1、结构设计工艺手册前言公司现有零件中，不仅在打样过程中经常会有一些加工工艺性的问题，也有很多归档转产的零件存在加工困难的情况，不仅影响生产进度和交货，也影响结构件的质量。如钣金零件的折弯，经常会发生折弯碰刀的情况；落料的外圆角、半圆凸台、异型孔的规格太多，以及一些不合理的形状设计，导致加工厂要多开很多不必要的落料模，大大增加模具的加工和管理成本；插箱的钣金导轨、拉伸凸台等设计，品种越来越多，需要统一、规范；喷漆和丝印，也经常出现喷涂选择不合理导致废品率较高、无法丝印等问题；有些钣金零件的点焊完全可以适当增加定位，不增加成本也不影响美观，实际上大部分设计是靠生产的工装定位，不仅麻烦、效率低，精度也
2、不好；很多可以避免焊接的钣金零件，往往设计成角焊的结构形式，焊接和打磨都非常麻烦，不仅效率较低，而且外观质量也经常得不到保证，等等。长期以来，这些相同的问题不断地重复发生，无论对产品质量还是产品的生产和进度，都会产生不良的影响。 编写这本结构设计工艺手册目的，就是为了方便工程师在结构设计时查阅一些常用的、关键的数据，更好地保证工程师设计出的零件有较好的加工工艺性，统一结构要素，减少不必要的开模，加快加工进度，降低加工成本，提高产品质量。编写这本手册的同时，对钣金模具手册标准进行了彻底的改编，对一些典型的结构形状进行了优化和系列化，减少了品种，并在 intralink 库里对相关的模具建模，不仅
3、方便设计人员进行结构设计，对模具的统一，也会起到较好的效果。手册中一些典型的数据主要来源于参考资料，一些工艺上的极限尺寸，主要来源于加工厂家提供的数据，是我们应尽可能遵照的。有些正在生产的零件，一些尺寸超出了手册中给出的极限尺寸，但并不能就能说明这些设计是有良好的工艺性，原则上是在满足产品性能的条件下，尽可能达到最好的加工工艺性。由于时间和实际经验有限，手册中错误在所难免，恳请大家批评指正，希望经过一定时间的实践检验，经过将来补充、修订、完善之后，能够成为一部非常实用的参考书，对我们的设计工作起到很好的指导作用。考虑手册的篇幅和实用性，以及我们的设计主要是钣金零件设计，因此，本手册主要以钣金件
4、为主。手册编写得到中兴新的吉海青、胡兴胜、李道清、杜坚、巴新安等大力帮助，在此表示感谢！顾 问： 张晖 马庆魁 何朝来 何剑波 冯力 编写人员：彭诗林：第一章：钣金零件设计工艺颜斌鲁：第二章：金属切削件设计工艺严冬： 第三章: 压铸件设计工艺杨涛： 第四章：铝型材零件设计工艺郑宁生：第五章 金属的焊接设计工艺尚玉其：第六章：塑料件设计工艺刘彦明：第七章 表面处理工艺温存善、封智：第八章：结构图纸零部件的分级和代码申请曹水春、陈进云、张向峰、刘肖：结构设计工艺手册修改、编辑、汇总审 核：公司结构工艺专家委员会专家参考标准和书籍：Q/ZX 04.101.1-2000 结构设计规范文档要求；Q/ZX
5、 04.101.2-2003A结构设计规范颜色要求Q/ZX 04.101.4-2003结构设计规范镀涂表示方法 ；Q/ZX 04.101.6-2000结构设计规范塑胶面板结构要求Q/ZX 04.101.8-2002 结构设计规范丝印要求Q/ZX 04.101.10-203 结构设计规范喷砂和拉丝要求；Q/ZX Z 04.400-2005单板插件通用化设计指南Q/ZX Z 04.401-2005 盒体机箱通用化设计指南Q/ZX Z 04.402-2005 标准插箱通用化设计指南Q/ZX Z 04.403-2005 19 英寸标准机柜应用指南Q/ZX 28.007.1-2004结构材料手册黑色金属
6、材料Q/ZX 28.007.2-2004结构材料手册有色金属材料Q/ZX 28.007.3-2004结构材料手册非金属材料GB/T 4943 信息技术设备安全GB/T 8582 电工、电子设备机械结构术语Q/ZX 23.019 产品安全性设计标准(试行)焊接设计简明手册 机械工业出版社焊接工艺人员手册 上海科学技术出版社表面工程手册 机械工业出版社机械设计手册 化学工业出版社电子设备设计手册 电子工业出版社结构工艺基本设计手册 （试用稿）工艺结构设计手册 （数冲、激光、数折、非标螺母）钣金冲压工艺手册国防工业出版社冷冲压及塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社机械零件设计手册 冶金出版社五金手册
7、 机械工业出版社I目 录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 311.5 钣金拉伸 .321.5.1 常见
8、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 局部沉凹与压线 331.5.4 加强筋 341.6 其它工艺 .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 .392.3.1
9、 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系 392.3.2 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系 392.4 螺纹设计加工 .40II2.4.1 普通螺纹的加工方法 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 412.4.5 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
10、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 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
11、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 .534.1.1 不同金属材料之间焊接及其焊接性能 534.1.2 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 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 58III4.4 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
12、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 615.4.3 塑胶零件的尺寸精度 625.4.4 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
13、 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 .767.3 插箱整件图纸的分级方法和代码申请方法 .787.4 整机配置（含机柜）的图纸的分级方法 .8011 第一章 钣金零件设计工艺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
14、，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。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）冷轧薄钢板冷轧薄钢板是碳素结构钢冷轧板
15、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。）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，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
16、表面残油，同时在表面生成氧化铁膜，再进入含有 H2、N 2混合气体的还原退火炉加热到 710920，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。）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，具有优良的耐腐蚀性，正常使用寿命可达 25 年，比镀锌板2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
17、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
18、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 ALMn 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，在半冷作硬化时塑性尚好。冷作硬化时塑性低，耐蚀性好，焊接性良好
19、。防锈铝 5A02 即为老牌号 LF2 系 ALMg 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，牌号表示方法的标准代号为 GB/T16
20、474-1996，状态代号 GB/T164751996，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1070A L1 5A06 LF6 2A80 LD8 2A14 LD10 H12 R1060 L2 5A12 LF12 2A90 LD9 2A50 LD5 O M1050A L3 8A06 L6 4A11 LD11 6A02 LD2 T4 CZ1035 L4 3A21 LF21 6063 LD31 7A04 LC4 T5 RCS1200 L5 2A02 LY2 6061 LD30 7A09 LC9 T6 CS5A02
21、LF2 2A06 LY6 2A11 LY115A03 LF3 2A16 LY16 2A12 LY1235A05 LF5 2A70 LD7 2A13 LY131.1.2.3 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
22、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，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
23、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（QSn6.52.5） 、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
24、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 s/ b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
25、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。 41.1.3.4 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，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
26、GGPa名称 弹性模量 EGPa切变模量 GGPa灰铸铁 118126 44.3 轧制锌 82 31.4球墨铸铁 173 铅 16 6.8碳钢、镍铬钢206 79.4 玻璃 55 1.96铸钢 202 有机玻璃 2.3529.4轧制纯铜 108 39.2 橡胶 0.0078冷拔纯铜 127 48 电木 1.962.94 0.692.06轧制磷锡青铜 113 41.2 夹布酚醛塑料 3.958.83冷拔黄铜 8997 34.336.3 赛璐珞 1.711.89 0.690.98轧制锰青铜 108 39.2 尼龙 1010 1.07轧制铝 68 25.526.5 硬四氯乙烯 3.143.92拔制铝
27、线 69 聚四氯乙烯 1.141.42铸铝青铜 103 11.1 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 70 26.5 混凝土 13.7339.2 4.915.691.1.3.5 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 价格系数搭接电阻(m)数控冲床加工性能激光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 1.2 27 好 好 好 好 好 一般 好连续电镀锌钢板 1.7 26 好 好 好 好 好 一般 最差热镀锌钢板 1.3 26 好 好 好
28、 好 好 一般 较差覆铝锌板 1.4 23 好 好 好 好 好 一般 差不銹钢 6.5 60 差 好 一般 差 很差 差 好防锈鋁板 2.9 46 一般 极差 好 好 好 一般 好硬铝、超硬铝板 3.0 46 一般 极差 极差 好 好 一般 好5T2 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。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
29、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） ，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
30、也是这7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。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
31、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。 图 a图 d图 b图 e图 c图 f4 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。131.2.2.4 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。零 件 冲 孔.1切 余 料压 沉 孔2.3完 成4图
32、 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
33、件设计时，尽可能采用圆角。 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 L3t（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，加工厂家往往采用简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（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14的，但是，也有一个缺点，就是长度 L
34、 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 前 折 弯 后下 模工 件上 模 下 模工 件上 模H图 1-18 Z 形台阶折弯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：宽 度 V折 弯 完 成下 模下 模后 定 位 上 模图 1
35、-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。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。见图 1-20 左边为上模，右边为下模。15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）
36、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 下 模 下 模上 模工 件 工 件可 折 多 种 角 度图 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 冷作硬化状态弯曲线方向与纤维方向的对应位置材料垂直 平行 垂直 平
37、行08、10、 0.1t 0.4 t 0.4 t 0.8 t15、20、 0.1 t 0.5 t 0.5 t 1.0 t25、30、 0.2 t 0.6 t 0.6 t 1.2 t45、50 0.5 t 1.0 t 1.0 t 1.7 t1665Mn 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半硬黄铜 0.1 t 0.35 t 0.5 t 1.2 t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
38、，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。1.3.2.3 折弯回弹 回 弹 状 态压 紧 状 态ab图 1-22 折弯回弹示意图1)回弹角 =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厚度 t(mm)材料 r/t2低碳钢
39、黄铜 b=350MPa铝、锌54o5o6o2o3o4o0o1o2o中碳钢 b=400-500MPa硬黄铜 b=350-400MPa硬青铜 b=350-400MPa55o6o8o2o3o5o0o1o3o高碳钢 b550Mpa57o9o12o4o5o7o2o3o6o173)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 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
40、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有较大的难度： 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: 后 定 位 下 模上 模 工 件模 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. kTmin为最
41、小模宽， T 为材料厚度， 计算最小模口宽度时 K=6.目前厂家常用的折弯下Bmin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：（见图 1-25 所示）（参考） 5.0)(21mininBL为最短折弯边， 为最小模口宽， 为板材的折弯系数。 i in1.5mm 厚的板材折弯时，
42、最短折弯边 （8+2.5）/2+0.5=5.75mm(包括一个板厚)Lmin18BMINLI图 1-25 最小模口宽表 1-11：冷轧薄钢板材料折弯内 R 及最小折弯高度参考表序号 材料厚度 凹模槽宽 凸模 R 最小折弯高度1 0.5 4 0.2 32 0.6 4 0.2 3.23 0.8 5 0.8 或 0.2 3.74 1.0 6 1 或 0.2 4.45 1.2 8（或 6） 1 或 0.2 5.5（或 4.5）6 1.5 10（或 8） 1 或 0.2 6.8（或 5.8）7 2.0 12 1.5 或 0.5 8.38 2.5 16（或14）1.5 或 0.5 10.7（或9.7）9
43、3.0 18 2 或 0.5 12.110 3.5 20 2 13.511 4.0 25 3 16.5注：1、最小折弯高度包含一个料厚。2、当 V 形折弯是折弯锐角时，最短折弯边需加大 0.5。3、当零件材料为铝板和不锈钢板时，最小折弯高度会有较小的变化，铝板会变小一点，不锈钢会大一点，参考上表即可。1.3.2.5 Z 形折弯的最小折弯高度 Z 形折弯的折弯时的起始状态如图 1-26 所示：Z 形折弯和 L 形折弯的工艺非常相似，也存在着最小折弯边问题，由于受下模的结构限制，Z 形折弯的最短边比 L 形折弯时还要大，Z 形折弯最小边的计算公式为： +0.5 +T DB)21(minin为最短折
44、弯边， 为最小模宽， 为板材的折弯系数 ，T 为料厚， 为下模模口i in D到边的结构尺寸，一般大于 5mm。19此 处 需 留 0.5m的 间 隙 DL图 1-26 Z 形折弯不同材料厚度的钣金 Z 形折弯对应的最小折弯尺寸 L 如下表 1-12 所示：表 1-12 Z 形折弯的最小高度序号 材料厚度 凹模槽宽 凸模 R Z 形折弯高度 L1 0.5 4 0.2 8.52 0.6 4 0.2 8.83 0.8 5 0.8 或 0.2 9.54 1.0 6 1 或 0.2 10.45 1.2 8（或 6） 1 或 0.2 11.7（或10.7）6 1.5 10（或 8） 1 或 0.2 13
45、.3（或12.3）7 2.0 12 1.5 或 0.5 14.38 2.5 16（或14）1.5 或 0.5 18.2（或17.2）9 3.0 18 2 或 0.5 20.110 3.5 20 2 2211 4.0 25 3 25.51.3.2.6 折弯时的干涉现象对于二次或二次以上的折弯，经常出现折弯工件与刀具相碰出现干涉，如图 1-27 所示，黑色部分为干涉部分，这样就无法完成折弯，或者或者因为折弯干涉导致折弯变形。图 1-27 折弯的干涉20钣金折弯的干涉问题，不涉及到太多的技术，只要了解一下折弯模的形状和尺寸，在结构设计时注意避开折弯模就可以了。图 1-28 为常见的几种折弯刀的截面形
46、状，在新修订的钣金模具手册都有介绍，并且在 intralink 库里也有对应的刀具实体，在设计没有把握的情况下，可以按照上图的原理，直接用刀具进行装配干涉检验。图 1-28 折弯刀对于翻孔攻丝来说，如图 1-29 所示的 D 值不能设计得太小，最小 D 值可以根据材料厚度、翻孔外径、翻孔高度、所选折弯刀具等参数计算或作图得到。以 1.5mm 厚的折弯钢板上翻 M4 的翻孔攻丝为例， D 值应该大于 8mm，否则，折弯刀会碰伤翻边。?5.43.H=8翻孔攻丝M41折 弯 刀 翻孔攻丝 M31?3.62H=6折 弯 刀图 1-29 翻孔攻丝件的折弯1.3.2.7 孔、长圆孔离折弯边最小距离如图 1
47、-30 所示折弯处孔边离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形；因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距 Xt+R。RtX图 1-30 圆孔距折弯边最小距离21表 1-13 圆孔距折弯边最小距离钣料厚度 0.60.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5最小距离 X 1.3 1.5 1.7 2.0 3 3.5如图 1-31 所示长圆孔离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形；因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距按表 1-14，折弯半径参考表 1-9 折弯半径。RtXL图 1-31 长圆孔距折弯边最小距离表 1-14 长圆孔距折弯边最小距离L 50最小距离 X 2t+R 2.5t+R 3t
48、+R对不重要孔， 可将孔扩大至折弯线，如图 1-32 所示，缺点：影响外观效果。图 1-32 折弯改进设计1.3.2.8 孔靠近折弯时的特殊加工处理当靠近折弯线的孔距折弯线小于上述的最小距离时，折弯后会产生变形， 此时可根据产品不同的要求， 作如下表 1-15 方式来处理。但是，可以看到这些办法的工艺性较差，结构设计应该尽量避免。表 1-15 孔靠近折弯时的特殊加工处理221）折弯前压槽处理。在实际设计中，因为结构设计的需要，实际距离比上述距离还要小的情况，加工厂家往往采用折弯前压槽处理，如图 1-31 所示，其缺点是：折弯机压线处理，多一道工序，效率稍低，精度较低，原则上尽可能避免。折 床
49、压 线 T2) 沿折弯线割孔或割线:当折弯线对工件外观无影响或可以接受时， 则以割孔改善其工艺性。缺点：影响外观效果，并且因为割线或者割窄槽时，一般仔需要用激光机切割。割 孔3) 在靠近折弯线的孔边折弯后补加工至设计尺寸， 当要求保证孔边距时， 可按此方式处理。一般这种二次去料不能在冲床上完成，只能在激光切割机上进行二次切割，定位麻烦，这种加工的成本很高。折 弯 线补 加 工4) 折弯后扩孔处理只有一个或几个像素孔到折弯线的距离小于最小孔距， 产品外观要求严格时， 为了避免折弯时拉料， 此时可对像素进行缩孔处理， 即在折弯前先割出一小同心圆 (一般为 1.0)， 折弯后扩孔至原尺寸.缺点：工程数多，效率低；235）折弯机上模的最小宽度为4.0mm (目前)， 受此限制， 工件内部的折弯加工部分孔口不得小于 4.0m
