(完整版)钣金件结构设计工艺手册.docx

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1、3139钣金件结构设计工艺手册1 第一章钣金零件设计工艺11.1钣金材料的选材11.1.1 钣金材料的选材原则11.1.2 几种常用的板材11.1.3 材料对钣金加工工艺的影响31.2冲孔和落料：51.2.1 冲孔和落料的常用方式51.2.2 冲孔落料的工艺性设计91.3钣金件的折弯131.3.1模具折弯：131.3.2折弯机折弯141.4钣金件上的螺母、螺钉的结构形式261.4.1铆接螺母261.4.2凸焊螺母291.4.3翻孔攻丝301.4.4 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较1.5钣金拉伸 321.5.1常见拉伸的形式和设计注意事项321.5.2打凸的工艺尺寸331.5.3局部沉

2、凹与压线331.5.4加强筋 341.6其它:丄艺351.6.1抽孔铆接351.6.2托克斯铆接361.7沉头的尺寸统一361.7.1螺钉沉头孔的尺寸361.7.2孔沉头铆钉的沉头孔的尺寸的统一361.7.3沉头螺钉连接的薄板的特别处理362 第二章金属切削件设计工艺372.1常用金属切削加工性能372.2零件的加工余量 382.2.1 零件毛坯的选择和加工余量382.2.2 工序间的加工余量382.3不同设备的切削特性、加工精度和粗糙度的选择2.3.1 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系2.3.2 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系39 2.4螺纹设计加工 402.4.1 普通螺纹

3、的加工方法 402.4.2 普通螺纹加工常用数据402.4.3 普通螺纹的标记412.4.4 普通螺纹公差带的选用及精度等级41245英制螺纹的尺寸系列422.5常见热处理选择和硬度选择。 422.5.1 结构钢零件热处理方法选择422.5.2 热处理对零件结构设计的一般要求432.5.3 硬度选择433 第三章压铸件设计工艺443.1压铸工艺成型原理及特点 443.2压铸件的设计要求 453.2.1 压铸件设计的形状结构要求453.2.2 压铸件设计的壁厚要求453.2.3 压铸件的加强筋/肋的设计要求453.2.4 压铸件的圆角设计要求453.2.5 压铸件设计的铸造斜度要求463.2.6

4、 压铸件的常用材料463.2.7 压铸模具的常用材料464第四章铝型材零件设计工艺463.3型材挤压加工的基本常识 463.3.1 铝型材的生产工艺流程463.3.2 常见型材挤压方法473.3.3 空心型材挤压模具简单介绍493.4铝型材常用材料及供货状态493.5铝型材零件的加工及表面处理513.5.1 铝合金型材零件的加工513.5.2 铝合金型材零件的表面处理514 第五章金属的焊接设计工艺534.1金属的可焊性 53534.1.1 不同金属材料之间焊接及其焊接性能4.1.2 同种金属的焊接性能 534.2点焊设计 554.2.1 接头型式554.2.2 点焊的典型结构554.2.3

5、点焊的排列554.2.4 钢板点焊直径以及焊点之间的距离 564.2.5 铝合金板材的点焊574.2.6 点焊的定位 574.3角焊584.4缝焊585 第六章塑料件设计工艺595.1塑胶件设计一般步骤595.2公司不同的产品系列推荐的材料种类。595.3塑胶件的表面处理605.4塑胶件的工艺技术要求.615.4.1 塑胶件零件的壁厚选择615.4.2 塑胶零件的脱模斜度 61543 塑胶零件的尺寸精度62544 塑胶的表面粗糙度.635.4.5 圆角 645.4.6 加强筋的问题645.4.7 支承面 645.4.8 斜顶与行位问题645.5塑胶的极限工艺问题的处理方法655.6塑胶零件常须

6、解决的问题。665.7塑胶件正在进入的领域。676 第七章表面处理工艺686.1金属镀覆686.1.1金属镀覆工艺范围686.1.2 电镀基础介绍686.1.3金属镀覆设计注意事项696.1.4几种常用零件电、化学处理推荐716.2表面喷涂 716.2.1 喷涂基础介绍 716.2.2 表面效果选择原则726.2.3 喷粉、喷漆设计注意事项726.3表面丝印 746.3.1 丝网印刷原理：746.3.2 丝网印刷的主要特点：746.3.3 丝印设计注意事项756.4移印介绍 757 第八章 结构图纸零部件的分级和代码申请767.1零部件分级和代码申请的基本原则767.2单板整件图纸的分级方法7

7、67.3插箱整件图纸的分级方法和代码申请方法7.4整机配置（含机柜）的图纸的分级方法80第一章钣金零件设计工艺钣金材料的选材钣金材料是通信产品结构设计中最常用的材料，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。钣金材料的选材原则选用常见的金属材料，减少材料规格品种，尽可能控制在公司材料手册范围内；在同一产品中，尽可能的减少材料的品种和板材厚度规格；在保证零件的功能的前提下，尽量选用廉价的材料品种，并降低材料的消耗，降低材料 成本；对于机柜和一些大的插箱，需要充分考虑降低整机的重量；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

8、，以保证制 品的加工的合理性和质量。几种常用的板材介绍钢板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）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。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

9、，是厚度0.252.5mm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710920C,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450460 C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。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600C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

10、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，在国内通讯设备上广泛采用，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。5）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

11、它的缺点：材料价格很贵，是普通镀锌板的4倍；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；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；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、质量 不宜控制；材料回弹较大折弯和冲压不易保证形状和尺寸精度。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

12、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。铝合金的牌号和状态已经有新的标准

13、，牌号表示方法的标准代号为GB/T16474-1996，状态代号GB/T16475 1996，与老标准的对照表如下表 1-1所示：表1-1铝合金新旧牌号对照表牌号状态新旧新旧新旧新旧新旧1070AL15A06LF62A80LD82A14LD10H12R1060L25A12LF122A90LD92A50LD5OM1050AL38A06L64A11LD116A02LD2T4CZ1035L43A21LF216063LD317A04LC4T5RCS1200L52A02LY26061LD307A09LC9T6CS5A02LF22A06LY62A11LY115A03LF32A16LY162A12LY125

14、A05LF52A70LD72A13LY13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

15、，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。材料对钣金加工工艺的影响钣金加工主要有三种：冲裁、弯曲、拉伸，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。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。材料对弯曲加工的影响

16、需要弯曲成形的板材，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v 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（QSn6.52.5）、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

17、避免。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（7 S/ bb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、08AI , ST16、SPCD。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

18、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，不同材料的弹性模量和剪切模量参见表1-2。表1-2常见材料的弹性模量和剪切模量名称弹性模量EGPa切变模量GGPa名称弹性模量EGPa切变模量GGPa灰铸铁11812644.3轧制锌8231.4球墨铸铁173铅166.8碳钢、镍铬钢20679.4玻璃551.96铸钢202有机玻璃2.3529.4轧制

19、纯铜10839.2橡胶0.0078冷拔纯铜12748电木1.962.940.692.06轧制磷锡青铜11341.2夹布酚醛塑料3.958.83冷拔黄铜899734.336.3赛璐珞1.711.890.690.98轧制锰青铜10839.2尼龙10101.07轧制铝6825.526.5硬四氯乙烯3.143.92拔制铝线69聚四氯乙烯1.141.42铸铝青铜10311.1低压聚乙烯0.540.75铸锡青铜103高压聚乙烯0.1470.24硬铝合金7026.5混凝土13.7339.24.915.69常用板材的性能比较表1-3几种常用板材的性能比较材料价格系数搭接 电阻（m Q）数控冲 床加工 性能激光

20、加工性能折弯性能涨铆 螺母 工艺 性压铆 螺母 工艺 性表面喷涂切口防护 性能。冷軋钢板鍍藍鋅1.0好好好好好一般较好冷軋钢板鍍彩鋅1.227好好好好好一般好连续电镀锌钢板1.726好 V好好好好寸一般最差热镀锌钢板1.326好好好好好一般较差覆铝锌板1.423好好好好好一般差不銹钢6.560差好一般差很差差好防锈鋁板2.946-般十极差好好好j一般好硬铝、超硬铝板3.046-般极差极差好好一般好T2铜板5.6好极差好好好一般好黄铜板5.0好极差好好好一般好注：1，表中的数据与材料具体的牌号和厂家均有关系，仅作为定性参考之用。2，铝合金、铜合金板材在激光切割上加工性极差，一般不能采用激光加工。

21、 冲孔和落料：冲孔和落料的常用方式数控冲冲孔和落料：数控冲冲孔和落料，就是利用在数控冲床上的单片机预先输入对钣金零件的加工程序（尺寸，加工路径，加工工具等等信息），使数控冲床采用各种刀具，通过丰富的 NC指令可以实现各种各样的冲孔、切边、成形等形式的加工。数控冲一般不能实现形状太复杂的冲孔和落 料。特点：速度快，省模具。加工灵活，方便。基本上能够满足样品下料生产中的需要。注意的问题及要求：薄材（t 1.3t 1.2t 1t低碳钢及黄铜 1t 0.8t 0.8t铝、锌 0.8t 0.6t 0.6t布质胶木层压板 0.4t 0.35t 0.3t冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其值见

22、图1-10 :图1? 10冲裁件的孔与孔、孔与边缘之间的距离考虑到模具的冲压加工中，采用复合模加工的孔与外形、孔与孔之间的精度较易保证， 加工效率较高，而且模具的的维修成本，维修方便，考虑到以上原因，孔与孔之间，孔与外 形之间的距离如果能满足复合模的最小壁厚要求，工艺性更好，如图1-11所示：rq p2D3D4图1? 11冲裁件的搭边要求表1-6复合模加工冲裁件的搭边最小尺寸t （0.8以下）t (0.81.59)t (1.593.18)t (3.2以上)D13mm2tD23mm2tD31.6mm2t2.5tD41.6mm2t2.5t如图1-12所示，先冲孔后折弯，为保证孔不变形，孔与弯边的最

23、小距离X 2t+R图1? 12孔与弯边的最小距离在拉深零件上冲孔时，见图1-13，为了保证孔的形状及位置精度以及模具的强度，其孔壁与零件直壁之间应保持一定距离，即其距离a1及a2应满足下列要求:a1 R1+0,a2 R2+0.5t.式中R1 , R2 圆角半径；t板料厚度。al5/J /1 7 a2图1? 13在拉深件上冲孔 冲裁件的加工精度图1? 14 冲裁件孔中心距的公差图1-14冲裁件孔中心距的公差：表1-7孔中心距的公差表单位：mm材料厚度普通冲孔精度高级冲孔精度公称尺寸r l公称尺寸-L50501501503005050 1501503001).10.15).200.030.05).

24、0812).120.20).300.040.06).1024).150.25).350.060.08).1246).200.30).400.080.10).15注：使用本表数值时所有孔应是一次冲出的。 图1-15孔中心距与边缘距离公差：Al图1? 15 孔中心与边缘距离的公差冲压件设计尺寸基准的选择原则1）冲压件的设计尺寸基准尽可能与制造的定位基准相重合，这样可以避免尺寸的制造误。2） 冲压件的孔位尺寸基准，应尽可能选择在冲压过程中自始至终不参加变形的面或线上, 且不要与参加变形的部位联系起来。3）对于采用多工序在不同模具上分散冲压的零件，要尽可能采用同一个定位基准。表1-8 孔中心与边缘距离

25、的公差表材料厚度尺寸b 505012。22。40.4).5).81.。注：本表适应于落料后才进行冲孔的情况。二次切割二次切割也叫二次下料，或者补割（工艺性极差，设计时应尽量避免）。二次切割就是拉伸特征对材料有挤料变形现象、折弯变形较大时，加大落料，先成型，再补割孔或外形轮廓， 以达到去除预留材料，获得完整正确结构尺寸。应用：拉伸凸台离边缘较近等，都必须补割。以沉孔为例说明，如图1-16所示。i.冲孔厶压沉孔图1? 16 二次切割钣金件的折弯钣金的折弯，是指改变板材或板件角度的加工。如将板材弯成V形，U形等。一般情况下，钣金折弯有两种方法：一种方法是模具折弯，用于结构比较复杂，体积较小、大批量加

26、工 的钣金结构；另一种是折弯机折弯，用于加工结构尺寸比较大的或产量不是太大的钣金结构。 目前公司产品的折弯主要采用折弯机加工。这两种折弯方式有各自的原理，特点以及适用性。模具折弯：对于年加工量在5000件以上，零件尺寸不是太大的结构件（一般情况为 300X300 ）,加工 厂家一般考虑开冲压模具加工。常用折弯模具常用折弯模具，如图1-17所示：为了延长模具的寿命，零件设计时，尽可能采用圆角。图1-17专用的成形模具L3t （包括壁厚）。过小的弯边高度，即使用折弯模具也不利于成形，一般弯边高度台阶的加工处理办法一些高度较低的钣金 Z形台阶折弯，加工厂家往往采用简易模具在冲床或者油压机上加 工，批

27、量不大也可在折弯机上用段差模加工，如图1-18所示。但是，其高度 H不能太高，一般应该在（01.0） t ，如果高度为（1.04.0） t，要根据实际情况考虑使用加卸料结构的模 具形式。这种模具台阶高度可以通过加垫片进行调整，所以，高度H是任意调节的，但是，也有一个缺点，就是长度L尺寸不易保证，竖边的垂直度不易保证。如果高度H尺寸很大,就要考虑在折弯机上折弯。折弯后图1-18 Z形台阶折弯 折弯机折弯折弯机分普通折弯机和数控折弯机两种。由于精度要求较高，折弯形状不规则，通信设备的钣金折弯一般用数控折弯机折弯，其基本原理就是利用折弯机的折弯刀（上模）、V形槽（下模），对钣金件进行折弯和成形。优点

28、：装夹方便，定位准确，加工速度快；缺点:压力小，只能加工简单的成形，效率较低。成形基本原理成形基本原理如图1-19所示：浙鸯完成图1-19成形基本原理折弯刀（上模）折弯刀的形式如图1-20所示，加工时主要是根据工件的形状需要选用，一般加工厂家的折弯刀形状较多，特别是专业化程度很高的厂家，为了加工各种复杂的折弯，定做很多形状、 规格的折弯刀。下模一般用V=6t（ t为料厚）模。影响折弯加工的因素有许多，主要有上模圆弧半径、材质、料厚、下模强度、下模的模口尺 寸等因素。为满足产品的需求，在保证折弯机使用安全的情况下，厂家已经把折弯刀模系列 化了，我们在结构设计过程中需对现有折弯刀模有个大致的了解。

29、见图1-20左边为上模，右折弯加工顺序的基本原则：由内到外进行折弯；由小到大进行折弯；先折弯特殊形状，再折弯一般形状； 前工序成型后对后继工序不产生影响或干涉。目前的外协厂见到的折弯形式一般都是如图1-21所示。可折參种角度图1-21折弯机折弯形式折弯半径钣金折弯时，在折弯处需有折弯半径，折弯半径不宜过大或过小，应适当选择。折弯半径太小容易造成折弯处开裂，折弯半径太大又使折弯易反弹。各种材料不同厚度的优选折弯半径(折弯内半径)见下表 1-9 表1-9 最小弯曲半径数值(mm)材料退火状态冷作硬化状态弯曲线方向与纤维方向的对应位置垂直平行垂直平行08、10、0.1t0.4 t0.4 t0.8 t

30、15、20、0.1 t0.5 t0.5 t1.0 t25、30、0.2 t0.6 t0.6 t1.2 t45、500.5 t1.0 t1.0 t1.7 t65Mn1.0 t2.0 t2.0 t3.0 t铝0.1 t0.35 t0.5 t1.0 t紫铜0.1 t0.35 t1.0 t2.0 t软黄铜0.1 t0.35 t0.35 t0.8 t半硬黄铜0.1 t0.35 t0.5 t1.2 t磷青铜1.0 t3.0 t注：表中t为板料厚度。上表中的数据为优选的数据，仅供参考之用。实际上，厂家的折弯刀的圆角通常都是0.3,少量的折弯刀的圆角为 0.5,所以，我们的钣金件的折弯内圆角基本上都是0.2。对于普通的低碳钢钢板、防锈铝板、黄铜板、紫铜板等，内圆角 0.2都是没有问题的，但对于一些高碳钢、 硬铝、超硬铝，这种折弯圆角就会导致折弯断裂，或者外圆角开裂。折弯回弹压紧状态回弹状态图1-22折弯回弹示意图1) 回弹角=b式中 b回弹后制件的实际角度；a模具的角度。2) 回弹角的大小单角90 o自由弯曲时的回弹角见表 1-10。表1-10单角90度自由弯曲时的回弹角材料r/t材料厚度t(mm)2低碳钢黄铜56o4o2o铝、锌中碳钢d b=400500MPa硬黄铜d b=350400MPa硬青铜d b=3504