则是防止无压槽地区直线贯穿。 贯穿的低刚度窄带易成为整个板

面屈曲失稳的惯性轴。失稳总要环绕一个惯性轴 , 所以, 压槽的摆列要切断这种

惯性轴, 使它越短越好。图 21a 所示的构造 , 无压槽地区形成多条贯穿的窄条。

环绕这些轴 , 整个板的曲折刚度没有改良。 图 21b 所示构造没有潜伏的连通失稳

惯性轴, 图 22 列出了常有的压槽形状和摆列方式 , 从左到右刚度增强成效渐渐

加大, 不规则摆列是防止直线贯穿的有效方法。

（a）不合理构造 （b）改良构造

图 21

图 22

压槽连通摆列准则

压槽的终点疲惫强度低是单薄环节 , 假如压槽连通 , 其部分终点将消灭。 图 23 是

一个卡车上的电瓶箱 , 它受动载作用 , 图 23a 构造在压槽端都产生了疲惫破坏。 钣金设计手册

2 / 60 而图 23b 构造就不存在这一问题。 峻峭的压槽端面应防止 , 可能的状况下压槽延钣金设计手册 1 / 60 至界限( 见图 24) 。压槽的贯穿除去了单薄的端部。但压槽的交汇处要有足够大

的空间, 使得各压槽之间的互相影响减少 ( 见图 25) 。

（a）不合理构造 （b）改良构造

图 23

（a）不合理构造 （b）改良构造

图 24

（a）不合理构造 （b）改良构造

图 25

空间压槽准则

空间构造的失稳不仅限于某一方面 , 所以, 只在一个平面上设置压槽不可以达到提

高整个构造抗失稳能力的成效。比如图 26 所示的 U 型和 Z 型构造, 它们的失稳

会发生在棱边邻近。解决这个问题的方法是将压槽设计成空间的 ( 见图 26b 结

构。)

（a）不合理构造 （b）改良构造钣金设计手册 1 / 60 图26

2.14 局部松驰准则

薄板上局部变形遇到严重阻挡时会出现皱折。 解决的方法是在皱折邻近设置几个

小的压槽 ,这样减低局部刚度 , 减少变形阻挡 (见图28) 。

（a）不合理构造 （b）改良构造

图28

2.15 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，应遇到冲头强度的限制，冲孔的尺寸不可以太小，不然简单破坏冲头。最

小冲孔直径及最小边长见表。

* t为资料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于 。

⑵. 冲切缺口原则

冲切缺口应尽量防止尖角， 如 a图所示。 尖角形式简单减短模具使用寿命， 且尖

角处简单产生裂纹。应改为如 b图所示。

R≥ 0.5t(t ─资料厚度 )

a图b 图

冲裁件的外形及内孔应防止尖角。 在直线或曲线的连结处要有圆弧连结，圆弧半

径 R≥ 0.5t 。（t为资料壁厚）