面向制造和装配的产品设计-第三部分-钣金件的设计

DFMA面向制造和装配的产品设计钣金件的设计 2023 ChiSDFMA目录概念材料类型钣金设计u冲裁u折弯u拉深u凸包u止裂槽u飞边u提高强度u降低成本u装配及对比DFMA六、钣金件设计-概念钣金概念：钣金件最常用的就是用冲压工艺制成的，依据钣金件复杂程度的不同，通常需要一副到多副模具。冲压：是利用冲压模具安装在压力机(例如冲床)等设备上，对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的钣金件的一种成形加工方法。冲压可以粗略分为冲裁和成形两大类。冲裁又叫做分离工序，是使坯料的一部分与另一部分沿一定的轮廓线相互分离的工序。成形也叫变形工艺，是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。分离工序落料冲孔切断修整变形工序拉伸拉伸变薄拉伸弯曲弯曲卷曲扭曲成形翻边缩口卷边整形压印翻孔翻孔翻孔翻孔翻孔模具类型优点缺点工程模1、模具简单，容易制作2、制作费用低，周期短3、各道工序没有加工方向限制1、一个零件模具数量多2、一个模具使用一个压力机3、生产效率较低4、有半成品复合模1、零件同轴度较好，表面平直，尺寸精度高2、生产效率高，且不受条料外形尺寸的进度限制3、可以充分利用短料和边角余料1、模具零件加工制造比较困难，成本较高2、凸凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内控间距、内控与边缘间距较小的零件不宜采用连续模1、易于实现自动化，生产效率高2、减少压力机的使用和零件半成品的运输和储存模具结构复杂，制作精度要求高，周期长，成本高工程模、复合模、连续冲压模具对比DFMA六、钣金件设计-钣金材料普通冷轧板SPCC：钢锭经冷轧机连续轧制成的钢板卷料或板料。表面无防护，在空气中易氧化，出现暗红色铁锈。实际使用时表面需要喷漆、电镀或采取其他防护措施。镀锌钢板SECC：底料一般是冷轧钢卷，在连续电镀生产线经过脱脂、酸洗、电镀及各种后处理后即成为电镀锌产品。具有一般冷轧钢板的力学性能及近似的加工性，且具有优越的耐蚀性和装饰性。热浸镀锌钢板SGCC：将热轧酸洗或冷轧半成品，经清洗、退火、进入约460的熔融锌槽中，以使钢片镀上锌层。SGCC比SECC硬，延展性差（应避免深抽设计），锌层较厚，焊接性差。不锈钢SUS301：Cr的含量较SUS304低，耐蚀性能较差，经冷加工后能获得很好的拉伸性能和硬度，弹性较好，多用于弹片弹簧及防电磁干扰。不锈钢SUS304：含Ni，比含Cr的钢具有更好的耐蚀性、耐热性，拥有非常好的力学性能，无热处理硬化现象，无弹性。DFMA六、钣金件设计-冲裁冲裁：利用冲裁模，在压力机的作用下使板料分离的一种冲压工艺方法。冲裁是冲孔、落料、切断、切口、割切等多种分离工序的总称。冲裁是冷冲压加工方法中的基础工序，它可以直接冲制出所需的成品零件，也可以为其他冷冲压工序制备毛坯。避免钣金外部、内部尖角：R0.5T，R0.8mm。原因：u一是安全因素，钣金件的外部尖角很锋利，容易造成操作人员在制造和装配产品的时候刮伤手指，同时也可能使得消费者在使用或者维修产品的过程中刮伤手指，造成人身伤害；u二是冲压模具因素，钣金件的尖角对应在模具上也是尖角，模具凹模上的尖角加工困难，同时热处理时易开裂，而且在冲裁时模具凸模的尖角处易崩刃和过快磨损，模具寿命显著降低。u用模具一次冲制完成时，一把圆角半径R应大于或等于板厚t的一般，即R0.5t。JB/T 4378.1-1999DFMA六、钣金件设计-冲裁避免过长的悬臂和狭槽：钣金件上避免过长的悬臂和狭槽，否则冲压模具上相对应的凸模尺寸小，强度低，模具寿命短。一般来说，过长的悬臂和狭槽的尺寸宽度不应小于零件壁厚的1.5倍，即A1.5T 钣金冲裁孔间距与孔边距：当钣金冲裁孔与孔或与边缘不平行时，孔间距或孔边距至少为钣金件厚度，即B1T；平行时，孔间距或孔边距至少为钣金件厚度的1.5倍，即C1.5T钣金冲裁孔的大小：冲孔太小，模具凸模尺寸小，易折断或压弯，使用寿命低。较硬材料(如不锈钢等)冲孔最小尺寸不应小于钣金厚度的1.5倍，即D1.5T冲孔优先选用圆形孔：钣金件冲孔优先选用圆孔，模具加工较容易。圆孔的开孔率较低，散热效果较差；六边形风孔开孔率较高，散热效果较好，但六边形风孔模具加工较复杂；正方形风孔开孔率最高，但因为边角是直角，模具容易磨损。因此在设计风孔时需要综合考虑模具加工容易性和系统散热效果，在满足系统散热要求的前提下，优先选用圆孔。DFMA六、钣金件设计-冲裁避免孔距离钣金折弯边或成形特征距离太近：钣金件冲裁孔距离钣金件折弯边或成形特征的距离最小为钣金件厚度的1.5倍加上折弯半径或成形半径，即E1.5T+R。否则冲裁孔极易在折弯或成形时发生扭曲变形。避免冲裁间隙过小或材料干涉：u1)当钣金件冲孔距离折弯边或成形边特征太近时，可以考虑先折弯或成形，然后再冲孔，但这会增加模具的复杂度，增加模具成本；u2)在钣金件折弯或成形处增加工艺切口，用于吸收钣金件折弯或成形时的变形，从而保证钣金件冲孔的质量；u3)还可以加大冲孔的尺寸DFMA六、钣金件设计-折弯折弯高度：至少应为钣金厚度的2倍加上折弯半径，即H2t+R；折弯高度太低，饭金折弯时容易变形扭曲，不容易得到理想的零件形状和理想的尺寸精度。折弯半径：折弯半径应大于材料最小折弯半径。材料材料条件软硬铝合金06t铍青铜04t黄铜02t镁合金5t13t6t0.5t铁不锈钢低碳钢、低合金0.5t4t钛0.7t3t钛合金2.6t4t各种材料的最小折弯半径u折弯半径也不是越大越好，折弯半径越大，折弯反弹越大，折弯角度和折弯高度越不容易控制，因此饭金折弯半径需要合理的取值。DFMA六、钣金件设计-折弯折弯方向：避免因折弯根部不能压料而造成折弯失败：在钣金折弯根部上方至少需要保证2倍钣金厚度加上折弯半径的距离上没有其他特征阻挡钣金折弯时的压料。避免折弯干涉：在钣金折弯的运动方向上，预留折弯间隙，以防干涉而造成折弯失败。折弯与纤维方向不垂直折弯与纤维方向垂直u饭金折弯时应尽量垂直于金属材料纤维方向；u当饭金折弯平行于金属材料纤维方向时，在金折弯处很容易产生裂纹，折弯强度较低，易破裂。DFMA六、钣金件设计-折弯保证折弯强度：折弯附着在较长的边上减少折弯工序：工序越多，模具成本越高，折弯精度越低避免复杂折弯：工序越复杂，模具成本越高，折弯精度越低多重折弯，孔难对齐：多重折弯，公差较大特征公差/mm一个折弯0.15两重折弯0.25三重折弯0.360.44四个折弯五重折弯0.51六重折弯0.59钣金折弯公差DFMA六、钣金件设计-拉深拉深：浅拉深可以一次成型；深拉深需要多次冲压拉深形状：尽量简单，对称，避免急剧的轮廓变化拉深转角：相邻转角预留适当圆弧过渡，防止模具磨损和应力集中拉深精度：不宜过高。深拉深浅拉深简图材料最大深度软钢（0.150.20）d铝（0.100.15）d黄铜（0.150.22）d常用材料最大拉深DFMA六、钣金件设计-凸包凸包深度：不超过钣金厚度的3倍，即3t凸包斜度：一般不小于15，即15凸包转角：应以圆角过渡凸包与周围特征的距离：至少保证2个钣金厚度以上距离，即E2tDFMA六、钣金件设计-止裂槽宽度：应大于钣金厚度的1.5倍长度：应超过变形区DFMA六、钣金件设计-飞边飞边的高度：0.1t飞边方向机需要压分边的边：暴露在外面的断口；人手经常触摸到的锐边；需要过线缆的孔或槽；有相对滑动的部位。壁厚材料抗拉强度（N/mm2）100250250400400630fmgfmgfmgfmg0.71.00.120.170.230.090.130.170.050.070.10.030.040.051.1.60.170.250.340.120.180.240.070.110.150.040.060.081.62.50.250.370.50.180.260.350.110.160.220.090.090.122.54.00.360.540.720.250.370.50.20.30.30.130.130.18各种材料的最小折弯半径uf：精密级，适用于较高要求的零件;um：中等级，适用于中等要求的零件;ug：粗糙级，适用于一般要求的零件。*毛边方向：BURRSIDE；*需要压毛边的部位：COIN或COINCONTINUE。DFMA六、钣金件设计-提高强度避免平板：通过加强筋、折弯、翻边反折压平，增加起伏成形的凸包等，提高强度。折弯边自铆或者通过拉钉等方式连接成一体：DFMA六、钣金件设计-降低成本形状：利于排样，尽量减少废料，提高材料使用率尺寸：避免狭长结构、避免展开后呈十字形工序：u合理定义折弯的附着边，否则，易增加折弯工序；u尽量避免复杂折弯，复杂折弯需要2套甚至多折弯模，是工序数增加的主要原因；u尽量避免反折压平，反折压平至少需要2个工序；u压飞边一般需要单独的压飞边工序模，对于产品内部零件尽量不压飞边。合理选择装配方式：u成本:卡扣 拉钉 自铆 点焊 普通螺钉 手动螺钉结构：合理利用钣金结构，减少零件数量标准化：尽量使用标准孔、槽等特征，选用标准厚度的材料避免狭长结构避免展开后呈十字形DFMA六、钣金件设计-装配卡扣：拉铆：自铆：点焊：u避免拉钉尾部与其他零件干涉u平头拉钉表面需低于钣金表面u避免拉钉枪干涉u点焊凸点设计u焊点间距不超过35mmu使用定位特征DFMA六、钣金件设计-装配螺钉：铆合螺母+螺钉：抽芽孔+自攻螺钉抽芽孔+攻螺纹+螺钉钣金壁厚t0.50.690.70.991.01.491.52.492.53.0螺钉种类钣金件抽芽孔直径M2.5x0.452.222.232.24-M3x0.52.702.712.72-M4x0.73.573.593.613.64-M5x0.8-4.534.564.59-自攻螺钉对应钣金件抽芽孔尺寸螺纹规格M3M3.5M4M54#-406#-328#-32抽牙高度1.51.82.12.41.92.42.4抽牙内径2.63.23.64.62.43.23.6攻螺纹前抽芽孔内径DFMA六、钣金件设计-装配方式对比装配放肆使用设备优点缺点要求卡扣无1、成本低2、快速装配和拆卸不能完全固定，常需要和其它装配方式配合/拉钉拉钉枪1、操作方便，流动性好2、可自动定位3、可返工1、产品上需要沉孔，增加冲模工序2、拉钉尾部会突出零件，影响其他零件3、拉钉不能在有限空间使用，拉钉枪被阻挡，可使拉钉拉偏拉钉尾部须8mm左右的空间避位，头部徐有直径20mm左右空间避让拉钉枪自铆自铆1、可自动定位2、小批量生产可手工制作1、产品上须做沉孔或抽芽孔，增加冲压模具2、不可拆卸，一旦实效，则配件报废，增加成本3、质量不易保障，不良高自铆孔距边不小于6m，自铆孔顶部空间须一定避让空间自攻螺钉电批可拆卸，成本低1、拆卸次数有限2、抽芽滑扣，配件报废螺钉顶部需一定避让空间攻螺纹+螺钉电批装配较可靠，可反复拆卸1增加攻螺纹工序，成本增加螺钉顶部螺母+螺钉电批1、最安全、最可靠2、可反复拆卸成本很高螺钉顶部点焊电焊机1、无须前加工，工艺简单2、无法自动为，需要定位特征1、需要焊接治具2、焊接结合力小，易脱焊3、不可拆卸，一旦实效，则配件报废，增加成本4、使用范围有限，不是钣金均适合点焊焊点中心距边不小于6mm，焊点中心距折边不小于8mmDFMA谢谢