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1、产品结构设计 钣金件/箱柜的结构设计,西北工业大学工业设计系 吴 通,概述,钣金的定义 钣金是指不采用专用模具落料和成形的薄板金属件的加工工艺。 钣金的特点 不需要专用模具 零件的精度不高（相对冲压件而言） 可适于多品种、小批量加工（NCN） 工艺简单，加工周期短,箱柜结构分类,通常按以下几种方式分类 按使用环境分：户内型和户外型结构 按制造工艺分：焊接式和组装式结构 按结构方式分：框架式和板式结构,柜式结构,框架,盖板,门板,柜,附件条、板、铰链、锁、风扇、加热器、密封条,支撑及固定其他结构单元,顶盖板防尘、散热（风扇）,侧盖板封闭、散热（百叶窗）、接地点,底盖板光、电缆进出口，固定夹等,前
2、门玻璃门、金属门、门锁,后门活动门（维护）、固定门（后盖板）,柜形结构图,箱式结构较柜式结构小，结构相对简单主要由箱体、门板、顶盖（装饰、流水、散热）、安装附件等组成。,箱式结构,常用材料,箱、柜常用的材料有： 不锈钢（304）：镜面、哑光、拉丝 冷轧钢板（Q235A）：电解板、覆铝锌板、普通板 铝板：5、LF2、LY12 常用板厚：0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 (2.3) 2.5 3.0 (3.2),结构设计事项,更据客户要求考虑以下方面： 、户型（使用环境、防护等级、安装方式等） 、尺寸（选用成品非标设计） 、结构（柜式箱式、框架拼装、门等） 、造型（直面曲面、普通独特）
3、 、安装（地面挂墙柱上） 、吊装设置（吊顶盖吊底座） 、颜色要求,设计工艺及一般要求（一）,、金属板上开孔毛刺一般不大于0.2mm； 、矩形或异形孔的圆角半径一般为0.5-2.0mm； 、板的内弯曲半径，根据材料的不同略有差异，一般取板厚的1.5-2倍； 、弯曲件的弯边长度不宜过小，以免弯曲困难，其质应为 h=r+2t，如图。,图,图,设计工艺及一般要求（二）,、钣金上的孔与孔，孔与边的距离a不宜过小，一般a不小于2t并不小于-mm，必要时可取1-1.5mm； 6、 钣金件上的孔壁与工件直壁的距离应尽量满足图的要求，以免使孔在弯曲时产生拉伸，影响孔的使用； 、步进孔可开成圆孔、长圆孔或方孔，一
4、般孔距有两种设计方式，一种是合符模数规律，即合2.5n(n=4,8,10), 另一种是以“U”为单位，U=44.44mm； 、箱柜门的开启角度映不小于90o，台或板的开启角度不应小于45o；,、箱柜的外形尺寸公差应符合下表的要求： 10、结构要素间的间隙应力求均匀，其间隙差不得超过：,设计工艺及一般要求（三）,电磁兼容（EMC）,电磁的基本含义是：能保证设备在共同的电磁环境中执行各自的功能的共存状态，而不互相干扰； 设备的骚扰（电磁骚扰）抑制方法：接地、屏蔽、滤波； 接地目的： 、实现设备的安全接地，以便对设备的操作人员实现安全保护； 、泄放因静电感应在机箱上所积蓄的电荷，避免机箱电位升高造成
5、内部放电； 、提高设备的工作稳定性。 对于屏蔽问题，在机箱设计中的一些基本做法： 、底板和机壳采用良导体材料，如铜、铝等； 、对于塑料壳体，在其内部喷涂导电漆，或注塑时加入金属,电磁兼容（EMC）,、尽量减少结构的电气不连续性，接缝尽可能焊接，结合面加导电衬垫，缩短螺钉间距； 、用导电衬垫、垫圈、螺母实现按钮等的防泄漏安装； 、通风口、观察孔加装屏蔽网； 、尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽。,电磁兼容箱体,箱体的通风与散热,实现方式：空气对流及温度调控 空气对流：自然对流、强制对流（风扇） 温度调控：温控器空调器,附件,根据设计要求，选购合适的机箱附件,锁类,铰链类,密封条,拉手、资料盒,1.
6、造型设计 因钣金工艺的特点，及高科技产品变化快、小批量的限制，箱柜多以可展面、边作造型要素。 造型设计时常用的方法有：黄金分割法（0.618法）及固定比例分割法(1:n等)； 现代钣金制品造型讲究比例、质感、环保（与周围环境协调性）、户外产品提倡景观设计。,2.表面处理 目前国内常采用表面喷塑处理，主要材料是环氧树脂粉末，静电喷涂后，经180-210度高温烘烤，表面形成一层大分子交联网状膜，厚度80-100um,耐候性、附着力、硬度较好。 户型分：户内型户外型； 纹理分：平纹、细纹、大纹、沙纹、锤纹等 工艺过程：前处理（除锈、除油、磷化） 电泳底漆（高档） 喷涂。,表面处理注意事项 柜箱表面的
7、涂层不应眩光，以免影响监控； 覆铝锌板一般不用于喷塑，以免高温气泡； 结构件图纸一定要严格按比例绘制； 外协时提供CAD电子文档，可缩短加工周期，减少供应商二次绘图产生的错误。,3 常用加工工艺 3.1钣金件加工工艺流程 数控冲床和数控折弯设备加工钣金件的工艺流程如下： 模具加工钣金件的工艺流程与模具结构有关，如果采用单工序模，每个工序需要一套模 具，一个复杂的零件需要多套模具才能完成加工。如果采用复合模，则可以多个工序在一次冲 压完成，但复合模的成本较贵，目前我们公司批量不大，多采用单工序模,有时在单工序模中 采用不同的闭模行程做不同的镶件，9250反光板2采 用了这种方法。参考图纸附件图纸
8、,3.2 冲裁 3.2.1 冲裁设备精度与零件精度 冲裁有两种方法：数控冲床冲裁和模具冲裁,对于单量不大的零件很多公司多采用数控 冲床冲裁。数控冲床的精度一般为0.1，该精度与设备的新旧有一定的关系，与加工的 尺寸大小没有太大的关系，这一点与模具冲裁有一定的差别。目前钣金厂加工的零件多采 用数控冲裁落料，因此设计的零件平面冲裁尺寸精度不得高于0.1。模具冲裁零件的精 度与模具结构有关，平冲件的尺寸公差一般都小于0.1mm,我司的产品一般都采用模具冲 裁方法，公差尺寸采用GB/T1804-m。 3.2.2冲裁件的工艺性要求 零件的孔径尺寸、止裂槽尺寸或外圆角尺寸尽可能与刀具尺寸符合。 冲裁件尽量
9、避免过长的悬臂和狭槽，悬臂和狭槽的宽度不宜过小，其合理数值可参 考下表： 对合金钢或不锈钢 A2t 对一般钢 A1.5t 对黄铜、铝 A1.2t t材料厚度。,冲孔时，孔径不宜过小。其最小孔径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等 有关。其合理数值可参考下表：,零件的冲孔边缘离外形的最小距离随零件与孔的形状不同要有一定的限制，如下图。 当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚度，即at；孔边缘与 零件外形边缘平行时，应取b1.5t。,用模具冲裁的零件，其外形或内孔应避免锐角，做成适当的圆角，可增加模具使用 寿命，不易产生裂纹。一般可取R 0.5t ，(t材料厚度)，如下图：
10、 4、折弯 4.1 折弯设备的精度与零件的精度 数控折弯机的定位精度分两方面，定位装置的前后移动精度0.， 下模的上下移动 精度也为0.(此误差影响折弯角的精度)。折弯零件的精度与工人的操作有较大关系， 理论上每一道折弯都有可能产生0.的误差。对于要求较严的尺寸，也可以通过操作工 的调整补偿减少误差。尺寸标注时在满足产品要求的情况下，尽量考虑生产加工的效率。,4.2 数控折弯机的刀具 数控折弯机的折弯刀有很多种，按刃口分，有R=0.2, R=0.6, R=1，按刀具结构 分，有直角刀，避位刀，鹅颈刀等，折弯下模一般是90V形模现有V模宽度有：V=4 , V=7,V=8, V=12，折弯刀具和下
11、模的关系如下图。,4.3 数控折弯件的工艺性要求 4.3.1 在折弯有撕裂的地方，需要留撕裂槽。撕裂槽的宽度一般不小于.t，且1.5。 撕裂槽的长度和宽度与壁厚的关系如下图b,c所示。或者是折弯线让开阶梯线如下图所 示。,4.3.2 折弯件的直边高度不宜过小，否则不易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。 其弯曲值hR+2t，且3方可。如下图,示。 4.3.3 当折弯边带有斜角时（如下图，），侧面的最小高度为：h=(24)mm,且hR+2t（R为折弯内角）。,4.3.4 折弯件的孔边距离：先冲孔后折弯的零件，为了避免折弯时孔变形，从孔边到弯 曲半径r中心的距离取为：当t2mm时，Lt；当t2
12、mm时，L2t。 4.3.5 先折弯再冲孔的零件（主要争对用冲模的零件），其孔边与工件直壁之间应保持一 定的距离，距离太小时，在冲孔时会使凸模受水平推力而折断：从孔边到弯曲半径r中心 的距离取为： L0.5t ,如下图。,4.3.6 压死边的尺寸要求，压死边的长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般压死边最 小长度LR 3.5t。其中t为材料壁厚，R为压死边前道工序的最小内折弯半径，一般为 0.6。 4.3.7 板件折弯时，若弯曲处的圆角过小，则外表面容易产生裂纹，尤其铝板最明显。若 弯曲圆角过大，因受到回弹的影响，弯曲件的精度不易保证。折弯内圆角与材料厚度和材 质有一定的关系，一般碳 但受折刀
13、具规格的限制，推荐选用折弯内半径R = 0.6,结构没 有特殊要求时图纸上不需要标注具体的尺寸。由工厂选择合适的折弯刀。 4.3.8 折弯件不得对多个折弯边(如下图的L1, L2, L3)同时要求较严的尺寸公差。,4.4模具弯曲件的工艺性要求 4.4.1弯曲件的直边高度太小时，会影响弯曲件成型后的角度精度。要求R+2t 4.4.2在U形弯曲件上，两弯曲边最好等长，以免弯曲时产生向一边移位。如不允许，可设 一工艺定位孔，如下图。 4.4.3为了防止零件弯曲后，直角的两侧平面产生褶皱，应设计预留切口，如下图。,4.4.4 为了防止零件弯曲后，折弯边回弹，建议在对接处设计切口形式。如下图 a1.5t
14、 （t材料厚度) 4.4.5 为了防止冲孔后再弯曲的零件，在孔边产生裂纹，建议增加切口，如下图。,4.4.6 防止弯曲时，一边向内产生收缩。可设计工艺定位孔，或两边同时折弯，还可用增 加幅宽的办法来解决收缩问题。,4.4.7 弯曲的零件，在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件的刚度，也有利于抑制回弹。 常用筋的结构尺寸推荐如下,4.5 拉深 利用具有一定圆角半径的拉深模，将平板毛坯或开口空心毛坯冲压成容器状零件的冲 压过程称为拉深。 4.5.1 拉深件的精度 拉深件的尺寸精度不宜要求过高。 拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度。在一般情况下，深度的精 方向的精度不应超过GB/T 1
15、5055-级。直径方向的尺寸精度不应该超过IT12级，产品图 上的尺寸应注明必须保证外部尺寸或是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。,4.5.2 拉深件的工艺性要求 拉深件的形状应尽量简单、对称。 拉深件各部分尺寸比例要恰当，尽量避免设计宽凸缘和深度大的拉深件。（D凸3d，h2d）因为这类零件要较多的拉深次数。 拉深件的圆角半径要合适，圆角半径尽量取大些，以利于成型和减少拉深次数。 拉深件要留出合理的圆角半径。如下图。,4.5.3 拉深件冲孔的合适位置。,4.5.4 防止拉深时产生扭曲变形，A、B宽度应相等（对称）即A=B。 4.5.5 定位凸台的高度不能太大， 一般h（0.250.35）t 。
16、如下图,4.5.6 对较长的板金件为了提高其强度，有时需要设计加强筋。加强筋的形状、尺寸及适 宜间距尺寸要求如下表。此类零件容易变形，因此平面度要求高的零件不推荐采用这种结 构。,6、 压铆和攻丝 6.1 压铆精度和工艺性要求 压铆可分为铆螺钉，铆螺母，铆螺柱，铆销钉。压铆螺母的位置尺寸精度为底孔的位置尺寸公差附加0.05, 考虑到压铆件的垂直度影响，压铆螺钉、压铆螺柱、压铆销钉的尺寸精度为底孔尺寸公差附加0.1的公差。（以压铆件的顶端为测量点） 6.2 攻丝和翻边攻丝的精度和工艺性 6.2.1 攻丝和翻边攻丝孔距的尺寸精度为底孔的尺寸公差附加0.05。 6.2.2 翻边攻丝的预制底孔直径最好不要小于板厚，尤其对较硬的材料，如不锈钢，对于 预制底孔直径小于板厚的情况，建议改用压铆螺母。 6.3 焊接 常用的焊接种类有：点焊（也叫碰焊），CO2焊接，氩弧焊接，激光焊接。点焊
