鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉 玲

(中國兵器工業(yè)第五八研究所，四川 綿陽 621000)

鈑金件加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉 玲

(中國兵器工業(yè)第五八研究所，四川 綿陽 621000)

從沖裁、折彎、壓鉚和焊接等4個方面闡述了鈑金加工的工藝特點(diǎn)和工藝需求，結(jié)合圖表指出了設(shè)計(jì)方面的限制和工藝設(shè)計(jì)方面的技巧，充分說明了鈑金工藝的重要性和優(yōu)化條件，在一定程度上避免了設(shè)計(jì)或工藝缺陷，為了得到更好的產(chǎn)品工藝性，總結(jié)了更多的鈑金工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

鈑金；沖裁；折彎；壓鉚；焊接

鈑金加工工藝是針對金屬薄板(其板厚通常在6 mm以下)加工的綜合冷加工工藝，包括沖裁、折彎、焊接和壓鉚等。鈑金件具有輕便、強(qiáng)度高、可批量生產(chǎn)和成本低等特點(diǎn)，較典型特征就是同一零件厚度一致，導(dǎo)電性能好，有電磁兼容的要求時(shí)屏蔽效能好。目前，鈑金件在電子電器、通信等領(lǐng)域得到了良好的應(yīng)用和廣泛的認(rèn)可。隨著鈑金件的應(yīng)用越來越廣，鈑金工藝的設(shè)計(jì)也成為產(chǎn)品開發(fā)過程中很重要的一部分。設(shè)計(jì)師應(yīng)熟練掌握鈑金的工藝特點(diǎn)，一方面可以使得鈑金滿足產(chǎn)品的功能和外觀等要求；另一方面可以簡化模型進(jìn)而簡化生產(chǎn)工藝，達(dá)成生產(chǎn)成本低以及生產(chǎn)效率高[1-2]。

鈑金工藝重要的4個步驟是沖裁、折彎、壓鉚和焊接。本文通過圖例闡述每一個步驟應(yīng)注意的工藝

要求和設(shè)計(jì)要求，并提出對鈑金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。

1 沖裁

沖裁是利用沖模使板料相互分離的工序。沖裁零件的形狀應(yīng)力求簡單，盡可能采用圓形或矩形等規(guī)則形狀并簡單對稱，以使下料簡便和排樣時(shí)廢料最少(見圖1)。

圖1 沖裁件的排樣

1.1 沖裁件的外形及內(nèi)孔

沖裁件的外形和內(nèi)孔的轉(zhuǎn)角處，應(yīng)以圓弧過渡，避免尖角，以便于模具加工，減少熱處理或沖壓時(shí)在尖角處開裂的現(xiàn)象；同時(shí)也能防止尖角部位刃口的過快磨損。圓弧半徑R的大小可由材料壁厚t決定，當(dāng)尖角α>90°時(shí)，取R≥(0.3～0.5)t；當(dāng)α<90°時(shí)，取R≥(0.6～0.7)t[3]。沖裁件圓角半徑的最小值如圖2所示。

圖2 沖裁件圓角半徑的最小值

1.2 沖孔的最小值

沖孔應(yīng)優(yōu)選圓形孔。沖孔時(shí)，如果沖裁件上孔的尺寸小，則沖床負(fù)荷小，但不能過小。因?yàn)榭走^小時(shí)，凸模單位面積上的壓力增大，使凸模材料不能勝任。孔的最小尺寸與孔的形狀、材料的力學(xué)性能和材料的厚度有關(guān)。另外，零件上孔與孔之間或孔與邊緣之間的距離a受凸模強(qiáng)度和零件質(zhì)量的限制，也不能太小。應(yīng)滿足a≥2t，且a>3 mm。

1.3 沖裁件上的懸臂和凹槽

沖裁件上應(yīng)避免窄長的懸臂和凹槽，以便增大模具相應(yīng)部位的刃口強(qiáng)度。懸臂和切口的寬度b應(yīng)大于板厚t的2倍(b>2t)。沖裁件的懸臂和凹槽如圖3所示。

圖3 沖裁件的懸臂和凹槽

2 折彎

折彎是指鈑金料在折彎機(jī)上?；蛳履５膲毫ο拢紫冉?jīng)過彈性變形，然后進(jìn)入塑性變形的一種工藝過程。應(yīng)根據(jù)零件尺寸和材料厚度確定折彎時(shí)所用刀具和刀槽，選用上模避免產(chǎn)品與刀具相碰撞引起變形，選用下模由材料的厚度來確定。

折彎時(shí)，零件容易產(chǎn)生局部畸形，影響外觀質(zhì)量，工藝技術(shù)人員應(yīng)先設(shè)置工藝切口，這樣能有效防止變形。鈑金件折彎規(guī)律一般是先內(nèi)后外， 先小后

大，先復(fù)雜后簡單。當(dāng)零件需要多重折彎時(shí)，應(yīng)考慮折彎前工序成型不能影響后續(xù)的折彎，以避免相互干涉。大批量折彎時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行工藝驗(yàn)證，通過多次試折彎，檢測是否達(dá)到圖樣精度尺寸，并找出折彎機(jī)吃料規(guī)律。根據(jù)延伸后得到結(jié)果，工藝人員精確尺寸后明確折彎順序，以避免批量產(chǎn)品報(bào)廢，造成損失。

2.1 折彎件的最小彎曲半徑

在折彎過程中，在材料彎曲的圓角區(qū)，其外層受到拉伸，其內(nèi)層則受到壓縮[4]。當(dāng)鈑金料厚度一定時(shí)，內(nèi)側(cè)彎曲半徑越小，材料的拉伸和壓縮就越嚴(yán)重；當(dāng)外層圓角的拉伸應(yīng)力超過材料的極限強(qiáng)度時(shí)，會產(chǎn)生裂縫和折斷。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免過小的彎曲圓角半徑。

2.2 折彎件的直邊高度

折彎件的直邊高度不宜太小，最小高度h應(yīng)大于2倍的材料厚度t(見圖4)。當(dāng)零件折彎的直邊高度h≤2t時(shí)，可在彎曲變形區(qū)內(nèi)加工淺槽后，再折彎(見圖5)。當(dāng)折彎件的折彎邊帶有斜角時(shí)(見圖6)，側(cè)面的最小高度h=(2～4)t，且h>3 mm。

圖4 彎曲件的直邊高度最小值

圖5 特殊情況下的直邊高度要求

圖6 彎邊側(cè)邊帶有斜角的直邊高度

2.3 折彎件上的孔邊距

當(dāng)零件有折彎且彎邊上有孔時(shí)，應(yīng)先沖孔后折彎?？椎某叽缥恢脩?yīng)位于彎曲變形區(qū)域外，以避免彎曲時(shí)孔會產(chǎn)生變形。一般情況下，孔壁至彎邊的距離如圖7所示。

圖7 折彎件上的孔邊距

2.4 打死邊的設(shè)計(jì)要求

有需要壓死邊的零件應(yīng)先將零件折彎到30°～40°，然后用整平模將其壓死。打死邊的死邊長度(見圖8)與材料的厚度有關(guān)。一般死邊最小長度L≥3.5t+R。其中，t為材料壁厚；R為折彎的最小內(nèi)折彎半徑。

圖8 死邊的最小長度L

3 壓鉚

壓鉚是在壓力的作用下使金屬發(fā)生塑性變形而連接在一起。在鈑金工藝過程中，壓鉚往往用于壓鉚螺釘、壓鉚螺母等成品小五金件的加工。其中，壓鉚螺母外形呈圓形，一端帶有壓花齒及導(dǎo)向槽。與傳統(tǒng)焊接螺母工藝相比，其具有質(zhì)量更加可控且避免焊傷等優(yōu)點(diǎn)。目前，壓鉚螺母常用于機(jī)箱機(jī)柜、鈑金件。

在壓鉚時(shí)，應(yīng)考慮螺母或螺柱的高度，選擇不同的模具，然后對壓力機(jī)的壓力進(jìn)行調(diào)整，以保證螺母或螺柱和工件表面平齊，避免螺母或螺柱沒壓牢或壓出超過工件面，造成工件報(bào)廢。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意所選用的壓鉚五金件的尺寸規(guī)范，往往有邊距的限制。應(yīng)注意留出壓鉚空間(壓鉚方向無遮擋)，并考慮壓鉚方向，以保證螺釘安裝方向利于壓鉚螺母等壓鉚件，不易脫出。

4 焊接

焊接是冷作鈑金結(jié)構(gòu)中的重要連接方式。它是在高溫或高壓條件下，使用焊接材料將2塊或2塊以上的工件連接成一個整體的操作方法[5]。

焊接方法常用的有氬弧焊、接觸點(diǎn)焊、二氧化碳保護(hù)焊、手工電弧焊和氣焊等。在鈑金焊接操作過程中，選擇合適的焊接方法，并用優(yōu)質(zhì)的填充材料，可獲得高機(jī)械強(qiáng)度的焊縫。

氬弧焊成本相對較高，且有夾鎢缺陷，生產(chǎn)率較低，但其焊接質(zhì)量好，可焊接有色金屬，變形量?。稽c(diǎn)焊可代替鉚接，適合于板厚<6 mm的低碳鋼，以及已有堅(jiān)固焊縫的產(chǎn)品，其焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，操作簡單，點(diǎn)焊位置合理，批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)利用定位工裝保證焊點(diǎn)位置準(zhǔn)確一致；二氧化碳保護(hù)焊有抗銹能力高、生產(chǎn)率高和變形量小等優(yōu)點(diǎn)，比較適合要求焊縫強(qiáng)度較高且氣密性好的產(chǎn)品；手工電弧焊應(yīng)用較普遍，其優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)率高、變形量不大等，但在焊接較薄的金屬時(shí)變形較大；氣焊生產(chǎn)率低，不適用于焊接較厚的金屬，變形量較大，易產(chǎn)生裂紋。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)留足空間便于焊接，并避免焊接后的結(jié)構(gòu)影響后續(xù)表面處理。對于鈑金薄板件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意焊接長度不宜過長和焊縫不宜過多，以避免板材變形；焊點(diǎn)也應(yīng)盡量對稱，以保證成形后變形量的協(xié)調(diào)。焊點(diǎn)承力較大時(shí)，應(yīng)避免焊縫之間距離過近。焊后應(yīng)校平，修光焊縫，提高焊后外觀質(zhì)量；但如果有強(qiáng)度高和氣密性的要求，則不要求焊后磨平焊縫。另外，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量使材料以及厚度一致，厚度比應(yīng)<1∶3。接觸點(diǎn)焊還應(yīng)注意在結(jié)合處的焊件數(shù)目≤2件，且搭接處≤8 mm。當(dāng)結(jié)構(gòu)有封閉的要求時(shí)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)中開通氣孔，以免焊接困難和結(jié)構(gòu)變形。

5 結(jié)語

本文從沖裁、折彎、壓鉚和焊接等4個方面闡述了鈑金加工的工藝特點(diǎn)，結(jié)合圖表指出了設(shè)計(jì)方面的限制，說明了鈑金工藝的重要性和優(yōu)化條件，總結(jié)了鈑金工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 王洪光. 冷作鈑金工工作手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.

[2] 辛?xí)匀~，羅春紅，王浩宇. 萬能鈑金冷成型機(jī)成型工藝分析[J]. 新技術(shù)新工藝，2015(10):14-17.

[3] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.[4] 張慶，孫敏，楊燕. 某異型鈑金件的折彎方法[J]. 新技術(shù)新工藝，2014(8):5-6.

[5]《電子工業(yè)專用設(shè)備設(shè)計(jì)手冊》編寫組.電子工業(yè)專用設(shè)備設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社, 1980.

責(zé)任編輯 鄭練

Optimization Design of the Plate Metal Process Technique

LIU Ling

(No.58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)

Expatiate several points of plate metal design and technique from four sides including blanking, bend, press riveting, and weld. By combing with charts explaining some limit and technique of technics design, account for the importance and optimization about the technique of plate metal fully. The design avoids defects in a way. In order to make product technology be better, summarize more needed experience about technique of plate metal.

plate metal, blanking, bend, press riveting, weld

TG 38

A

劉玲(1983-)，女，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事電子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的研究。

2016-08-16