钣金件结构设计工艺手册 - 图文

钣金件结构设计工艺手册

目 录

1 第一章 钣金零件设计工艺 1 1.1 钣金材料的选材 1

1.1.1 钣金材料的选材原则 1 1.1.2 几种常用的板材 1

1.1.3 材料对钣金加工工艺的影响 3 1.2 冲孔和落料： 5

1.2.1 冲孔和落料的常用方式 5 1.2.2 冲孔落料的工艺性设计 9 1.3 钣金件的折弯 13 1.3.1 模具折弯： 13 1.3.2 折弯机折弯 14

1.4 钣金件上的螺母、螺钉的结构形式 26 1.4.1 铆接螺母 26 1.4.2 凸焊螺母 29 1.4.3 翻孔攻丝 30

1.4.4 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 31 1.5 钣金拉伸 32

1.5.1 常见拉伸的形式和设计注意事项 32 1.5.2 打凸的工艺尺寸 33 1.5.3 局部沉凹与压线 33 1.5.4 加强筋 34 1.6 其它工艺 35 1.6.1 抽孔铆接 35 1.6.2 托克斯铆接 36 1.7 沉头的尺寸统一 36

1.7.1 螺钉沉头孔的尺寸 36

1.7.2 孔沉头铆钉的沉头孔的尺寸的统一 36 1.7.3 沉头螺钉连接的薄板的特别处理 36 2 第二章 金属切削件设计工艺 37 2.1 常用金属切削加工性能 37 2.2 零件的加工余量 38

2.2.1 零件毛坯的选择和加工余量 38 2.2.2 工序间的加工余量 38

2.3 不同设备的切削特性、加工精度和粗糙度的选择 39 2.3.1 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系 39 2.3.2 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系 39 2.4 螺纹设计加工 40

2.4.1 普通螺纹的加工方法 40 2.4.2 普通螺纹加工常用数据 40 2.4.3 普通螺纹的标记 41

2.4.4 普通螺纹公差带的选用及精度等级 41

2.4.5 英制螺纹的尺寸系列 42

2.5 常见热处理选择和硬度选择。 42 2.5.1 结构钢零件热处理方法选择 42 2.5.2 热处理对零件结构设计的一般要求 43 2.5.3 硬度选择 43

3 第三章 压铸件设计工艺 44 3.1 压铸工艺成型原理及特点 44 3.2 压铸件的设计要求 45

3.2.1 压铸件设计的形状结构要求 45 3.2.2 压铸件设计的壁厚要求 45 3.2.3 压铸件的加强筋/肋的设计要求 45 3.2.4 压铸件的圆角设计要求 45 3.2.5 压铸件设计的铸造斜度要求 46 3.2.6 压铸件的常用材料 46 3.2.7 压铸模具的常用材料 46 4 第四章 铝型材零件设计工艺 46 3.3 型材挤压加工的基本常识 46 3.3.1 铝型材的生产工艺流程 46 3.3.2 常见型材挤压方法 47

3.3.3 空心型材挤压模具简单介绍 49 3.4 铝型材常用材料及供货状态 49 3.5 铝型材零件的加工及表面处理 51 3.5.1 铝合金型材零件的加工 51 3.5.2 铝合金型材零件的表面处理 51 4 第五章 金属的焊接设计工艺 53 4.1 金属的可焊性 53

4.1.1 不同金属材料之间焊接及其焊接性能 53 4.1.2 同种金属的焊接性能 53 4.2 点焊设计 55 4.2.1 接头型式 55 4.2.2 点焊的典型结构 55 4.2.3 点焊的排列 55

4.2.4 钢板点焊直径以及焊点之间的距离 56 4.2.5 铝合金板材的点焊 57 4.2.6 点焊的定位 57 4.3 角焊 58 4.4 缝焊 58

5 第六章 塑料件设计工艺 59 5.1 塑胶件设计一般步骤 59

5.2 公司不同的产品系列推荐的材料种类。 59 5.3 塑胶件的表面处理 60 5.4 塑胶件的工艺技术要求. 61 5.4.1 塑胶件零件的壁厚选择 61 5.4.2 塑胶零件的脱模斜度 61

5.4.3 塑胶零件的尺寸精度 62 5.4.4 塑胶的表面粗糙度. 63 5.4.5 圆角 64

5.4.6 加强筋的问题 64 5.4.7 支承面 64

5.4.8 斜顶与行位问题 64

5.5 塑胶的极限工艺问题的处理方法 65 5.6 塑胶零件常须解决的问题。 66 5.7 塑胶件正在进入的领域。 67 6 第七章 表面处理工艺 68 6.1 金属镀覆 68

6.1.1 金属镀覆工艺范围 68 6.1.2 电镀基础介绍 68

6.1.3 金属镀覆设计注意事项 69

6.1.4 几种常用零件电、化学处理推荐 71 6.2 表面喷涂 71

6.2.1 喷涂基础介绍 71

6.2.2 表面效果选择原则 72 6.2.3 喷粉、喷漆设计注意事项 72 6.3 表面丝印 74

6.3.1 丝网印刷原理： 74

6.3.2 丝网印刷的主要特点： 74 6.3.3 丝印设计注意事项 75 6.4 移印介绍 75

7 第八章 结构图纸零部件的分级和代码申请 76 7.1 零部件分级和代码申请的基本原则 76 7.2 单板整件图纸的分级方法 76

7.3 插箱整件图纸的分级方法和代码申请方法 78 7.4 整机配置（含机柜）的图纸的分级方法 80

第一章 钣金零件设计工艺 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。

钣金材料的选材原则

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； 在同一产品中，尽可能的减少材料的品种和板材厚度规格；

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；

对于机柜和一些大的插箱，需要充分考虑降低整机的重量；

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。

几种常用的板材介绍 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。

３）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0.25~2.5mm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、N2混合气体的还原退火炉加热到710~920℃，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450~460℃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。

４）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。

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AL—Mn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AL—Mg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/T16475—1996，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 新 1070A 1060 1050A 1035 1200 5A02 5A03 5A05 旧 L1 L2 L3 L4 L5 LF2 LF3 LF5 新 旧 新 2A80 2A90 4A11 6063 6061 2A11 2A12 2A13 旧 LD8 LD9 LD11 LD31 LD30 LY11 LY12 LY13 新 2A14 2A50 6A02 7A04 7A09 旧 LD10 LD5 LD2 LC4 LC9 新 H12 O T4 T5 T6 5A06 LF6 5A12 LF12 8A06 L6 3A21 LF21 2A02 LY2 2A06 LY6 2A16 LY16 2A70 LD7 状 态 旧 R M CZ RCS CS 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，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。 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。 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。 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（QSn6.5～2.5）、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。 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σs/σb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，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。 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1-2。 表1-2 常见材料的弹性模量和剪切模量 名称 灰铸铁 球墨铸铁 碳钢、镍铬钢 铸钢 轧制纯铜 冷拔纯铜 轧制磷锡青铜 冷拔黄铜 轧制锰青铜 轧制铝 拔制铝线 铸铝青铜 铸锡青铜 硬铝合金 弹性模量E 切变模量G GPa GPa 118~126 173 206 202 108 127 113 89~97 108 68 69 103 103 70 26.5 11.1 39.2 48 41.2 34.3~36.3 39.2 25.5~26.5 79.4 44.3 名称 轧制锌 铅 玻璃 有机玻璃 橡胶 电木 夹布酚醛塑料 赛璐珞 尼龙1010 硬四氯乙烯 聚四氯乙烯 低压聚乙烯 高压聚乙烯 混凝土 弹性模量E 切变模量G GPa GPa 82 16 55 2.35~29.4 1.96~2.94 3.95~8.83 1.71~1.89 1.07 3.14~3.92 1.14~1.42 0.54~0.75 0.147~0.24 13.73~39.2 0.69~2.06 0.69~0.98 4.9~15.69 0.0078 31.4 6.8 1.96 常用板材的性能比较 表1-3 几种常用板材的性能比较 价格系数 搭接电阻(mΩ) 27 26 26 23 60 46 46 数控冲床加工性能 好 好 好 好 好 差 一般 一般 好 好 激光加工性能 好 好 好 好 好 好 极差 极差 极差 极差 折弯性能 好 好 好 好 好 一般 好 极差 好 好 涨铆螺母工艺性 好 好 好 好 好 差 好 好 好 好 压铆螺母工艺性 好 好 好 好 好 很差 好 好 好 好 表面喷涂 一般 一般 一般 一般 一般 差 一般 一般 一般 一般 切口防护性能。 较好 好 最差 较差 差 好 好 好 好 好 材料 冷軋钢板鍍藍鋅 1.0 冷軋钢板鍍彩鋅 1.2 连续电镀锌钢板 1.7 热镀锌钢板 覆铝锌板 不銹钢 防锈鋁板 T2铜板 黄铜板 1.3 1.4 6.5 2.9 5.6 5.0 硬铝、超硬铝板 3.0 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。 冲孔和落料： 冲孔和落料的常用方式 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<0.6)不好加工，材料易变形；加工范围受刀具，夹爪等限制；适中的硬度和韧性有较好的冲裁加工性能；硬度太高会使冲裁力变大，对冲头和精度都有不好的影响；硬度太低，使冲裁时变形严重，精度受到很大的限制；高的塑性对成形加工有利，但不适合于蚕食、连续冲裁，对冲孔和切边也不太合适；适当的韧性对冲裁是有益的，它可以抑制冲孔时的变形程度；韧性太高则使冲裁后反弹严重，反而影响了精度。 数控冲一般适合冲裁T=3.5～4mm以下的低碳钢、电解板、覆铝锌板、铝板、铜板、T=3mm以下的不锈钢板，推荐的数控冲床加工的板料厚度为：铝合金板和铜板为0.8～4.0，低碳钢板为0.8～3.5mm，不锈钢板0.8～2.5mm。对铜板加工变形较大，数控冲加工PC和PVC板，加工边毛刺大，精度低。 冲压时用的刀具直径和宽度必须大于料厚，比如Φ1.5的刀具不能冲1.6mm的材料. 0.6mm以下的材料一般不用NCT加工。 不锈钢材料一般不用NCT加工。(当然，0.6~1.5mm的材料可以用NCT加工，但对刀具磨损大，现场加工出现的废品率的几率比其它GI等材料要高的多。) 其它形状的冲孔落料希望尽可能简单、统一。 数控冲的尺寸要规格化，如圆孔，六边形孔、工艺槽最小宽度为1.2mm。具体参考《钣金模具手册》。 冷冲模冲孔和落料： 对产量较大，尺寸不太大的零件进行冲孔落料，为提高生产效率，而专门开的钣金冲压模具。一般由凸模和凹模组成。凹模一般有：压入式，镶拼式等。凸模一般有：圆形，可更换；组合式；快装卸型等。最常见的冲模有：冲裁模（主要有：开式落料模，闭式落料模，冲孔落料复合模，开式冲孔落料连续模，闭式冲孔落料连续模），弯曲模，压延模。

特点：因为用冷冲模冲孔及落料基本可一次冲压完成，效率高，一致性好，成本低。所以对于年加工量在5000件以上，零件尺寸不是太大的结构件，加工厂一般开冷冲模加工，在结构设计时就要考虑按开冷冲模加工的工艺特点设计。比如零件不应出现尖角（除使用上必须外），需设计成圆角，可改善模具的质量和寿命，也使工件美观，安全，耐用；为满足功能要求，零件的结构形状可以设计得更复杂等。

密孔冲冲孔：

密孔冲可以视为数控冲的一种，对于有大量密孔的零件，为提高冲孔效率，精度等，专门开可一次冲大量密孔的冲孔模对工件进行加工。如：通风网板，进出风挡板等。见图1-1所示。图中阴影部分为密孔模，零件的密孔靠密孔模可快速冲出。比一个一个的冲孔，大大的提高效率。

图 1?1 密孔冲示意图

密孔设计注意的问题及要求：

产品上密孔的设计应考虑密孔冲模具的加工特点是重复多次冲裁，这样在设计密孔的排布的时候应采用这样的原则：

1）设计密孔排布时首先考虑借用《钣金模具手册》上规划的密孔模，以减少模具成本； 2）同一类型的密孔排布时应统一，行间距规定一个不变的数值，列间距也规定一个不变的数值，这样同一类型的密孔模具可以通用，减少开模数量，降低了模具的成本；

3）同一类型的孔的尺寸应一致，如六方孔可以统一为内切圆Φ5的六方孔，此六方孔为公司六方孔的常用尺寸，占六方密孔的90%以上。

4）采用错位排布两行孔数不等时，必须满足两个要求，1，孔距较大，两孔的边缘距离大于2t（t为材料厚度）；2，总排数应该为偶数排，如图1-2所示；

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。

图 1?4 密孔模

图1-1 b的密孔模只能设计成如图1-5所示。

图 1?5 密孔模

设计密孔的排布时尽量按照上述要求设计，并且连续和有一定的规律性，便于开密孔模具，降低冲压成本，否则只能采用数冲或开很多套模具来完成加工。如图1-6所示，图a，交错孔，行数不是偶数；图b，中间缺孔；图c，密孔距离太近，每行孔数和每列孔数都是奇数；图d、e，密孔距离太近，密孔的每行孔数不相等，这些不能仅靠密孔模冲孔一次完成加工，还须用其它补加工方法才能完成。图f，如果用密孔模加工，也需要用其它补加工方法才能完成，即使开落料模，也需要多副冲孔模完成，工艺性很差。

图 1?6 密孔排部示意图 激光切割：

激光切割是由电子放电作为供给能源，利用反射镜组聚焦产生激光光束作热源的一种无接触切割技术，利用这种高密度光能来实现对钣金件的打孔及落料。

特点：切割形状多样化，切割速度比线切割快，热影响区小，材料不会变形，切口细，精度及质量高，噪声小，无刀具磨损，无需考虑切割材料的硬度，可加工大型，形状复杂及其它方法难以加工的零件。但其成本较高，同时会损坏工件的支撑台，而且切割面易沉积氧化膜，难处理。一般只适合单件和小批量加工。

注意的问题及要求：一般只用于钢板。铝板及铜板一般不能用，因为材料传热太快，造成切口周围融化，不能保证加工精度及质量。激光切割端面有一层氧化皮，酸洗不掉，有特殊要求的切割端面要打磨；激光切割密孔变形较大，一般不用激光切割密孔。

线切割： 线切割是把工件和电极丝（钼丝，铜丝）各作为一极，并保持一定距离，在有足够高的电压时形成火花隙，对工件进行电蚀切割的加工方法，切除的材料由工作液带走。 特点：加工精度高，但加工速度较低，成本较高，且会改变材料表面性质。一般用于模具加工，不用作加工生产用零件。有些单板型材面板的方孔没有圆角，无法铣削，又因为铝合金不能用激光切割，如果没有冲压空间不能冲压，只能采取线切割加工，速度很慢，效率非常低，无法适应批量生产，设计应该避免这种情况。 常用的三种落料和冲孔方法的特点对比 表1-4常见三种冲孔和落料加工特点比较 注：以下数据为冷轧钢板的数据。 激光切割 数控冲(包括密孔冲) 冷冲模 可加工材质 可加工料厚 加工最小尺寸（普通冷轧钢板） 孔与孔，孔与边的边缘最小距离 孔与孔，孔与边的边缘优选距离 一般加工精度 加工范围 外观效果 钢板 1mm ～ 8mm 钢板，铜板、铝板 钢板，铜板、铝板 0.6mm ～ 3mm 一般小于4mm 冲圆孔?≧t 方孔小边W≧t 长槽宽W≧2t ≧1t ≧1.5t ±0.1mm 少量毛边 冲圆孔?≧t 最小细缝0.2mm 方孔小边W≧t 最小圆0.7mm 长槽宽W≧t ≧t ≧1.5t ±0.1mm 2000X1350 ≧t ≧1.5t ±0.1mm 2000X1350 外缘光滑，毛边大，且有切割端面有一带料毛边 层氧化皮 光滑，形状多变 切割外圆快 刻蚀，较浅，尺寸不受限制 不能 较高 毛边大，形状规范； 冲制密孔快 冲压凹形文字，符号较深；尺寸受模具限制 凹点，沉(沉)孔，小型拉伸等均可 低 曲线效果 加工速度 加工文字 光滑，形状多变 最快 冲压，凹形文字，符号，较深；尺寸受模具限制 可实现较复杂的形状 低 成形 加工费用 冲孔落料的工艺性设计 排布的工艺性设计 大批量及中批量生产，零件的材料费用占较大的比重，对材料的充分和有效利用，是钣金生产的一项重要经济指标。所以在不影响使用要求的条件下，结构设计人员设计时，争取

采用无废料或少废料的排布方法，如图1-7所示为无废料排布。 图 1?7 无废料排布 有些零件形状略加改变，就可以大大节约材料。如图1-8所示， 图2比图1省料。

图 1?8 略改设计的省料排部 冲裁件的工艺性 对于数控冲床加工外圆角，需要专用的外圆刀具，为了减少外圆刀具，如图1-9所示本手册规范外圆角为： 90度直角外圆角系列半径为r2.0，r3.0、r5.0，r10， 135度的斜角的外圆角半径统一为R5.0，： 图 1?9 冲裁件的外圆角 冲孔优先选用圆形孔，圆孔应按照《钣金模具手册》中规定的系列圆孔选取，这样可以减少圆孔刀具的数量，减少数控冲床换刀时间。 由于受到冲孔凸模强度限制，孔径不能过小，其最小孔径与材料厚度有关。在设计时孔的最小直径不应小于下表1-5所示的数值。 表1-5 用普通冲床冲孔的最小尺寸 冲孔的最小直径或最小边长(t为材料厚度) 材料 高、中碳钢 低碳钢及黄铜 铝、锌 布质胶木层压板 圆孔D（D为直径） ≥1.3t ≥1t ≥0.8t ≥0.4t 方孔L（L为边长） ≥1.2t ≥0.8t ≥0.6t ≥0.35t 腰圆孔、矩形孔a（a为 最小边长） ≥1t ≥0.8t ≥0.6t ≥0.3t 冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其值见图1-10： 图 1?10 冲裁件的孔与孔、孔与边缘之间的距离 考虑到模具的冲压加工中，采用复合模加工的孔与外形、孔与孔之间的精度较易保证，加工效率较高，而且模具的的维修成本，维修方便，考虑到以上原因，孔与孔之间，孔与外形之间的距离如果能满足复合模的最小壁厚要求，工艺性更好，如图1-11所示： 图 1?11 冲裁件的搭边要求 表1-6 复合模加工冲裁件的搭边最小尺寸 D1 D2 D3 D4 t (0.8以下) 3mm 3mm 1.6mm 1.6mm 2t 2t t (0.8~1.59) t (1.59~3.18) 2t 2t 2.5t 2.5t t (3.2以上) 如图1-12所示，先冲孔后折弯，为保证孔不变形，孔与弯边的最小距离 X≥2t+R 图 1?12 孔与弯边的最小距离 在拉深零件上冲孔时，见图1-13，为了保证孔的形状及位置精度以及模具的强度，其孔壁与零件直壁之间应保持一定距离，即其距离a1及a2应满足下列要求： a1 ≥R1+0.5t， a2≥R2+0.5t. 式中R1，R2－圆角半径； t－板料厚度。 图 1?13 在拉深件上冲孔 冲裁件的加工精度 图 1?14 冲裁件孔中心距的公差 图1-14冲裁件孔中心距的公差： 表1-7 孔中心距的公差表 单位：mm 材料厚度 <1 1～2 2～4 4～6 普通冲孔精度 公称尺寸L <50 ±0.1 ±0.12 ±0.15 ±0.20 50～150 ±0.15 ±0.20 ±0.25 ±0.30 150～300 ±0.20 ±0.30 ±0.35 ±0.40 高级冲孔精度 公称尺寸L <50 ±0.03 ±0.04 ±0.06 ±0.08 50～150 ±0.05 ±0.06 ±0.08 ±0.10 150～300 ±0.08 ±0.10 ±0.12 ±0.15 注：使用本表数值时所有孔应是一次冲出的。 图1-15孔中心距与边缘距离公差： 图 1?15 孔中心与边缘距离的公差 冲压件设计尺寸基准的选择原则 1） 冲压件的设计尺寸基准尽可能与制造的定位基准相重合，这样可以避免尺寸的制造误差。 2）冲压件的孔位尺寸基准，应尽可能选择在冲压过程中自始至终不参加变形的面或线上，且不要与参加变形的部位联系起来。 3）对于采用多工序在不同模具上分散冲压的零件，要尽可能采用同一个定位基准。 表1-8 孔中心与边缘距离的公差表 材料厚度 <2 ≥2～4 >4 尺寸b ≤50 ±0.2 ±0.3 ±0.4 50< P> ±0.3 ±0.5 ±0.5 120< P> ±0.5 ±0.6 ±0.8 220< P> ±0.7 ±0.8 ±1.0 注：本表适应于落料后才进行冲孔的情况。 二次切割 二次切割也叫二次下料，或者补割（工艺性极差，设计时应尽量避免）。二次切割就是拉伸特征对材料有挤料变形现象、折弯变形较大时，加大落料，先成型，再补割孔或外形轮廓，以达到去除预留材料，获得完整正确结构尺寸。 应用：拉伸凸台离边缘较近等，都必须补割。 以沉孔为例说明，如图1-16所示。 图 1?16 二次切割 钣金件的折弯 钣金的折弯，是指改变板材或板件角度的加工。如将板材弯成V形，U形等。一般情况下，钣金折弯有两种方法:一种方法是模具折弯，用于结构比较复杂，体积较小、大批量加工的钣金结构；另一种是折弯机折弯，用于加工结构尺寸比较大的或产量不是太大的钣金结构。目前公司产品的折弯主要采用折弯机加工。 这两种折弯方式有各自的原理，特点以及适用性。 模具折弯：

对于年加工量在5000件以上，零件尺寸不是太大的结构件（一般情况为300X300），加工厂家一般考虑开冲压模具加工。

常用折弯模具

常用折弯模具，如图1-17所示：为了延长模具的寿命，零件设计时，尽可能采用圆角。

图 1-17 专用的成形模具

过小的弯边高度，即使用折弯模具也不利于成形，一般弯边高度L≥3t（包括壁厚）。 台阶的加工处理办法

一些高度较低的钣金Z形台阶折弯，加工厂家往往采用简易模具在冲床或者油压机上加工，批量不大也可在折弯机上用段差模加工，如图1-18所示。但是，其高度H不能太高，一般应该在（0～1.0）t ，如果高度为（1.0～4.0）t，要根据实际情况考虑使用加卸料结构的模具形式。这种模具台阶高度可以通过加垫片进行调整，所以，高度H是任意调节的，但是，也有一个缺点，就是长度L尺寸不易保证，竖边的垂直度不易保证。如果高度H尺寸很大，就要考虑在折弯机上折弯。

图1-18 Z形台阶折弯 折弯机折弯

折弯机分普通折弯机和数控折弯机两种。由于精度要求较高，折弯形状不规则，通信设备的钣金折弯一般用数控折弯机折弯，其基本原理就是利用折弯机的折弯刀(上模)、V形槽(下模)，对钣金件进行折弯和成形。

优点:装夹方便，定位准确，加工速度快；

缺点:压力小，只能加工简单的成形，效率较低。 成形基本原理

成形基本原理如图1-19所示：

图 1-19 成形基本原理 折弯刀（上模）

折弯刀的形式如图1-20所示，加工时主要是根据工件的形状需要选用，一般加工厂家的折弯刀形状较多，特别是专业化程度很高的厂家，为了加工各种复杂的折弯，定做很多形状、规格的折弯刀。

下模一般用V=6t（t为料厚）模。

影响折弯加工的因素有许多，主要有上模圆弧半径、材质、料厚、下模强度、下模的模口尺寸等因素。为满足产品的需求，在保证折弯机使用安全的情况下，厂家已经把折弯刀模系列化了，我们在结构设计过程中需对现有折弯刀模有个大致的了解。见图1-20左边为上模，右边为下模。

图 1-20 数孔折弯模示意图 折弯加工顺序的基本原则： 由内到外进行折弯； 由小到大进行折弯；

先折弯特殊形状，再折弯一般形状；

前工序成型后对后继工序不产生影响或干涉。

目前的外协厂见到的折弯形式一般都是如图1-21所示。

图 1-21 折弯机折弯形式 折弯半径 钣金折弯时，在折弯处需有折弯半径，折弯半径不宜过大或过小，应适当选择。折弯半径太小容易造成折弯处开裂，折弯半径太大又使折弯易反弹。 各种材料不同厚度的优选折弯半径（折弯内半径）见下表1-9 表1-9 最小弯曲半径数值 (mm) 退火状态 材料 08、10、 15、20、 25、30、 45、50 65Mn 铝 紫铜 软黄铜 半硬黄铜 磷青铜 弯曲线方向与纤维方向的对应位置 垂直 0.1t 0.1 t 0.2 t 0.5 t 1.0 t 0.1 t 0.1 t 0.1 t 0.1 t —— 平行 0.4 t 0.5 t 0.6 t 1.0 t 2.0 t 0.35 t 0.35 t 0.35 t 0.35 t —— 垂直 0.4 t 0.5 t 0.6 t 1.0 t 2.0 t 0.5 t 1.0 t 0.35 t 0.5 t 1.0 t 平行 0.8 t 1.0 t 1.2 t 1.7 t 3.0 t 1.0 t 2.0 t 0.8 t 1.2 t 3.0 t 冷作硬化状态 注：表中t为板料厚度。 上表中的数据为优选的数据，仅供参考之用。实际上，厂家的折弯刀的圆角通常都是0.3，少量的折弯刀的圆角为0.5，所以，我们的钣金件的折弯内圆角基本上都是0.2。对于普通的低碳钢钢板、防锈铝板、黄铜板、紫铜板等，内圆角0.2 都是没有问题的，但对于一些高碳钢、硬铝、超硬铝，这种折弯圆角就会导致折弯断裂，或者外圆角开裂。 折弯回弹 图1-22折弯回弹示意图 1)回弹角Δα=b-a 式中 b——回弹后制件的实际角度； a—模具的角度。 2) 回弹角的大小 单角90 o自由弯曲时的回弹角见表1-10。 表1-10 单角90 度自由弯曲时的回弹角 材料 低碳钢 黄铜 σb=350MPa 铝、锌 r/t <1 1~5 >5 材料厚度t(mm) <0.8 4o 5o 6o 0.8~2 2o 3o 4o >2 0o 1o 2o 中碳钢

σb=400-500MPa

硬黄铜

σb=350-400MPa

硬青铜

σb=350-400MPa 高碳钢σb>550Mpa

<1 1~5 >5 5o 6o 8o 2o 3o 5o 0o 1o 3o

<1 1~5 >5 7o 9o 12o 4o 5o 7o 2o 3o 6o

3)影响回弹的因素和减少回弹的措施。

材料的力学性能 回弹角的大小与材料的的屈服点成正比，与弹性模量E成反比。对于精度要求较高的钣金件，为了减少回弹，材料应该尽可能选择低碳钢，不选择高碳钢和不锈钢等。

相对弯曲半径r/t 越大，则表示变形程度越小，回弹角Δα就越大。这是一个比较重要的概念，钣金折弯的圆角，在材料性能允许的情况下，应该尽可能选择小的弯曲半径，有利于提高精度。特别是注意应该尽可能避免设计大圆弧，如图1-23所示，这样的大圆弧对生产和质量控制有较大的难度：

图 1-23 钣金的圆弧太大

一次折弯的最小折弯边的计算

L形折弯的折弯时的起始状态如图1-24所示:

图 1-24 L形折弯的折弯

这里很重要的一个参数是下模口的宽度B。由于考虑到折弯效果和模具强度， 不同厚度的材料所需要的模口宽度存在一个最小值。小于该数值时，会出现折弯不到位或损坏模具的问题.经过实践证明， 最小模口宽度和材料厚度的关系为.

①

为最小模宽， T为材料厚度，计算最小模口宽度时K=6.目前厂家常用的折弯下模宽

度的规格如下:

4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，25

根据上面的关系式就可以确定不同的料厚在折弯时所需下模模口宽度的最小值. 例如1.5mm

厚的板材折弯时， B=6*1.5=9 对照上面的模宽系列可以选择模口宽度为10mm（或8mm）的下模.从折弯的起始状态图可以看出折弯的边不能太短，结合上面的最小模口宽度，得到最短折弯边的计算公式为②：（见图1-25所示）

（参考） ② 为最短折弯边，为最小模口宽，Δ为板材的折弯系数。

＝（8+2.5）/2+0.5=5.75mm(包括一个板厚) 1.5mm厚的板材折弯时，最短折弯边 图 1-25 最小模口宽 表1-11：冷轧薄钢板材料折弯内R及最小折弯高度参考表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 材料厚度 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 凹模槽宽 4 4 5 6 8（或6） 10（或8） 12 16（或14） 18 20 25 凸模R 0.2 0.2 0.8 或0.2 1 或0.2 1或0.2 1或0.2 1.5 或0.5 1.5 或0.5 2 或0.5 2 3 最小折弯高度 3 3.2 3.7 4.4 5.5（或4.5） 6.8（或5.8） 8.3 10.7（或9.7） 12.1 13.5 16.5 注：1、最小折弯高度包含一个料厚。 2、当V形折弯是折弯锐角时，最短折弯边需加大0.5。 3、当零件材料为铝板和不锈钢板时，最小折弯高度会有较小的变化，铝板会变小一点，不锈钢会大一点，参考上表即可。 Z形折弯的最小折弯高度 Z形折弯的折弯时的起始状态如图1-26所示： Z形折弯和L形折弯的工艺非常相似，也存在着最小折弯边问题，由于受下模的结构限制，Z形折弯的最短边比L形折弯时还要大，Z形折弯最小边的计算公式为： +0.5 +T ③ 为最短折弯边，为最小模宽，Δ为板材的折弯系数 ，T为料厚，为下模模口到边的结构尺寸，一般大于5mm。 图 1-26 Z形折弯 不同材料厚度的钣金Z形折弯对应的最小折弯尺寸L如下表1-12所示： 表1-12 Z形折弯的最小高度 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 材料厚度 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 凹模槽宽 4 4 5 6 8（或6） 10（或8） 12 16（或14） 18 20 25 凸模R 0.2 0.2 0.8 或0.2 1 或0.2 1或0.2 1或0.2 1.5 或0.5 1.5 或0.5 2 或0.5 2 3 Z形折弯高度L 8.5 8.8 9.5 10.4 11.7（或10.7） 13.3（或12.3） 14.3 18.2（或17.2） 20.1 22 25.5 折弯时的干涉现象 对于二次或二次以上的折弯，经常出现折弯工件与刀具相碰出现干涉，如图1-27所示，黑色部分为干涉部分，这样就无法完成折弯，或者因为折弯干涉导致折弯变形。 图 1-27 折弯的干涉 钣金折弯的干涉问题，不涉及到太多的技术，只要了解一下折弯模的形状和尺寸，在结构设计时注意避开折弯模就可以了。图1-28为常见的几种折弯刀的截面形状，在新修订的《钣金模具手册》都有介绍，并且在intralink库里也有对应的刀具实体，在设计没有把握的情况下，可以按照上图的原理，直接用刀具进行装配干涉检验。

图 1-28 折弯刀 对于翻孔攻丝来说，如图1-29所示的D值不能设计得太小，最小D值可以根据材料厚度、翻孔外径、翻孔高度、所选折弯刀具等参数计算或作图得到。以1.5mm厚的折弯钢板上翻M4的翻孔攻丝为例， D值应该大于8mm，否则，折弯刀会碰伤翻边。 图 1-29 翻孔攻丝件的折弯 孔、长圆孔离折弯边最小距离 如图1-30所示折弯处孔边离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形；因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距X≥t+R。 图1-30 圆孔距折弯边最小距离 表1-13 圆孔距折弯边最小距离 钣料厚度 最小距离X 0.6～0.8 1.3 1.0 1.5 1.2 1.7 1.5 2.0 2.0 3 2.5 3.5 如图1-31所示长圆孔离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形；因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距按表1-14，折弯半径参考表1-9折弯半径。 图1-31长圆孔距折弯边最小距离 表1-14 长圆孔距折弯边最小距离 L 最小距离X <26 2t+R 26～50 2.5t+R >50 3t+R 对不重要孔， 可将孔扩大至折弯线，如图1-32所示，缺点：影响外观效果。 图1-32 折弯改进设计 孔靠近折弯时的特殊加工处理 当靠近折弯线的孔距折弯线小于上述的最小距离时，折弯后会产生变形，此时可根据产品不同的要求， 作如下表1-15方式来处理。但是，可以看到这些办法的工艺性较差，结构设计应该尽量避免。 表1-15 孔靠近折弯时的特殊加工处理 1）折弯前压槽处理。在实际设计中，因为结构设计的需要，实际距离比上述距离还要小的情况，加工厂家往往采用折弯前压槽处理，如图1-31所示，其缺点是：折弯机压线处理，多一道工序，效率稍低，精度较低，原则上尽可能避免。 2) 沿折弯线割孔或割线: 当折弯线对工件外观无影响或可以接受时， 则以割孔改善其工艺性。 缺点：影响外观效果，并且因为割线或者割窄槽时，一般仔需要用激光机切割。 3) 在靠近折弯线的孔边折弯后补加工至设计尺寸， 当要求保证孔边距时， 可按此方式处理。一般这种二次去料不能在冲床上完成，只能在激光切割机上进行二次切割，定位麻烦，这种加工的成本很高。

4) 折弯后扩孔处理

只有一个或几个像素孔到折弯线的距离小于最小孔距， 产品外观要求严格时， 为了避免折弯时拉料， 此时可对像素进行缩孔处理， 即在折弯前先割出一小同心圆 (一般为Φ1.0)， 折弯后扩孔至原尺寸.

缺点：工程数多，效率低； 5）折弯机上模的最小宽度为4.0mm (目前)， 受此限制， 工件内部的折弯加工部分孔口不得小于4.0mm， 否则须将孔口扩大或考虑用易模成形.

缺点：制作易模效率低，易模生产效率低；扩孔影响外观；

弯曲件的工艺孔、工艺槽和工艺缺口

在设计弯曲件时，如果弯曲件须将弯边弯曲到毛坯内边时，一般应事先在落料后加冲工艺孔、工艺槽或工艺缺口如图1-33所示。

工艺孔 工艺缺口

图 1-33 加冲工艺孔、工艺槽或工艺缺口 d－工艺孔的直径，d≥t； K－工艺缺口的宽度，K≥t。

止裂槽或切口：一般情况下，对于一条边的一部分折弯，为了避免撕裂和畸变，应开止裂槽或切口。特别是对于内弯角小于60度的弯曲，更需要开止裂槽或切口。切口宽度一般大于板厚t，切口深度一般大于1.5t。

1-34中图b较图a折弯更合理。

图 1-34 开止裂槽或切口的折弯

工艺槽、工艺孔要正确处理，面板及外观能看得到的工件可不加折弯拼角工艺孔（如面板在加工过程中，为保持统一风格，均不设工艺缺口），其它应加折弯拼角工艺孔。如图1-35所示。

图 1-35 折弯拼角工艺孔

90度方向的折弯搭碰的间隙规定：

图纸设计时，对于没有特殊要求，不要标注90度方向的折弯搭碰之间的间隙，一些不合理的间隙标注，反而影响加工厂家的工艺设计。加工厂家一般按照0.2～0.3的间隙进行工艺设计。如图1-36所示：

图 1-36 折弯搭碰的间隙 突变位置的折弯

折弯件的折弯区应避开零件突变的位置，折弯线离变形区的距离L应大于弯曲半径r，即L≥r，如图1-37。

图 1-37 折弯区应避开零件突变的位置 一次压死边

一次压死边的方法：如图1-38所示，先用30度折弯刀将板材折成30度，再将折弯边压平。

图 1-38 压死边的方法

图中的最小折弯边尺寸L按照1.3.2.2中描述的一次折弯边的最小折弯边尺寸加0.5t(t为材料厚度)。压死边一般适用于板材为不锈钢、镀锌板、覆铝锌板等。电镀件不宜采用，因为压死边的地方会有夹酸液的现象。

180度折弯:

180度折弯的方法：如图1-39所示，先用30度折弯刀将板才折成30度，再将折弯边压平，压平后抽出垫板。

图 1-39 180度折弯的方法

图中的最小折弯边尺寸L按照1.3.2.2中描述的一次折弯边的最小折弯边尺寸加t(t为材料厚度)，高度H应该选择常用的板材，如0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0，一般这个高度不宜选择更高的尺寸。

三重折叠压死边:

如图1-40所示，先折形，再折死边。设计时注意各部分尺寸，保证各加工步骤满足最小折弯尺寸，避免不必要的后期加工。 图1-40三重折叠压死边 表1-16 最后折弯边压平所需最小承压边尺寸 料厚 承压边尺寸L 0.5 4.0 0.6 4.0 0.8 4.0 1.0 4.0 .2 4.5 .5 4.5 2.0 5.0 2.5 5.0 钣金件上的螺母、螺钉的结构形式 铆接螺母 铆接螺母常见的形式有压铆螺母柱、压铆螺母、涨铆螺母、拉铆螺母、浮动压铆螺母 压铆螺母柱 压铆就是指在铆接过程中，在外界压力下，压铆件使基体材料发生塑性变形，而挤入铆装螺钉、螺母结构中特设的预制槽内，从而实现两个零件的可靠连接的方式，压铆的非标螺母有两种，一种是压铆螺母柱，一种是压铆螺母。采用此种铆接形式实现与基材的连接的，此种铆接形式通常要求铆接零件的硬度要大于基材的硬度。普通低碳钢、铝合金板、铜板板材适合于压接压铆螺母柱，对于不锈钢和高碳钢板材因为材质较硬，需要特制的高强度的压铆螺母柱，不仅价格很高，而且压接困难，压接不牢靠，压接后容易脱落，厂家为了保证可靠性，常常需要在螺母柱的侧面加焊一下，工艺性不好，因此，有压铆螺母柱和压铆螺母的钣金零件尽可能不采用不锈钢。包括压铆螺钉、压铆螺母也是这种情况，不合适在不锈钢板材上使用。 压铆螺母柱的压接过程如图1-41所示： 图 1-41 压铆过程示意图 压铆螺母 压铆螺母的压接过程如图1-42所示：

图 1-42 压铆过程示意图 涨铆螺母

涨铆就是指在铆接过程中，铆装螺钉或螺母的部分材料在外力作用下发生塑性变形，与基体材料形成紧配合，从而实现两个零件的可靠连接的方式。常用的ZRS等等就是采用此种铆接型式实现与基材的连接的。涨铆工艺比较简单，连接强度较低，通常用在对紧固件高度有限制，且承受扭距不大的情况。如图1-43所示：

图1-43涨铆过程示意图 拉铆螺母

拉铆是指在铆接过程中，铆接件在外界拉力的作用下，发生塑性变形，其变形的位置通常在专门设计的部位，靠变形部位夹紧基

材来实现可靠的连接。常用的拉铆螺母就是采用此种铆接型式实现与基材的连接的。拉铆使用专用的铆枪进行铆接，多用在安装空间较小，无法使用通用铆接工装的情况，例如封闭的管材。如图1-44所示：

图 1-44拉铆过程示意图 浮动压铆螺母

有些钣金结构上的铆装螺母，因为整体机箱结构复杂，结构的积累误差太大，以致这些铆装螺母的相对位置误差很大，造成其它零件装配困难，在相应的压铆螺母位置上采用压铆式浮动螺母后，很好的改善了这一情况。如图1-45所示：(注意事项：压铆位置一定要有足够空间)

图1-45 浮动压铆螺母压入过程示意图 涨铆螺母或压铆螺母到边距离

涨铆螺母或压铆螺母都是通过对板料的挤压使之与板料铆合在一起，涨铆或压铆时如到边的距离太近，则容易使此部分变形，无特殊要求时，铆装紧固件中心线与板边缘最小距离应该大于L，见图1-46，否则必须使用专用夹具防止板的边缘受力变形。L的大小参见新的《非标紧固件》手册，每种非标紧固件的L值都有详细描述。

图 1-46 中心线与板边缘最小距离 影响铆接质量的因素

影响铆接质量的因素很多，总结下来，主要有以下几个：基材性能，底孔尺寸，铆接方式。

基材性能。基材硬度适当时，铆接质量较好，铆接件的受力较好。

底孔尺寸。底孔尺寸的大小直接影响铆接的质量，开大了，基材和铆接件的间隙大，对于压铆来讲，不能有足够的变形来填满铆接件上的沟槽，使剪切受力不足，直接影响压铆螺母（钉）的抗推力。对于涨铆螺钉来讲，底孔太大，铆接过程中由塑性变形而产生的挤压力变小，直接影响涨铆螺钉（母）的抗推力和抗扭力。对拉铆相同，底孔太大，使塑性变形后两件之间的有效摩擦力减小，影响铆接的质量。底孔尺寸小，虽然在一定程度上可以增加铆接的承力，但是容易造成铆接外观质量差，铆接力大，安装不便、易造成底板变形等缺点，影响铆接工作的生产效率和铆接的质量。

铆接方式。在上一节中已经有所介绍。

铆装螺钉、螺母在使用的过程中要非常注意其所在的场合，不同的场合，不同的受力要求，就要采用不同的型式。如果采用的不合适，就会降低铆装螺钉、螺母的受力范围，造成连接的失效。下面举几个例子来说明正常情况下的正确使用方法。

1） 不要在铝板阳极氧化或表面处理之前安装钢或不锈钢铆装紧固件。

2）同一直线上压铆过多，被挤压的材料没有地方可流动，会产生很大的应力，使工件弯曲成弧形

3）尽量保证在板的表面镀覆处理后再安装铆装紧固件。

4）M5、M6、M8、M10的螺母一般要点焊，太大的螺母一般要求强度较大，可采用弧焊，M4（含M4）以下尽量选用涨铆螺母，如是电镀件，可选用未电镀的涨铆螺母。

5）当在折弯边上铆压螺母时，为保证铆压螺母的铆接质量，需注意1、铆孔边到折弯边的距离必须大于折弯的变形区。2、铆装螺母中心到折弯边内侧的距离L应大于铆装螺母外圆柱半径与折弯内半径之和。即L>D/2+r。

凸焊螺母

凸焊螺母（点焊螺母）在钣金件结构设计中应用非常广泛，在公司的结构设计中，也经常用到，但是，很多设计中，预孔的大小没有按照标准，是无法准确定位的。国家标准的凸焊螺母有两种，一种是焊接六角螺母GB13680-92，定位比较粗糙，定位尺寸不准确，焊接后经常需要对螺纹回丝；另外一种是焊接六角螺母GB13681-92，焊接时有自定位结构，推荐采用这种结构。其结构型式和尺寸按图1-47和图1-48，焊接用钢板焊接前的孔径D0与板厚H的

推荐值按表1-17的规定。 图1-47 焊接六角螺母GB13681-92结构型式 图 1-48焊接六角螺母与钢板的焊接 表1-17 焊接六角螺母GB13681-92尺寸和对应钢板的开孔厚度（mm） 螺纹规格 (D或D×P) e dy h1 h2 m D0 H min max min max min max min max min max min max min M4 ─ ─ 9.83 5.97 0.65 0.55 0.35 0.25 3.5 3.2 6 3 0.75 6.96 0.70 0.60 0.40 0.30 4 3.7 7 3.5 0.9 M5 ─ ─ 7.96 7.87 0.75 0.60 0.40 0.30 5 4.7 8.09 8 4 0.9 M6 ─ M8 ─ M8×1 ─ 10.45 10.34 0.90 0.75 0.50 0.35 6.5 6.14 10.61 10.5 4.5 1 M10 M10×1 (M10×1.25) 18.74 12.45 12.34 1.15 0.95 0.65 0.50 8 7.64 12.61 12.5 5 1.25 M12 M12×1. 5 (M12×1. 25) 20.91 14.75 14.64 1.40 1.20 0.80 0.60 10 9.64 14.91 14.8 5 1.5 M16 M16×1. 5 ─ 26.51 18.735 18.605 1.80 1.60 1.0 0.80 13 12.3 18.93 18.8 6 2 10.95 12.02 15.38 5.885 6.87 6.075 7.09 注：尽可能不采用括号内的规格。 翻孔攻丝 翻孔攻丝的预孔、外经、高度等列表： 常用粗牙螺纹翻孔尺寸 表1-18 常用粗牙螺纹翻孔尺寸 螺纹直径M 材料厚度t 0.6 M2.5 0.8 1 1.2 1 M3 1.2 1.5 1 M4 1.2 1.5 2 1.2 M5 1.5 2 2.5 4.25 3.35 2.55 2.1 翻孔内径D1 翻孔外径D2 2.8 2.8 2.9 2.9 3.5 3.5 3.5 4.46 4.5 4.65 4.56 5.6 5.75 5.75 5.75 翻孔总高h 1.2 1.44 1.8 1.92 2 2.16 2.4 2 2.16 2.7 3.2 2.4 3 3.6 4 预冲孔直径D0 1.4 1.5 1.2 1.3 1.4 1.5 1.7 2.3 2.3 1.8 2.4 3 2.5 2.7 3.1 5 0.5 0.6 0.75 1 0.6 0.75 1 1.25 翻孔圆角半径 0.3 0.4 0.5 0.6 0.5 0.6 0.7翻孔攻丝到折弯边的最小距离 表1-19 翻孔攻丝中心到折弯边距离H值对照表： 材料厚度 螺纹直径 M3 M4 M5 - 1.0 6.2 1.2 6.6 7.7 7.6 1.5 - 8 8.4 2.0 - - - 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 表1-20 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 连接方式特点 加工性 板材要求 涨铆螺母 好 不锈钢压铆螺母 好 不锈钢铆装拉铆 好 无 翻孔攻丝 一般 薄板及铜、铝软材

铆装易脱落 很差，要使用特制压铆螺母，且要点焊 精度 耐用性 成本 质量 好 好 高 好 好 好 高 好 好 易滑牙 一般 铜、铝软材差，其好 它材料螺纹有3～4扣以上好 一般 好 底 一般 钣金拉伸 常见拉伸的形式和设计注意事项 钣金件的拉伸如图1-50所示， 图 1-50 钣金拉伸设计 钣金件的拉伸注意事项： 拉伸件的底与壁之间的最小圆角半径应大于板厚，即r1>t；为了使拉伸进行得更顺利，一般取r1=(3～5)t，最大圆角半径应小于板厚的8倍，即r1<8t。 拉伸件凸缘与壁之间的最小圆角半径应大于板厚的2倍，即r2>2t；为了使拉伸进行得更顺利，一般取r2=5t，最大圆角半径应小于板厚的8倍，即r1<8t。 圆形拉伸件的内腔直径应取D≥d+12t，以便在拉伸时压板压紧不致起皱。 矩形拉伸件相邻两壁间的最小圆角半径应取r3≥3t，为了减少拉伸次数，尽可能取r3≥1/5H，以便一次拉伸完成。 拉伸件由于各处所受应力不同，使拉伸后，材料厚度发生变化。一般，底部中央保持原来厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料变厚；矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。在设计拉伸产品时，在图纸上明确注明必须保证外部尺寸或内外部尺寸，不能同时标注内外尺寸。 拉伸件之材料厚度，一般都考虑工艺变形中的上下壁厚不相等的规律（即上厚下薄）。 圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度H和直径d之比应小于或等于0.4。 打凸的工艺尺寸 在钣金上打凸需参照以下数据： 在钣金上打凸的形状和尺寸，《钣金模具手册》上规定了几种系列尺寸，Intralink库中有相应的Form模型，设计时应按照手册规定的尺寸选用，直接调用库里的Form模具。 图 1-51 钣金上打凸 打凸间距和凸边距的极限尺寸 表1-21 打凸间距和凸边距的极限尺寸 简图 L 6.5 8.5 10.5 13 15 18 24 31 36 43 48 55 B 10 13 15 18 22 26 34 44 51 60 68 78 D 6 7.5 9 11 13 16 20 26 30 35 40 45 局部沉凹与压线 如1-52所示，在钣金上冲0.3深的半切压凹，可作为标贴等的粘贴位，可以提高标贴的可靠性，《钣金模具手册》上规定了与铭牌对应的系列尺寸，Intralink库中有相应的Form模型，设计时应按照手册规定的尺寸选用，直接调用库里的模具。此种半切压凹，变形比正常的拉伸要小的的多，但是，对于四周没有折弯或者折弯高度较小的大面积盖板和底板等零件，还是有一定的变形。替代方法：可以在贴标贴范围冲压两直角线，可改善变形，但标贴粘贴的可靠性降低，此方法还可用于产品编码、生产日期、版本、甚至图案等加工。 图 1-52 沉凹与压线 加强筋 在板状金属零件上压筋，见示意图1-53，有助于增加结构刚性，加强筋形状及尺寸应按照《钣金模具手册》上规定的五种规格选用。 图 1-53 加强筋示意结构 标注弯曲件相关尺寸时，要考虑工艺性 图 1-54 弯曲件标注示例 如图1-54所示， a）先冲孔后折弯，L尺寸精度容易保证，加工方便。b）和c)如果尺寸L精度要求高，则需要先折弯后加工孔，加工非常麻烦，最好不采用。 其它工艺 抽孔铆接 抽孔铆接是钣金之间的铆接铆接方式，主要用于涂层钢板或者不锈钢板的连接，采用其中一个零件冲孔，另一个零件冲孔翻边，通过铆接使之成为不可拆卸的连接体。优点:翻边与直孔相配合，本身具有定位功能，铆接强度高，通过模具铆接效率也比较高，具体方式如图1-55所示: 图 1-55 抽孔铆接 表1-22 抽孔铆接尺寸 料厚 参数 T 序号 (mm) 翻边高 H (mm) 翻边外径D(mm) 3.0 3.8 4.0 4.8 5.0 6.0 对应直孔内径d和预冲孔d0 d d0 d d0 d d0 d d0 d d0 d d0 1 2 3 4 5 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 1.2 2.0 2.4 2.7 3.2 2.4 2.3 1.5 0.7 3.2 3.1 2.4 3.4 1.8 3.3 3.2 3.0 2.8 2.6 2.1 1.8 1.2 1.0 4.2 4.1 4.0 3.8 3.6 3.4 2.9 4.3 2.7 4.2 2.3 4.0 1.7 3.8 3.2 2.9 2.5 2.0 5.2 4.0 5.0 3.6 4.8 3.2 注: 配合一般原则 H=T+T’+(0.3~0.4) D=D’-0.3 ； D-d=0.8T 当T≧0.8mm时，翻边孔壁厚取0.4T. 当T<0.8mm时，通常翻边孔壁厚取0.3mm. H通常取0.46±0.12 托克斯铆接 在钣金铆接方式中，还有一种铆接方式就是托克斯铆接，其原理就是两个板叠放在一起，如图1-56所示，利用模具进行冲压拉伸，主要用于涂层钢板或者不锈钢板的连接，它具有节省能源、环保、效率高等优点，以前通讯行业的机箱中采用这种铆接较多，但批量生产的质量控制较为困难，现在已经应用较少，不推荐采用。 图 1-56 托克斯铆接 沉头的尺寸统一 螺钉沉头孔的尺寸 螺钉沉头孔的结构尺寸按下表选取。对于沉头螺钉的沉头座，如果板材太薄，难以同时保证过孔d2和沉孔D，应优先保证过孔d2。 用于沉头螺钉之沉头座及过孔：(选择的板材厚度t最好大于h) 表1-23 螺钉沉头孔的尺寸 d1 d2 D h M2 Φ2.2 Φ4.0 1.2 M2.5 Φ2.8 Φ5.0 1.5 1.5 M3 Φ3.5 Φ6.0 1.65 1.5 M4 Φ4.5 Φ8.0 2.7 2.0 M5 Φ5.5 Φ9.5 2.7 2.0 优选最 1.2 小板厚 α 孔沉头铆钉的沉头孔的尺寸的统一 表1-24孔沉头铆钉的沉头孔的尺寸 1 2 D h α Φ2 Φ2.2 Φ4.0 1 120° 90° Φ2.5 Φ2.7 Φ5.0 1.1 Φ3 Φ3.3 Φ5.5 1.2 Φ4 Φ4.3 Φ7.0 1.6 Φ5 Φ5.3 Φ9.0 2 沉头螺钉连接的薄板的特别处理 采用M3沉头螺钉完成钣金与钣金的连接，如果开沉孔的板厚的厚度尺寸为1mm，按照常规的办法，是有问题的，但在实际设计中，大量遇到此类问题，下面采用涨铆螺母，沉孔的直径为6mm，可以有效完成连接，如图所示，这种尺寸在盒体插箱中大量采用。特别需要注意的是，这种连接方式要求下面是涨铆螺母。压铆螺母和翻孔攻丝不能完成紧固连接。 图 1-57 薄板的沉头螺钉连接 为了规范此类尺寸，d/D应按照如下尺寸： 表1-25 薄板沉头孔的统一 钢板厚度 M3 M4 1 4/6 --- 1.2 3.6/6.0 --- 1.5 3.5/6 5.8/8.8 第二章 金属切削件设计工艺 常用金属切削加工性能 对于金属切削加工零件材料来说， 除了能够满足制品的功能，并能够通过后续加工，满足对其装饰性、耐蚀性、导电性等性能要求外，还希望它能够有良好的切削加工特性。 工件材料的切削加工性是指在一定切削条件下，工件材料被切削的难易程度。为了对各种材料的切削加工性进行比较，用相对加工性Kr来表示。它是以切削抗拉强度σb=0.735Gpa 的45钢，耐用度T=60min时的切削速度υ060为基准，与切削其它材料时的υ60的比值，即Kr=υ60/υ060 。 当Kr>1 时，该材料比45钢容易切削，切削性能好；当Kr<1 时，该材料比45钢难切削，切削性能差。常驻机构用材料的切削加工性，根据相对加工性Kr的大小分为8 级，如表2-1所列： 表2-1 金属材料的切削加工性 加工性等级 工件材料分类 相对切削加工性Kr 代表性材料 很容1 易切削的材料 2 一般有色金属 易切钢、有色金属材料 较易切钢、有色金属材料 一般钢、铸铁 >3.0 铅黄铜HPb59-1、铝镁合金、9-4铝铜合金， 3 容易切削的材料 2.5~3.0 退火15Cr、自动机钢、 1.6~2.5 10钢、20钢、正火30钢 4 普通材料 1.0~1.6 45钢、灰铸铁、

5 6 7 8 难切削的材料 稍难切削的材料 较难切削的材料 难切削的材料 很难切削的材料 0.65~1.0 0.5~0.65 0.15~0.5 <0.15 调质2Cr13、70钢 调质45Cr、调质65Cr 1 Cr18Ni9、调质50Cr、某些钛合金 铸造镍基高温合金、某些钛合金 零件的加工余量 零件毛坯的选择和加工余量 零件毛坯的选择 毛坯种类的选择决定于零件的材料、形状、生产性质以及生产中获得的可能性。毛坯可以采用下列几种：轧制材料（截面为圆形、六角形或正方形等的棒料、板料以及带料等）和成型毛坯（铸件、锻件以及冲压件等）。 毛坯的加工余量 机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量。加工余量的大小取决于加工过程中各个工步应切除的金属层的总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸之间的偏差数值。 工序间的加工余量 选择工序间加工余量的原则 应采用最小的加工余量，以求缩短加工时间，降低零件的制造费用； 应保证各工序有充分的加工余量，能在最后的工序中保证图纸所要求的精度及表面粗糙度； 应考虑到零件热处理时引起的变形； 应考虑加工零件时所采用的设备及加工方法，以及零件在加工过程中可能发生的变形； 应考虑到被加工零件的大小，零件愈大则所要求的加工余量也应愈大。 选择工序间工序公差的原则 公差不应超出经济的加工精度范围； 选择公差时应考虑到加工余量的大小，公差的界限决定加工余量的极限尺寸； 选择公差时应根据零件的最后精度； 选择公差时应考虑生产批量的大小，对单件小批量生产的零件允许选择大的数值。 不同设备的切削特性、加工精度和粗糙度的选择 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系 表2－2 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系 序号 1 2 3 4 5 加工方法 粗车、镗、刨、钻 粗车、刨、铣、钻 车、镗、刨、钻、铣、锉 车、镗、刨、铣、刮1～2点/cm2、拉、磨、 锉、滚压、铣齿 车、镗、刨、铣、铰、拉、磨、滚压、刮1～2点/cm2、铣齿 表面状况 明显可见的刀痕 可见刀痕 可见加工痕迹 微见加工痕迹 看不清加工痕迹 表面粗糙度（Ra值不大于；μm） 25、50、100 12.5 6.3 3.2 1.6 6 7 8 9 10 11 12 车、镗、拉、磨、立铣、刮3～10点/cm2、滚压 可辨加工痕迹的方向 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05 0.025 0.012 铰、磨、镗、拉、刮3～10点/cm2、微辨加工痕迹的方向 滚压 布轮磨、磨、研磨、超级加工 超级加工 超级加工 超级加工 超级加工 不可辨加工痕迹的方向 暗光泽面 亮光泽面 镜面光泽面 雾状镜面 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系见表2－3 表2－3 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 基本尺寸 mm >0～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～180 >180～250 IT6 μm 0.2 0.2 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4 0.8 IT7 μm 0.8 0.8 0.8 0.8 1.6 1.6 1.6 1.6 IT8 μm 0.8 0.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 IT9 μm 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 3.2 3.2 3.2 IT10 μm 1.6 1.6 1.6 3.2 3.2 3.2 3.2 6.3 IT11 μm IT12 μm 1.6 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 螺纹设计加工 普通螺纹的加工方法 1）普通外螺纹的加工方法主要有：板牙加工、螺纹铣刀铣削加工、螺纹搓丝板和滚丝轮滚扎加工。 2）普通内螺纹的加工方法主要有：丝锥加工、螺纹铣刀铣削加工。 普通螺纹加工常用数据 表2－4 普通螺纹加工前的毛坯直径表 单位： mm 螺 纹 规 格 M2.5 M3 M4 M5 M6 M8 M10 螺纹 规格 杆 的 直 径 最 大 2.44 2.94 3.92 4.92 5.92 7.90 9.90 钢和青铜 h H 3 H1 4 H2 7 h 6 小 2.38 2.88 3.84 4.84 5.84 7.80 9.80 铸铁 H 5 H1 6 H2 9 h 8 最 大 2.13 2.60 3.42 4.33 5.12 6.86 8.63 孔 的 直 径 最 小 2.02 2.47 3.26 4.16 4.94 6.69 8.42 铝 H 6 H1 7 H2 10 最 钻头直径 2.05 2.50 3.30 4.20 5.00 6.70 8.50 表2－5 常用粗牙螺栓（或螺钉）的拧入深度、攻丝深度及钻孔深度表 单位：mm M4 3 M4 M5 M6 M8 M10 5.5 7 8 10 12 4 5 6 8 10 5.5 7 8 10 13 9 11 13 16 20 8 10 12 15 18 6 8 10 12 15 7.5 10 12 14 18 11 14 17 20 25 10 12 15 20 24 8 10 12 16 20 10 12 15 18 23 14 16 20 24 30 注1：h表示通孔拧入深度；H表示盲孔拧入深度；H1表示攻丝深度；H2表示钻孔深度。各个符号的含义见图2－1 图2－1螺纹拧入深度、攻丝深度及钻孔深度 注2：拧入深度只是推荐值，具体数值可以根据实际需求确定。 注3：M2规格的螺纹加工工艺性很差，公司不推荐使用， 注4：特殊情况时，允许H1＝H2；一般不推荐使用。 普通螺纹的标记 螺纹公差带代号的标注在螺纹代号之后，中间用―-‖分开。如果螺纹的中径公差带代号不同，则分别注出。前者表示中径公差带，后者表示顶径公差带。如果中径公差带与顶径公差带代号相同，则只标注一个代号。例如：M10-5g6g，M10×1-6H。 内、外螺纹装配在一起，其公差带代号用斜线分开，左边表示内螺纹公差带代号，右边表示外螺纹公差带代号。例如：M20×2-6H/6g；M20×2左-6H/5g6g。 一般情况下，不标注螺纹旋合长度，其螺纹公差带按中等旋合长度确定。必要时，在螺纹公差带代号之后加注旋合长度代号S或L，中间用―-‖分开。例如：M10-5g6g-S，M10-7H-L。【螺纹公差带三组旋合长度分别表示为：S（短）、N（中）、L（长）】。特殊需要时，可注明旋合长度的数值，中间用―-‖分开。例如：M20×2-5g6g-40。 普通螺纹公差带的选用及精度等级 表2－6普通内螺纹公差带的选用及精度等级 精度 精密 中等 粗糙 (5G) 公差带位置G S (6G) (7G) N (7G) 公差带位置H L S 4H *5H N 4H5H *6H *7H L 5H6H *7H 注：1. 大量生产的精制紧固件螺纹，推荐采用带方框的公差带，普通螺纹孔推荐孔为7H； 2. 优先选用带*号的公差带，不带*号的公差带其次，括号内的公差带尽可能不用； 3. 精密精度 —? 用于精密螺纹，当要求配合性质变动较小时采用； 中等精度 —? 一般用途； 粗糙精度 —? 对精度要求不高或制造比较困难时采用； 4. S — 短旋合长度；N — 中等旋合长度；L— 长旋合长度。旋合长度范围由螺纹的公称直径及螺距决定。 表2－7普通外螺纹公差带的选用及精度等级 精度 精密 中等 粗糙 公差带位置e S N *6e 公差带位置f L S N L *6f 公差带位置g S (5g6g) N *6g 公差带位置h L S N L (5h4h) (7h6h) (3h4h) *4h (7g6g) (5h6h) *6h 8g (8h) 注：1. 大量生产的精制紧固件螺纹，推荐采用带方框的公差带，一般外螺纹推荐6g； 2. 优先选用带*号的公差带，不带*号的公差带其次，括号内的公差带尽可能不用； 3. 精密精度 —? 用于精密螺纹，当要求配合性质变动较小时采用； 中等精度 —? 一般用途； 粗糙精度 —? 对精度要求不高或制造比较困难时采用； 4. S — 短旋合长度；N — 中等旋合长度；L— 长旋合长度。旋合长度范围由螺纹的公称直径及螺距决定。 英制螺纹的尺寸系列 表2－8 常用英制螺纹的尺寸系列 mm 尺寸代号 3/16 1/4 5/16 3/8 (7/16) 1/2 (9/16) 5/8 3/4 7/8 1 螺纹直径 外径d 4.762 6.350 7.938 9.525 11.112 12.700 14.288 15.875 19.050 22.225 25.400 中径d2 4.085 5.537 7.034 8.509 9.951 11.345 12.932 14.397 17.424 20.418 23.367 内径d1 3.408 4.724 6.131 7.492 8.789 9.989 11.577 12.918 15.798 18.611 21.334 螺距P 1.058 1.270 1.411 1.588 1.814 2.117 2.117 2.309 2.540 2.822 3.175 每英寸牙数n 24 20 18 16 14 12 12 11 10 9 8 注1：英制螺纹只在配制时使用，设计新产品时不使用。 注2：括号内尺寸尽可能不采用。 常见热处理选择和硬度选择。 结构钢零件热处理方法选择 结构钢零件热处理方法选择见表2－9 表2－9结构钢零件热处理方法选择 序号 1 2 3 4 热处理方法 退火（完全退火、不完全退火） 淬火－高温回火 正火－高温回火 用途 处理工作负荷轻，速度低的含碳0.15～正火（在静止空气中或吹风中冷却） 0.45％的碳钢零件。 处理中等负荷的含碳0.38～0.5％的中碳钢和中碳合金钢零件。第4种方法也可以作热处理锻件的预先热处理，代替长时间的退火。 5 6 7 8 9 退火或正火－淬火－低温回火 正火－高温回火－淬火－低温回火 正火－渗碳－淬火－低温回火 正火－高温回火－渗碳－高温回火－淬火－低温回火 氰化－淬火－低温回火 正火（调质）－表面淬火－低温回火 处理承受中等负荷，同时需要耐磨而含碳0.38～0.5％的中碳钢和中碳合金钢零件。 处理承受重负荷，在复合应力以及冲击负荷下具有高耐磨性而含碳0.15～0.32％的低碳钢和低碳合金钢零件。处理淬火后在渗碳层中有大量奥氏体的含碳0.15～0.32％的高合金钢。 处理在承受较重负荷，具有耐磨性的低碳或中碳合金钢零件。处理耐磨性高或抗蚀的低碳或中碳钢及合金钢零件或用于零件抗蚀氮化。处理在承受重负荷下具有良好耐磨性含碳0.4～0.5％的调质钢。 10 热处理对零件结构设计的一般要求 零件的尖角、棱角部分是淬火应力最为集中的地方，往往成为淬火裂纹的起点，因此设计时应尽量避免，尽可能设计成圆角或倒角。 薄厚悬殊的零件，在淬火冷却时，由于冷却不均匀而容易造成变形、开裂，因此设计应尽量避免，并采用应力小的分级淬火或等温淬火。 零件形状为开口或不对称结构时，淬火应力分布不均匀，容易引起变形；若结构必须开口，建议制造时先加工成封闭结构，淬火回火后再成形；因此尽量采用封闭对称结构。 对于有淬裂倾向而各部分工作条件要求不同的零件或形状复杂的零件，若条件许可尽可能采用组合结构或镶拼结构。 根据零件的实际使用情况，选择合理的技术条件。 考虑淬火变形以及淬火后的尺寸变化，预先控制零件的加工尺寸。 硬度选择 常用零件的选择要点 表2－10常用零件的选择要点 零件结构特点与工作条件 承受均匀的静载荷、没有引起应力集中的缺口的零件 选择要点 硬度越高，强度越高，可以根据载荷大小，选择较高的硬度或与强度相适应的硬度。（缺口一般是指槽、沟或端面变化较大） 需要较高的塑性，使其在承载情况下，应力分布均匀，减少应力集中的现象，只能具有适当的硬度。如果工作情况不允许降低硬度，则可用滚压等表面强化处理来改善应力分布。 冲击不大时，一般可用中碳钢全部淬硬；冲击力较大时，一般用中碳钢全部淬硬或表面淬硬；冲击力和疲劳应力都大时，一般是表面淬硬。 高速度或高精度一般要求HRC50～62；中速度一般采用中硬度HRC40～45；低速度一般采用低硬度，正火或调质硬度HB220～260。 由于不可能淬到很高的硬度（一般有引起应力集中的缺口的零件 承受冲击与疲劳应力的零件 从磨损或精度要求出发的零件 大尺寸的零件

只能达到HB220左右），只有降低配合件的硬度或用其他措施来处理。 两对相互摩擦的零件 传动齿轮 螺母与螺栓 小齿轮齿面硬度一般比大齿轮齿面硬度高HB25～40。 螺母比螺栓硬度低一些，一般硬度低HB20～40。 整体淬火后的硬度与材料有效厚度的关系 表2－11整体淬火后的硬度与材料有效厚度关系的经验数据 截面有效厚度（mm） 材料 15渗碳水淬 15渗碳油淬 35水淬 45水淬 45油淬 T8水淬 T8油淬 <2 4～10 58～65 58～62 45～50 54～59 40～45 60～65 55～62 58～65 40～60 45～50 50～58 30～35 60～65 60～65 50～55 48～53 58～64 60～64 60～65 11～20 58～65 45～50 50～55 60～65 60～65 50～55 48～53 50～60 60～64 60～65 20～30 58～65 35～45 48～52 60～65 60～65 45～50 45～50 48～55 58～63 60～64 30～50 58～62 30～40 45～50 56～62 56～62 40～45 40～45 45～50 52～62 58～63 50～80 50～60 40～45 50～55 45～55 35～40 35～40 40～45 48～50 56～62 80～120 20～35 40～45 35～40 56～60 淬火后的硬度（HRC） 20Cr渗碳油淬 60～65 40Cr油淬 50～60 35SiMn油淬 65SiMn油淬 GCr15油淬 CrWMn油淬 48～53 58～64 60～64 60～65 第三章 压铸件设计工艺 压铸工艺成型原理及特点 压铸，即压力铸造，是将液态金属或半液态金属，在高压作用下，以高的速度填充到压铸模的型腔中，并在压力下快速凝固而获得铸件的一种方法。 压铸时常用压力是从几兆帕至几十兆帕，填充起始速度在0.5-70m/s；压铸时的熔料温度，铝合金一般是610-670℃，锌合金一般是400-450℃，模具温度一般为合金温度的三分之一。 注：本章节只涉及锌铝合金压铸件的讨论。 压铸件的设计要求 压铸件设计的形状结构要求 合理的压铸件结构不仅能简化压铸模具的结构，降低制造成本，同时也能改善压铸件的质量。 应注意如下要求： 避免内部侧凹或盲孔结构； 避免或减少垂直于分型面的孔或外部盲孔结构； 压铸件设计的壁厚要求 压铸件壁厚度（通常称壁厚）是压铸工艺中的关键因素，如熔料填充时间的计算、凝固时间的计算、模具温度梯度的分析、压力（最终比压）的作用、留模时间的长短、压铸件顶出温度的高低及操作效率等等，都与壁厚有着直接的联系。 应注意如下要求： 压铸件壁厚偏厚会使压铸件的力学性能明显下降，薄壁压铸件致密性好，相对提高了铸件强度及耐压性； 压铸件壁厚不能太薄，太薄会造成铝合金熔液填充不良，成型困难，使铝合金熔液熔接不好，并给压铸工艺带来困难； 压铸件随壁厚的增加，其内部气孔、缩孔等缺陷也随之增加； 应尽量保持壁厚截面的厚薄均匀一致。 根据压铸件的表面积大小划分，锌铝合金压铸件的合理壁厚如下表3-1所示： 表3-1 锌铝合金压铸件的合理壁厚 压铸件表面积h（mm2） h ≤25 25 < h ≤100 100< h ≤400 h ＞400 壁厚t（mm） 1.0～3.0 1.5～4.5 2.5～5.0 3.5～6.0 压铸件的加强筋/肋的设计要求 加强筋/肋的作用是增加压铸件的强度和刚性，减少铸件收缩变形，避免工件从模具内顶出时发生变形，作为熔料填充时的辅助回路（熔料流动的通路）。 应注意如下要求： a.压铸件的加强筋/肋的厚度应小于所在壁的厚度，一般取该处壁厚的2/3~3/4； 压铸件的圆角设计要求 设计适当的工艺圆角，有利于压铸成型，避免应力及产生裂纹，并可延长压铸模具的寿命；当压铸件需要进行电镀或涂覆时，圆角处可防止镀（涂）料沉积，获得均匀镀（涂）层。 应注意如下要求： 压铸件上凡是壁与壁的连接处（模具分型面的部位除外）都应设计成圆角； 压铸件圆角一般取：1/2壁厚≤R≤壁厚； 压铸件设计的铸造斜度要求 铸造斜度是在脱模时，减少压铸件与模具型腔的摩擦，使压铸件容易被取出；减少铸件表面被划伤；延长压铸模使用寿命。 锌铝合金压铸件的一般最小铸造斜度如下表3-2所示： 表3-2 锌铝合金压铸件的一般最小铸造斜度 锌铝合金压铸件最小的铸造斜度 外表面 1° 内表面 1°30′ 型芯孔（单边） 2° 压铸件的常用材料 常用压铸铝合金一般有：ADC12、YL113、YL102、A380、A360等； 常用压铸锌合金一般有： 3#Zn； 目前，珠江三角洲地区比较普遍的铝合金材料是ADC12，它在压铸成型性、切削性、机械性能等各方面均有较好的表现。 压铸模具的常用材料 压铸模具型腔材料要求具有较高的冷热疲劳抗力、良好的断裂韧性及热稳定性。 表3-3 常用压铸模具型腔材料牌号 材料标准 AISI (美国) DIN (德国) JIS （日本） ASSAB (瑞典) GB (中国) 热作模具钢 H13 1.2344 SKD61 8407 4Cr5MoSiVi 第四章 铝型材零件设计工艺 铝型材是通过把加热到一定温度的铝坯锭放在挤压机的挤压筒中，挤压机的压力通过挤压杆、垫片作用在坯锭上，迫使金属流出挤压模，从而获得所需形状、尺寸、性能的制品。 型材挤压加工的基本常识 铝型材的生产工艺流程 铝型材成型加工中的主要工序是挤压，其它工序与供货状态有关，流程见图4-1 图 4-1 铝型材零件生产流程 常见型材挤压方法 按照挤压型材的类型，可分为实心型材挤压和空心型材挤压等。 按照坯料相对挤压筒的移动特点，可分为正挤压和反挤压等。 实心型材挤压 实心型材挤压采用两种基本方法，即金属正向流动的挤压、金属反向流动的挤压，分别如图4-2和图4-3所示。

1.挤压杆 2.挤压筒 3.挤压垫 4.坯锭 5.挤压模 6.制成品 图 4-2 实心型材正向挤压

1.堵头 2.坯锭 3.挤压筒 4.挤压模 5.制成品 6.挤压杆 图 4-3 实心型材反向挤压 空心型材挤压

根据空心型材的外形、孔的数目、尺寸形状、孔对型材断面中心位置的非对称分布程度等，空心型材挤压常采用两种基本方法：

a. 挤压针管材挤压法：可对空心或实心坯锭进行挤压，当采用实心坯锭时，在挤压之前先进行穿孔。这种方法挤压的空心型材没有接逢，一般用于形状简单、内孔直径较大的异形断面管材，如图4-4所示。

1.挤压杆 2.挤压筒 3.挤压垫 4.坯锭 5.挤压针 6.挤压模 7.制成品 图 4-4 无逢管材正向挤压

b. 组合模焊合挤压：挤压时采用实心坯锭，组合针和模子是一个整体或装成一个刚性结构。坯料4放入挤压筒2中，在挤压杆1通过挤压垫片3所传递的力的作用下，坯料金属在高

压作用下被模子5分成两股或两股以上的金属流，在模子的焊合室内被重新焊合。最终在模孔和组合针的逢数之数目等于被分开的金属流股数，如图4-5所示。

1.挤压杆 2.挤压筒 3.挤压垫 4.坯锭 5.模子 6.模套 7.组合针 8.制成品 图 4-5 组合模焊合挤压 空心型材挤压模具简单介绍

如上节所述空心型材有两种挤压方式，这里介绍后一种组合模，组合模是将模心置于模孔中与模子组合成一个整体，模孔的形状和尺寸决定了型材的外形和尺寸，而模芯的形状和尺寸则决定着型材内孔的形状和尺寸。

常见的组合模有舌形模和平面分流模等。舌形模又称桥式模，如图 (a)所示；主要缺点是挤压压余大，强度较差，且制造加工困难。平面分流模可用于舌形模无法生产的，双孔、多孔或内腔复杂的空心型材，如图4-6(b)所示。

图 4-6 空心型材模具示意 铝型材常用材料及供货状态

1. 根据GB/T 6892-2000《工业用铝及铝合金热挤压型材》，常见铝及铝合金牌号、状态如下表4-1所示：

表 4-1 型材的合金牌号、供货状态

合金牌号

供货状态

1060、1100、3A21、3003、5A02、5A03、5A05、5A06 2A11、2A12、2017 2024 5052 6005、6060 6061、6A02、6082 6063、6063A 7A04、7075 F O、H112、F O、H112、T4、F O、H112、F O、F H112、T5、F O、H112、T4、T6、F O、H112、T4、T5、T6、O、H112、T6、F 注：1.需方需求其他合金或状态时由供需双方协商确定； 2.表中加粗牌号6063、6005为公司常用型材材料。 6063和6005为公司Q/ZX 28.007.2–2004标准推荐使用材料： 6063是镁系列铝合金，具有良好的可挤压性，可以挤压各种截面复杂的型材；中等强度，可以满足各种机械加工的技术要求；适宜的物理特性，内部组织致密、具有良好的导电、导热性能；较好的耐蚀性、及接受阳极氧化的良好能力。主要用于插箱横梁、小面板、散热器、把手、导轨等。 6005是镁系列铝合金，强度和硬度高于6063；适宜的物理特性，内部组织致密、具有良好的导电、导热性能；较好的耐触性、及接受阳极氧化的良好能力。6005主要用于6063无法满足强度和硬度要求的场合，如插箱横梁，可减轻扳手啃咬型材现象，但6005型材加工的成型非常困难，一般的型材厂家不能加工，只有少数厂家能加工，且尺寸精度不易控制。 两种材料具体参数见公司《结构材料手册——有色金属材料》Q/ZX 28.007.2–2004标准。 2. 根据GB/T 16475-1996《变形铝及铝合金状态代号》，铝合金的状态如下表4-2： 表 4-2 铝合金基础状态代号、名称及说明与应用 代号 F O H 名称 自由加工状态 退火状态 加工硬化状态 说明与应用 适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的化学性能不作规定。 适用于经完全退火获得最低强度的加工产品 适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所下降的附加处理。H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字。 一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。 W 固溶热处理状态 T 热处理状态 适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳（不同于F、O、定状态的产品。T代号后面必须跟一位或多位阿拉伯数H、状态） 字。 铝型材的热处理，参见公司《结构型材设计手册》Q/ZX28.005-2001标准中铝合金型材热处理一节。 铝型材零件的加工及表面处理 铝合金型材零件的加工 铝合金型材零件的加工精度： 铝合金型材零件一般情况下，根据《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》GB/T 14846-93标准中的高精度要求加工，有特殊要求可按超高精度要求进行加工。 铝合金型材零件的表面粗糙度： 型材表面（氧化处理前表面）粗糙度，一般情况下，装饰面表面粗糙度Ra取0.8μm；非装饰面表面粗糙度Ra取1.6μm。 铝合金型材零件的切削加工： 根据铝合金型材的形状，型材后续一般进行铣削、车削加工和钻削加工，对于一些面板、横梁型材上方孔和异形孔需要进行模具冲压加工（批量大时）或线切割加工。型材切削面的粗糙度应根据设计需要一般Ra取6.3μm或3.2μm。 铝合金型材零件的表面处理 铝合金型材零件的非喷涂的表面处理 对于铝合金型材零件的非喷涂表面，在加工、装夹、和搬运途中产生的磕碰划伤等，为了掩饰这些轻微的划伤，没有喷粉处理的铝合金型材表面一般要进行喷砂处理，否则，难以通过产品的质量检验。喷砂按纹理粗细分为两种： ZX-SB100(Al) 粗纹和ZX-SB150(Al)细纹，一般选用150号。 第五章 金属的焊接设计工艺 焊接是制造金属制品的一项重要工艺和技术，被广泛应用于机械制造、电讯和家用电器的各个行业。焊接的方法分类方法有很多种，不同的焊接方法其焊接工艺有所不同。本章主要介绍金属的焊接性能及我们的结构设计中常用的几种焊接方法。 金属的可焊性 在设计金属材料之间的焊接结构时，首先要考虑要焊接的金属之间的可焊性，不同的金属进行焊接和相同的金属进行焊接，其可焊性都是不一样的。特别是重要的焊接结构时，要仔细检查焊接材料之间的可焊性。 不同金属材料之间焊接及其焊接性能 不同金属材料之间焊接及其焊接性能各不相同，具体见下表5-1： 表5-1 异种金属的焊接性 钨 钼 铬 钛 铍 铁 镍 铜 金 银 镁 铝 锌 镉 铅 锡 E E P G F P P P P P P P P G P E G P F P P P P P P P P F F F F F P P P P P P F F F F P P F P P G F F P P P F P P P E E P P P F F P P E F F F G P P P E F F F F P F F F G G P F F P E P P F P P P F P P P P F 钨 钼 E 铬 E 钛 F 铍 P 铁 F 镍 F 铜 P 金 银 镁 铝 P 锌 P 镉 铅 P 锡 P 注：E—优秀；G—良好；F—较好；P—差；空格—无数据。 同种金属的焊接性能 实际上，我们遇到最多的还是同种金属之间的焊接，主要是钢与钢的焊接，以及有色金属与有色金属之间的焊接。 钢与钢的可焊性 含碳量越低，钢合金中合金的含量越低，其焊接性能越好，含碳量和合金含量越大，可焊性不好，焊接时淬裂的可能性越大，具体参见表5-2。 表5-2 钢材的焊接性 钢号 可焊性 非铁元素含量(%) 可焊合金元素总含等级 含碳量 量 <1 1~3 <0.25 <0.2 说明 08、10、20、25、15Mn、20Mn、15Cr、20Cr、0Cr13、良好 1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni9、 >3 <0.18 在任何普通生产条件下，都能焊接，没有工艺限制，对于焊接前后热处理以及焊接焊接的热规范没有特殊要求，焊接后变形容易矫正。 焊接形成冷裂的倾向小，按照合理的焊接热规范可以得到满意的焊接性能。在焊接复杂的结构和厚板时，必须预热。 在通常情况下，焊接时，有形成裂纹的倾向，焊前应预热、焊后要热处理、严格按照特别的焊接规范，才能获得满意的焊接性能。 在通常情况下，焊接时，很容易形成裂纹的倾向，焊前应预热、焊后要热处理、严格按照特别的焊接规范，才能完成焊接。 <1 30、35、30Mn、30Cr、1Cr13、一般 0CrMnSi、 1~3 0.25~0.35 0.2~0.3 >3 0.18~0.25 <1 1~3 40、45、20Cr、较差 40Cr、2Cr13、 0.35~0.45 0.3~0.4 >3 0.28~0.38 <1 50、55、60、65、70、65Mn、3Cr13、50Cr、40CrSi、 1~3 很差 >3 >0.45 >0.4 >0.38 有色金属的焊接性能 有色金属的焊接，通常采用气焊和氩弧焊，并合理选择焊丝，才能到达理想的焊接性能。常用有色金属的焊接性能表5-3所示： 表5-3 有色金属焊接性能 铜 一般 点焊设计 黄铜 良好 硅青铜磷青铜 锡青铜铝青铜 较差 纯铝 良好 铝镁系铝合金 锰铝系铝合金 一般 硬 铝超硬铝 较差 高强度铝合金 很差 接头型式

点焊是电阻焊最常见的一种焊接方法是钣金结构设计中常用的焊接方式，常见的点焊接头是板材的搭接和折弯边接，如图5-1，

图5-1点焊的接头型式 点焊的典型结构

应尽可能采用具有强烈水冷的通用电极进行点焊。点焊距离工件边缘的距离不应太小。如图5-2。

X—焊点中心到折弯边的距离；D—电极的直径 图5-2点焊的结构形式 点焊的排列

点焊的排数在一般情况下，排成一列，在焊件要求有高强度时，允许用多行排列或交错排列。如图5-3。

图5-3点焊的排列

钢板点焊直径以及焊点之间的距离

两板厚度之比在1：3范围内时，能成功地点焊，但焊接情况并不理想，为了焊接性能好，两板厚度之比最好采用1：1，或者接近1：1。表5-4给出了不同厚度零件点焊的焊点直径、焊点排列之间距离、焊点之间的距离等参数。

表5-4 焊点的距离以及焊点的直径

零件厚度 (mm) 0.5+0.5 0.5+0.8 0.5+1.0 1.0+1.0 1.0+1.5 1.0+2.0 1.5+1.5 1.5+2.0 1.5+2.5 2.0+2.0 2.0+2.5 2.5+2.5

焊点中心至最近边缘距离X

(mm)

6 6 6 6 6 6 9 9 9 11 11 11

焊点直径d

(mm) 3~4 3~4 3~4 4~5 4~5 4~5 5~6 5~6 5~6 6~7 6~7 6~7

焊点排列之间距离u

(mm)

6~8 6~8 8~11 8~15 8~15 8~15 10~20 10~25 10~25 11~25 11~25 11~25

焊点之间的距离t

(mm)

8 8 11 15 18 20 20 25 25 25 25 25

注: 点焊零件的厚度不在表5-2的规范内，可以选用与其近似的规范。 铝合金板材的点焊 工业纯铝（L1-6）、防锈铝（LF2-LF6、LF21）的焊接性较好，硬铝（LY11、LY12）的焊接性尚稍差一些。对铝合金的点焊，因其导热性好，铝合金板的焊点最小间距一般不小于板厚的8倍。表5-4 为铝合金板焊点间距及搭边宽度。

表5-5 铝合金点焊最小搭边宽度、焊点间距和排间距离（mm）

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