kb体育钣金结构设计工艺手册 1.1 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 重要的影响。 1.1.1 钣金材料的选材原则 1） 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； 2） 在同一产品中，尽可能的减少材料的品种和板材厚度规 格； 3） 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； 4） 对于机柜和一些大的插箱，需要充分考虑降低整机的重 量； 5） 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。 1.1.2 几种常用的板材介绍 1.1.2.1 钢板 1）冷轧薄钢板 1 冷轧薄钢板是碳素结构钢冷轧板的 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 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 H 、N 混合气体的 2 2 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。 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 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 2 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 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：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。 1.1.2.2 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 3 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 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，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 状 牌 号 态 新 旧 新 旧 新 旧 新 旧 新 旧 10 L 5 L 2 L 2 L H1 R 4 70A 1 A06 F6 A80 D8 A14 D10 2 10 L 5 L 2 L 2 L O M 60 2 A12 F12 A90 D9 A50 D5 10 L 8 L 4 L 6 L T4 CZ 50A 3 A06 6 A11 D11 A02 D2 10 L 3 L 6 L 7 L RC T5 35 4 A21 F21 063 D31 A04 C4 S 12 L 2 L 6 L 7 L T6 CS 00 5 A02 Y2 061 D30 A09 C9 5 L 2 L 2 L A02 F2 A06 Y6 A11 Y11 5 L 2 L 2 L A03 F3 A16 Y16 A12 Y12 5 L 2 L 2 L A05 F5 A70 D7 A13 Y13 1.1.2.3 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 5 于电源上需要承载大电流的零件。 黄铜 H62，属高锌黄铜，具 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 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。 1.1.3 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。 1.1.3.1 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。 1.1.3.2 材料对弯曲加工的影响 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 6 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 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。 1.1.3.3 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 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σ / s 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。 1.1.3.4 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， 7 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 切 名称 弹 切变 性模量 变模量 性模量 模量 G E G E GPa GPa GPa GPa 灰铸铁 118 轧制锌 82 31.4 ~126 44.3 球墨铸 173 铅 16 6.8 铁 碳钢、 206 79. 玻璃 55 1.96 镍铬钢 4 铸钢 202 有机玻 2.3 璃 5~29.4 轧制纯 108 39. 橡胶 0.0 8 铜 2 078 冷拔纯 127 48 电木 1.9 0.69~ 铜 6~2.94 2.06 轧制磷 113 41. 夹布酚 3.9 锡青铜 2 醛塑料 5~8.83 冷拔黄 89~ 34. 赛璐珞 1.7 0.69~ 铜 97 3~36.3 1~1.89 0.98 轧制锰 108 39. 尼 龙 1.0 青铜 2 1010 7 轧制铝 68 25. 硬四氯 3.1 5~26.5 乙烯 4~3.92 拔制铝 69 聚四氯 1.1 线.75 铸锡青 103 高压聚 0.1 铜 乙烯 47~0.24 硬铝合 70 26. 混凝土 13. 4.9~1 金 5 73~39.2 5.69 9 1.1.3.5 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 搭 数 激 折 涨 压 表 切 格 接 控 冲 光 弯 铆 铆 面 喷 口 系 电 床 加 加 性 螺 螺 涂 防 数 阻 工 性 工 能 母 母 护 (mΩ 能 性 工 工 性 ) 能 艺 艺 能。 性 性 冷 軋 钢 1 好 好 好 好 好 一 较 板鍍藍鋅 .0 般 好 冷 軋 钢 1 2 好 好 好 好 好 一 好 板鍍彩鋅 .2 7 般 连续电 1 2 好 好 好 好 好 一 最 镀锌钢板 .7 6 般 差 热镀锌 1 2 好 好 好 好 好 一 较 钢板 .3 6 般 差 覆 铝锌 1 2 好 好 好 好 好 一 差 板 .4 3 般 不銹钢 6 6 差 好 一 差 很 差 好 10 .5 0 般 差 防 锈 鋁 2 4 一 极 好 好 好 一 好 板 .9 6 般 差 般 硬铝、超 3 4 一 极 极 好 好 一 好 硬铝板 .0 6 般 差 差 般 T2 铜板 5 好 极 好 好 好 一 好 .6 差 般 黄铜板 5 好 极 好 好 好 一 好 .0 差 般 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。 1.2 冲孔和落料 ： 1.2.1 冲孔和落料的常用方式 1.2.1.1 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、 11 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(t0.6)不好加工，材料易变形；加工范围受 刀具，夹爪等限制；适中的硬度和韧性 较好的冲裁加工性能；硬度太 高会使冲裁力变大，对冲头和精度都有不好的影响；硬度太低，使冲裁 时变形严重，精度受到很大的限制；高的塑性对成形加工有利，但不适 合于蚕食、连续冲裁，对冲孔和切边也不太合适；适当的韧性对冲裁是 有益的，它可以抑制冲孔时的变形程度；韧性太高则使冲裁后反弹严 重，反而影响了精度。 数控冲一般适合冲裁 T=3.5～4mm 以下的低碳钢、电解板、覆铝锌 板、铝板、铜板、T=3mm 以下的不锈钢板，推荐的数控冲床加工的板 料厚度为：铝合金板和铜板为 0.8～4.0，低碳钢板为 0.8～3.5mm，不锈 钢板 0.8～2.5mm。对铜板加工变形较大，数控冲加工 PC 和 PVC 板， 加工边毛刺大，精度低。 冲压时用的刀具直径和宽度必须大于料厚，比如 Φ1.5 的刀具不能 冲 1.6mm 的材料. 0.6mm 以下的材料一般不用 NCT 加工。 不锈钢材料一般不用 NCT 加工。( 当然，0.6~1.5mm 的材料可以用 12 NCT 加工，但对刀具磨损大，现场加工出现的废品率的几率比其它GI 等材料要高的多。) 其它形状的冲孔落料希望尽可能简单、统一。 数控冲的尺寸要规格化，如圆孔，六边形孔、工艺槽最小宽度为 1.2mm。具体参考《钣金模具手册》。 1.2.1.2 冷冲模冲孔和落料： 对产量较大，尺寸不太大的零件进行冲孔落料，为提高生产效率， 而专门开的钣金冲压模具。一般由凸模和凹模组成。凹模一般有：压入 式，镶拼式等。凸模一般有：圆形，可更换；组合式；快装卸型等。最常见 的冲模有：冲裁模（主要有：开式落料模，闭式落料模，冲孔落料复合模， 开式冲孔落料连续模， 闭式冲孔落料连续模），弯曲模，压延模。 特点：因为用冷冲模冲孔及落料基本可一次冲压完成，效率高， 一致性好，成本低。所以对于年加工量在 5000 件以上，零件尺寸不是 太大的结构件，加工厂一般开冷冲模加工，在结构设计时就要考虑按 开冷冲模加工的工艺特点设计。比如零件不应出现尖角（除使用上必须 外），需设计成圆角，可改善模具的质量和寿命，也使工件美观，安全， 耐用；为满足功能要求，零件的结构形状可以设计得更复杂等。 1.2.1.3 密孔冲冲孔： 密孔冲可以视为数控冲的一种，对于有大量密孔的零件，为提高 冲孔效率，精度等，专门开可一次冲大量密孔的冲孔模对工件进行加 工。如：通风网板，进出风挡板等。见图 1-1 所示。图中阴影部分为密孔 13 模，零件的密孔靠密孔模可快速冲出。比一个一个的冲孔，大大的提 高效率。 图a 图b 图 1-1 密孔冲示意图 密孔设计注意的问题及要求： 产品上密孔的设计应考虑密孔冲模具的加工特点是重复多次冲 裁，这样在设计密孔的排布的时候应采用这样的原则： 1）设计密孔排布时首先考虑借用《钣金模具手册》上规划的密孔模， 以减少模具成本； 2）同一类型的密孔排布时应统一，行间距规定一个不变的数值， 列间距也规定一个不变的数值，这样同一类型的密孔模具可以通用， 减少开模数量，降低了模具的成本； 3）同一类型的孔的尺寸应一致，如六方孔可以统一为内切圆Φ5 的六方孔，此六方孔为公司六方孔的常用尺寸，占六方密孔的 90%以 上。 4）采用错位排布两行孔数不等时，必须满足两个要求，1，孔距较 大，两孔的边缘距离大于 2t （t 为材料厚度）；2，总排数应该为偶数排， 如图 1-2 所示； 14 2 t ) 数 偶 ( 排 8 1 图 1-2 密孔错位排布示意图 5）如果密孔的孔距很小，每排孔的数量必须为为偶数。如图 1-3 所示，两个密孔之间的距离 D 小于 2t 时（t 为材料厚度）kb体育，因为模具的 强度问题，则密孔模要间隔设置，图中阴影部分为密孔模。可以看出， 每排孔的数量必须为为偶数。如果 图 1-2 中的孔距也是这样很小时， 因为每排的孔数不等（7 空、8 孔两种），则无法用密孔模一次性冲出。 D 图 1-3 密孔模 图 1-1 a 的密孔模可设计成如图 1-4 所示。 或 图 1-4 密孔模 图 1-1 b 的密孔模只能设计成如图 1-5 所示。 15 图 1-5 密孔模 设计密孔的排布时尽量按照上述要求设计，并且连续和有一定 的规律性，便于开密孔模具，降低冲压成本，否则只能采用数冲或开 很多套模具来完成加工。如图 1-6 所示，图a，交错孔，行数不是偶数； 图b ，中间缺孔；图c，密孔距离太近，每行孔数和每列孔数都是奇数； 图 d、e，密孔距离太近，密孔的每行孔数不相等，这些不能仅靠密孔 模冲孔一次完成加工，还须用其它补加工方法才能完成。图f，如果用 密孔模加工，也需要用其它补加工方法才能完成，即使开落料模，也 需要多副冲孔模完成，工艺性很差。 11孔 （奇数） ） 数 孔 奇 7 （ 2t 图a 图b 图c 图d 图e 图f 图 1-6 密孔排部示意图 1.2.1.4 激光切割： 激光切割是由 电子放 电作为供给能源，利用反射镜组聚焦产生 激光光束作热源的一种无接触切割技术，利用这种高密度光能来实 现对钣金件的打孔及落料。 16 特点：切割形状多样化，切割速度比线切割快，热影响区小，材 料不会变形，切口细，精度及质量高，噪声小，无刀具磨损，无需考虑 切割材料的硬度，可加工大型，形状复杂及其它方法难以加工的零件。 但其成本较高，同时会损坏工件的支撑台，而且切割面易沉积氧化膜， 难处理。一般只适合单件和小批量加工。 注意的问题及要求：一般只用于钢板。铝板及铜板一般不能用，因 为材料传热太快，造成切口周 围融化，不能保证加工精度及质量。激 光切割端面有一层氧化皮，酸洗不掉，有特殊要求的切割端面要打磨； 激光切割密孔变形较大，一般不用激光切割密孔。 1.2.1.5 线切割： 线切割是把工件和 电极丝（钼丝，铜丝）各作为一极，并保持一定 距离，在有足够高的 电压时形成火花隙，对工件进行 电蚀切割的加工 方法，切除的材料由工作液带走。 特点：加工精度高，但加工速度较低，成本较高，且会改变材料 表面性质。一般用于模具加工，不用作加工生产用零件。有些单板型 材面板的方孔没 圆角，无法铣削，又因为铝合金不能用激光切割，如 果没有冲压空间不能冲压，只能采取线切割加工，速度很慢，效率非 常低，无法适应批量生产，设计应该避免这种情况。 1.2.1.6 常用的三种落料和冲孔方法的特点对比 表 1-4 常见三种冲孔和落料加工特点比较 注：以下数据 17 为冷轧钢板的数据。 数控冲(包括 激光切割 冷冲模 密孔冲) 可加工材 钢板 钢板，铜板、铝 钢板，铜板、铝板 质 板 可加工料 1mm ～ 0.6mm ～ 一般小于 4mm 厚 8mm 3mm 最 小 细 缝 冲圆孔 Ø≧t 冲圆孔 Ø≧t 加工最小 0.2mm 方孔小边 W≧t 方孔小边 W≧t 尺寸（普通冷轧 最 小 圆 长槽宽 W≧t 长槽宽 W≧2t 钢板） 0.7mm 孔与孔，孔 ≧t ≧t ≧1t 与边的边缘最 小距离 孔与孔，孔 ≧1.5t ≧1.5t ≧1.5t 与边的边缘优 选距离 一般加工 ±0.1mm ±0.1mm ±0.1mm 精度 加工范围 2000X1350 2000X1350 18 外观效果 外 缘光滑， 毛边大，且 少量毛边 切割端面有一层 带料毛边 氧化皮 曲线效果 光 滑 ， 形 毛边大，形状 光滑，形状多变 状多变 规范； 加工速度 切割外圆快 冲制密孔快 最快 加工文字 刻蚀，较浅， 冲压凹形文字， 冲压，凹形文字，符 尺寸不受限制 符号较深；尺寸受 号，较深；尺寸受模具限 模具限制 制 不能 凹点，沉(沉) 可实现较 复杂的 成形 孔，小型拉伸等 形状 均可 加工费用 较高 低 低 1.2.2 冲孔落料的工艺性设计 1.2.2.1 排布的工艺性设计 大批量及中批量生产，零件的材料费用占较大的比重，对材料的 充分和有效利用，是钣金生产的一项重要经济指标。所以在不影响使 用要求的条件下，结构设计人员设计时，争取采用无废料或少废料的 排布方法，如图 1-7 所示为无废料排布。 19 图1 图2 图 1-7 无废料排布 有些零件形状略加改变，就可以大大节约材料。如 图 1-8 所示， 图2 比图 1 省料。 图1 图2 图 1-8 略改设计的省料排部 1.2.2.2 冲裁件的工艺性 对于数控冲床加工外圆角，需要专用的外圆刀具，为了减少外圆 刀具，如图 1-9 所示本手册规范外圆角为： 1） 90 度直角外圆角系列半径为 r2.0 ，r3.0 、r5.0 ，r10 ， 2） 135 度的斜角的外圆角半径统一为 R5.0， ： r r R 图 1-9 冲裁件的外圆角 20 冲孔优先选用圆形孔，圆孔应按照《钣金模具手册》中规定的系列 圆孔选取，这样可以减少圆孔刀具的数量，减少数控冲床换刀时间。 由于受到冲孔凸模强度限制，孔径不能过小，其最小孔径与材料 厚度有关。在设计时孔的最小直径不应小于下表 1-5 所示的数值。 表 1-5 用普通冲床冲孔的最小尺寸 冲孔的最小直径或最小边长(t 为材料厚度) 腰 圆 孔 、 矩 材料 圆孔 D （D 方孔 L 形 孔 a （ a 为 为直径） （L 为边长） 最小边长） 高、中碳 ≥1.3t ≥1.2t ≥1t 钢 低碳钢及 ≥1t ≥0.8t ≥0.8t 黄铜 铝、锌 ≥0.8t ≥0.6t ≥0.6t 布质胶木层 ≥0.4t ≥0.35t ≥0.3t 压板 冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其值见图 1-10 ： 21 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： D4 1 D D2 D3 D4 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 t t t (3.2 22 (0.8 以下) (0.8~1.59) (1.59~3.18) 以上) D1 3mm 2t D2 3mm 2t D3 1.6m 2t 2.5t m D4 1.6m 2t 2.5t m 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 小距离 X≥2t+R t X 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+0.5t， 23 a2≥R2+0.5t. 式中 R1，R2 －圆角半径； t －板料厚度。 a1 t 1 R 2 R a2 图 1-13 在拉深件上冲孔 1.2.2.3 冲裁件的加工精度 L+ΔL 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 普通冲孔精度 高级冲孔精度 材 公称尺寸 L 公称尺寸 L 料 厚 5 50 15 5 50 15 度 0 ～150 0～300 0 ～150 0～300 24 ±0.1 ± ± ± ± ± 1 0.15 0.20 0.03 0.05 0.08 1 ± ± ± ± ± ± ～2 0.12 0.20 0.30 0.04 0.06 0.10 2 ± ± ± ± ± ± ～4 0.15 0.25 0.35 0.06 0.08 0.12 4 ± ± ± ± ± ± ～6 0.20 0.30 0.40 0.08 0.10 0.15 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： 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差。 25 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 孔中心与边缘距离的公差表 材 料 尺寸 b 厚度 ≤50 50b≤ 120b 220b 120 ≤220 ≤360 2 ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.7 ≥2～4 ±0.3 ±0.5 ±0.6 ±0.8 4 ±0.4 ±0.5 ±0.8 ±1.0 注：本表适应于落料后才进行冲孔的情况。 1.2.2.4 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 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。 26 零件 1.冲孔 2.压沉孔 3.切余料 4.完成 图 1-16 二次切割 1.3 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。 1.3.1 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。 1.3.1.1 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。 27 V形折弯模 U形折弯模 Z形折弯模 图 1-17 专用的成形模具 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 L≥3t （包括壁厚）。 1.3.1.2 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 易模具 在冲床或者油压机上加工，批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（0～1.0）t ， 如果高度为（1.0～4.0）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。 上模 L 上模 工件 工件 下模 H 下模 折弯前 折弯后 图 1-18 Z 形台阶折弯 28 1.3.2 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: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。 1.3.2.1 成形基本原理 成形基本原理如图 1-19 所示： 上模 下模 后定位 宽度 V 下模 折弯 完成 图 1-19 成形基本原理 1） 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。 2） 下模一般用 V=6t （t 为料厚）模。 29 影响折弯加工的因素 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。见图 1-20 左边为上模， 右边为下模。 上模 下模 图 1-20 数孔折弯模示意图 折弯加工顺序的基本原则： 1） 由内到外进行折弯； 2） 由小到大进行折弯； 3） 先折弯特殊形状，再折弯一般形状； 4） 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。 上模 上模 工件 工件 下模 下模 可折多种角度 30 图 1-21 折弯机折弯形式 1.3.2.2 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) 退火状态 冷作硬化状态 材料 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、 0.1t 0.4 t 0.4 t 0.8 t 15、20、 0.1 t 0.5 t 0.5 t 1.0 t 25、30、 0.2 t 0.6 t 0.6 t 1.2 t 45、50 0.5 t 1.0 t 1.0 t 1.7 t 65Mn 1.0 t 2.0 t 2.0 t 3.0 t 铝 0.1 t 0.35 t 0.5 t 1.0 t 紫铜 0.1 t 0.35 t 1.0 t 2.0 t 软黄铜 0.1 t 0.35 t 0.35 t 0.8 t 半 硬 黄 0.1 t 0.35 t 0.5 t 1.2 t 铜 31 磷青铜 —— —— 1.0 t 3.0 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 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。 1.3.2.3 折弯回弹 压紧状态 b a 回弹状态 图 1-22 折弯回弹示意图 1)回弹角Δα=b-a 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) 0.8 0.8~2 2 32 低碳钢 1 4o 2o 0o o o o 黄 铜 σ 1~5 5 3 1 b=350MPa 5 6o 4o 2o 铝、锌 中 碳 钢 σ 1 5o 2o 0o o o o b=400-500MPa 1~5 6 3 1 硬 黄 铜 σ 5 8o 5o 3o b=350-400MPa 硬 青 铜 σ b=350-400MPa 1 7o 4o 2o 高碳钢σ 1~5 9o 5o 3o b550Mpa o o o 5 12 7 6 3)影响回弹的因素和减少回弹的措施。 1， 材料的力学性能 回弹角的大小与材料的的屈服点成正 比，与弹性模量 E 成反比。对于精度要求较高的钣金件，为了减 少回弹，材料应该尽可能选择低碳钢，不选择高碳钢和不锈钢 等。 2， 相对弯曲半径 r/t 越大，则表示变形程度越小，回弹角Δ 33 α就越大。这是一个比较重要的概念，钣金折弯的圆角，在材料 性能允许的情况下，应该尽可能选择小的弯曲半径，有利于提 高精度。特别是注意应该尽可能避免设计大圆弧，如图 1-23 所 示，这样的大圆弧对生产和质量控制 较大的难度： r r 图 1-23 钣金的圆弧太大 1.3.2.4 一次折弯的最小折弯边的计算 L 形折弯的折弯时的起始状态如图 1-24 所示: 上模 后定位 工件 L 下模 模口宽度 B (=kt) 图 1-24 L 形折弯的折弯 这里很重要的一个参数是下模口的宽度 B。由于考虑到折弯效果 和模具强度， 不同厚度的材料所需要的模口宽度存在一个最小值。小 于该数值时， 会出现折弯不到位或损坏模具的 问题.经过实践证明， 最小模口宽度和材料厚度的关系为. Bmin  kT ① Bmin 为最小模宽， T 为材料厚度， 计算最小模口宽度时K=6. 目前 34 厂家常用的折弯下模宽度的规格如下: 4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，25 根据上面的关系式就可以确定不同的料厚在折弯时所需下模模 口宽度的最小值. 例如 1.5mm 厚的板材折弯时， B=6*1.5=9 对照上 面的模宽系列可以选择模口宽度为 10mm（或 8mm）的下模.从折弯的 起始状态图可以看出折弯的边不能太短，结合上面的最小模口宽度， 得到最短折弯边的计算公式为② ：（见图 1-25 所示） Lmin  1 (Bmin  )  0.5 （参考） ② 2 Lmin 为最短折弯边，Bmin 为最小模口宽，Δ为板材的折弯系数。 1.5mm 厚 的 板 材 折 弯 时 ， 最 短 折 弯 边

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