《钣金结构设计工艺手册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钣金结构设计工艺手册（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
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
3、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
4、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
5、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 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
6、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。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
7、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/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
8、 L5 2A02 LY2 6061 LD30 7A09 LC9 T6 CS5A02 LF2 2A06 LY6 2A11 LY115A03 LF3 2A16 LY16 2A12 LY125A05 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
9、，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
10、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
11、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
12、，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，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
13、 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 1
14、010 1.07轧制铝 68 25.526.5 硬四氯乙烯 3.143.92拔制铝线 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
15、 1.7 26 好 好 好 好 好 一般 最差热镀锌钢板 1.3 26 好 好 好 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T2 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
16、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、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。图 1-3 密孔模图 1-1 a 的密孔模可设计成如图 1-4 所示。
