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钣金设计小知识(一)

2014-06-27  nzxbook

    钣金件的设计除了要考虑功能要求外,还得考虑工艺要求、装配要求、成本要求。与铸、锻件相比,钣金件所做成的产品有较高的强度、较轻的结构重量;加工简便,所用的设备简单;外形平整,加工余量少,可减轻重量,缩短生产周期,降低成本。

一、功能要求

    功能要求主要是满足系统的结构要求、强度要求、屏蔽要求、接地导电性能等。

    系统的结构是一个系统的硬件、PCB板、线材、电源等空间放置的位置、形式、连接装配方式等。钣金件由于其良好的强度、钢度、加工性、导电性,通常是用来负责支承起系统中大部分的硬件、PCB板、线材、电源等。硬件的放置形式多种多样,其要求也会有所不同。

    机械强度是钣金件设计中最重要的一环。因为系统中大部分的重量靠钣金件来支承,钣金件的机械强度出现问题,系统中整个强度就会出问题。医疗仪器一般需要做震动测试,跌落实验,碰撞实验,冲击实验等,有的机器甚至要求强度做到能承受100g的冲击,这就需要足够的机械强度和钢度。尤其是那些需要支承悬空的硬件的钣金件,和起主要支承作用的支架等,更必须有更好的强度。

    通常设计大型的系统如B超、CT机、检验设备,通信用的机箱机柜等,会先设计起支承用的支架框架。这样的支架框架可选用型材(如铝型材),也可选用比较厚的钣金件折弯成“∏”或“□”形。一般情况,增加一个折弯会使钢度增加几倍。
 
二、工艺要求

    钣金件的加工设备主要有数控冲床,折弯机,冲床,剪裁机,铣床,钻床,焊接设备等(附表中是迈讯的机器设备统计)。钣金成形可归纳为压缩类成形、伸长类成形和弯曲类成形三种基本类型。

    钣金件加工中的矫形、弯曲、卷板、冲裁、拉深等工序,都是利用金属在常温下产生的塑性变形而成为所需的形状。因此,金属的塑性变形是金属成形的基础。

    金属在冷状态下受外力作用时,其形状和尺寸将发生变化,这种变化可以是弹性的,也可以是塑性的。当外力解除后,能恢复其原来的形状和尺寸的就是弹性变形,反之就是塑性变形。金属塑性变形最基本的形式就是滑移。

    1、冲裁

    冲裁是利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方式,主要设备是冲床。可以制成成品零件,也可作为弯曲、拉深、和成形等工艺准备毛坯。冲裁分为落料和冲孔两种。利用冲裁取得一定的外形的制件或坯料的冲压方法就是落料;反之,得到带孔的的就是冲孔。板料分离的变形过程分为三个阶段:弹性变形阶段,塑性变形阶段,剪裂阶段。

    在冲出孔的上部,有细微圆角,称圆角带。这是当冲裁过程中塑性变形开始时,由金属纤维的弯曲变形和拉伸而造成的。连接圆角带的是光亮的切割部分,称作光亮带,它是在金属产生塑性变形时形成的。光亮带下面是粗糙的表面,称为断裂带,它是由于拉应力的作用,使金属纤维断裂而形成的。在冲裁件或废料上,也有类似的三个部分,但其分布位置的上下次序恰好相反。冲裁件的尺寸精度主要是靠模具保证的,所以如果开模件的质量比较稳定,制件的互换性较好,一般不需要进一步的机械加工,即可满足装配和使用要求,材料的利用率较高,操作简便。在大批量生产时采用冲裁,能显著地提高生产效率,易实现机械化和自动化。

    冲裁间隙是指凹模和凸模之间的尺寸差。冲裁间隙是一个重要的工艺参数,其大小除对冲裁件的断面质量和尺寸精度有影响外,还会对冲裁力和模具寿命有直接影响。

表1   冲裁间隙的影响

 

项  目 影    响    情    况
大 间 隙 正 常 间 隙 小 间 隙
断面质量 圆角大,毛刺大,撕裂角大 圆角正常,无毛刺,能满足一般冲压件要求 圆角小,有毛刺,断面与板料平面垂直
冲裁力 适中
模具寿命 降低 适中
制作尺寸 外形尺寸小于凹模尺寸,内形尺寸大于凸模尺寸 尺寸适中 外形尺寸大于凹模尺寸,内形尺寸小于凸模尺寸
卸料力和推件力 减小 合适 增大
模具制造 容易制造,若采用线切割机床加工凹凸模一次可加工成形 一般 不易制造
力态分布 挤压作用减弱,侧压力稍有降低 近于纯剪切 板料对模具的挤压力强,侧压力和摩擦力大,并随切入量增加而增大,直到撕裂时下降

    用模具直接下料时,冲裁件的直角处通常可以做成圆角,不仅模具寿命会沿长,零件做出来也不会留下安全隐患;直接用数控冲床加工时,因圆角较难加工,可以做成45°倒角

    冲裁精度:钣金件的内外形的经济精度为GB7∽8级,一般要求落料件的精度最好低于5级,冲孔件低于4级。下表是冲孔后的孔距公差△l。

表2   孔的间距冲裁精度

冲模型式 料厚
孔距L
≤1mm >1∽2mm >2∽4mm >4∽6mm
一般冲模 <50mm ±0.10 ±0.12 ±0.15 ±0.20
>50∽150mm ±0.15 ±0.20 ±0.25 ±0.30
>150∽300mm ±0.20 ±0.30 ±0.35 ±0.40
高级冲模 <50mm ±0.03 ±0.04 ±0.06 ±0.08
>50∽150mm ±0.05 ±0.06 ±0.08 ±0.10
>150∽300mm ±0.08 ±0.10 ±0.12 ±0.15

    注:我们公司外协厂商所用的数控冲床都属于一般冲模,只有用精密模具做的冲孔模才能达到上表中高级冲模的公差。并且只适用于两个孔同时冲出的情况。

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