1 引言

薄板指板厚和其长宽相比小得多的钢板。它的横向抗弯能力差，不宜用于受横 向弯曲载荷作用的场合。薄板就其材料而言是金属，但因其特殊的几何形状厚 度很小，所以薄板构件的加工工艺有其特殊性。和薄板构件有关的加工工艺有 三类： (1) 下料：它包括剪切和冲裁。 (2) 成形：它包括弯曲、折叠、卷边和深 拉。 (3) 连接：它包括焊接、粘接等。薄板构件的结构设计主要应考虑加工工 艺的要求和特点。此外，要注意构件的批量大小。

薄板构件之所以被广泛采用是因为薄板有下列优点：

• (1) 易变形，这样可用简单的加工工艺制造多种形式的构件。

• (2) 薄板构件重量轻。

• (3) 加工量小，由于薄板表面质量高，厚度方向尺寸公差小，板面不需加工。

• (4) 易于裁剪、焊接，可制造大而复杂的构件。

• (5) 形状规范，便于自动加工。

2 结构设计准则

在设计产品零件时，必须考虑到容易制造的问题。尽量想一些方法既能使加工 容易，又能使材料节约，还能使强度增加，又不出废品。为此设计人员应该注 意以下制造方面事项。

钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的工艺 应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，使用寿命高，产品质量稳 定。在一般情况下，对钣金件工艺性影响最大的是材料的性能、零件的几何形 状、尺寸和精度要求。

如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺的要求和特点，这里推荐几条设 计准则。

2.1 简单形状准则

切割面几何形状越简单，切割下料越方便、简单、切割的路径越短，切割量也 越小。如直线比曲线简单，圆比椭圆及其它高阶曲线简单，规则图形比不规则 图形简单 ( 见图 1) 。

(a) 不合理结构 (b) 改进结构

图 1

图 2a 的结构只有在批量大时方有意义，否则冲裁时，切割麻烦，因此，小批量 生产时，宜用图 b 所示结构。

(a) 不合理结构

(b) 改进结构

图 2

2.2 节省原料准则（冲切件的构型准则）

节省原材料意味着减少制造成本。零碎的下角料常作废料处理，因此在薄板构 件的设计中，要尽量减少下脚料。冲切弃料最少以减少料的浪费。特别在批量 大的构件下料时效果显著，减少下角料的途径有：

(1) 减少相邻两构件之间的距离 ( 见图 3) 。

(a) 不合理结构 (b) 改进结构

图 3

(2) 巧妙排列 ( 见图 4) 。

(a) 不合理结构

(b) 改进结构

图 4

(3) 将大平面处的材料取出用于更小的构件 ( 见图 5) 。

(a) 不合理结构

(b) 改进结构

图 5

2.3 足够强度刚度准则

⑴ 、 带斜边的折弯边应避开变形区

⑵ . 两孔之间的距离若太小，则在切割时有产生裂纹的可能。 零件上冲孔设计应考虑留有合适的孔边距和孔间距以免冲裂。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有一定的限制。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 t ；平行时，应不小于 1.5t 。 最小孔边距和孔间距见表。

模具制作上以圆孔最坚固好制造维修，唯开孔率较低。

以正方形孔开孔率最高，但因是 90 度角，角边容易磨损崩塌 , 造成要修模而停 线 . 而六角形的开孔其大于 90 度的 120 度角比正方形孔开孔更坚固但开孔率在边 缘比正方形孔差一点。

⑶. 细长的板条刚度低，也易在剪裁时产生裂纹，特别是对刀具的磨损严重。 冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不小于 1.5t(t 为料 厚 ) ，同时应该避免窄长的切口与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口 强度。见图 3.3.1 。

对一般钢 A≥1.5t ；对合金钢 A≥2t ；对黄铜、铝 A≥1.2t ； t— 材料厚度。

2.4 可靠冲裁准则

图 9a 所示的半圆切线结构冲裁加工很难。因为这要求准确地确定刀具和工件之 间的相对位置。准确测量定位不仅费时，更重要的是，刀具由可磨损和安装的 误差，精度通常达不到这么高的要求。这样的结构一旦加工稍有偏差，质量很

难保证，且切割外观差。所以应采用图 b 所示的结构，它可保证可靠的冲裁加工 质量。

(a) 不合理结构

(b) 改进结构

图 9

2.5 避免粘刀准则 ( 穿破件的构型准则 )

在构件中间冲裁切割时会出现刀具和构件粘接交紧的问题。解决的办法： (1) 留有一定的坡度； (2) 切割面连通 ( 见图 10 和图 11) 。

(a) 不合理结构

(a) 不合理结构

图 10

图 11

当搭接在一道工序中用冲切法制成 90° 的弯边时，选材要注意材质不宜太硬， 否则易在直角弯折处破裂。应在弯边位置设计工艺切口，防止折角处破裂。

2.6 弯曲棱边垂直切割面准则

薄板在切割加工以后，一般还要进一步进行成形加工，比如弯曲。弯曲棱边应 垂直于切割面，否则交汇处产生裂纹的危险升高。若因其它限制垂直要求不能 满足时，应在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个圆角，其半径大于板厚的两 倍。

2.7 平缓弯曲准则

陡峭的弯曲需特殊的工具，且成本高。此外，过小的弯曲半径易产生裂纹，在 内侧面上还会出现皱折 ( 见图 16 、图 17) 。

(a) 不合理结构 (b) 改进结构
图 16
(a) 不合理结构 (b) 改进结构
图 17

2.8 避免小圆形卷边准则

薄板构件的棱边常用卷边结构 , 这有多项好处。 (1) 加强了刚度 ;(2) 避免了锋 利的棱边 ;(3) 美观。但卷边应注意两点 , 一是半径应大于 1.5 倍的板厚 ; 二是不 要完全的圆形 , 这样加工起来困难 , 图 18b 所示的卷边比各自 a 所示的卷边易加 工。

2.9 槽边不弯曲准则

弯曲棱边和槽孔棱边要相距一定的距离 , 推荐值是弯曲半径加上 2 倍的壁厚。弯 曲区受力状态复杂 , 且强度较低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。 既可以将整个槽孔远离弯曲棱边 , 也可以让槽孔横跨整个弯曲棱边 ( 见图 19) 。

2.10 复杂结构组合制造准则

空间结构过于复杂的构件 , 完全靠弯曲成形比较困难。因此尽量将结构设计得简 单一些 , 在非复杂不可的情况下 , 可用组合构件 , 即将多个简单的薄板构件用焊 接 , 螺栓连接等方式组合在一起。图 20b 的结构比其图 20a 的结构易加工。

（ a ）不合理结构 （ b ）改进结构

图 20

2.11 避免直线贯通准则

薄板结构有横向弯曲刚度较差的缺点。大平板结构易屈曲失稳。进一步还会弯 曲断裂。通常用压槽来提高其刚度。压槽的排列方式对提高刚度的效果影响很 大 , 压槽排列基本原则是避免无压槽区域直线贯通。贯通的低刚度窄带易成为整 个板面屈曲失稳的惯性轴。失稳总要围绕一个惯性轴 , 因此 , 压槽的排列要切断 这种惯性轴 , 使它越短越好。图 21a 所示的结构 , 无压槽区域形成多条贯通的窄 条。围绕这些轴 , 整个板的弯曲刚度没有改进。图 21b 所示结构没有潜在的连通 失稳惯性轴 , 图 22 列出了常见的压槽形状和排列方式 , 从左到右刚度增强效果逐 渐加大 , 不规则排列是避免直线贯通的有效方法。

（ a ）不合理结构

（ b ）改进结构

图 21

图 22

2.12 压槽连通排列准则

压槽的终点疲劳强度低是薄弱环节 , 如果压槽连通 , 其部分终点将消灭。图 23 是 一个卡车上的电瓶箱 , 它受动载作用 , 图 23a 结构在压槽端都产生了疲劳破坏。 而图 23b 结构就不存在这一问题。陡峭的压槽端面应避免 , 可能的情况下压槽延 至边界 ( 见图 24) 。压槽的贯通消除了薄弱的端部。但压槽的交汇处要有足够大 的空间 , 使得各压槽之间的相互影响减少 ( 见图 25) 。

（ a ）不合理结构 （ b ）改进结构

图 23
（ a ）不合理结构 （ b ）改进结构
图 24
（ a ）不合理结构 （ b ）改进结构
图 25

2.13 空间压槽准则

空间结构的失稳不只限于某一方面 , 因此 , 只在一个平面上设置压槽不能达到提 高整个结构抗失稳能力的效果。例如图 26 所示的 U 型和 Z 型结构 , 它们的失稳会 发生在棱边附近。解决这个问题的方法是将压槽设计成空间的 ( 见图 26b 结 构。 )

2.14 局部松驰准则

薄板上局部变形受到严重阻碍时会出现皱折。解决的办法是在皱折附近设置几 个小的压槽 , 这样减低局部刚度 , 减少变形阻碍 ( 见图 28) 。

• 2.15 冲裁件的构型准则

• ⑴ . 最小冲孔直径或方孔的最小边长

冲孔时，应受到冲头强度的限制，冲孔的尺寸不能太小，否则容易损坏冲头。 最小冲孔直径及最小边长见表。

* t 为材料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于 0.3mm 。

⑵ . 冲切缺口原则

冲切缺口应尽量避免尖角，如 a 图所示。尖角形式容易减短模具使用寿命，且尖 角处容易产生裂纹。应改为如 b 图所示。

冲裁件的外形及内孔应避免尖角。在直线或曲线的连接处要有圆弧连接，圆弧 半径 R≥0.5t 。（ t 为材料壁厚）

2.16 、弯曲件的结构准则

⑴ 、板件最小弯曲半径

材料弯曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定 时，内半径 r 越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材 料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件的结构设计，应避免 过小的弯曲圆角半径。为此规定最小弯曲半径。

常用金属材料最小折弯半径列表

序 号	材料	最小弯曲 半径
1	08、08F、10、10F、DX2、SPCC、E1- T52、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1100-H24、T2	0.4t
2	15、20、Q235、Q235A、15	0.5t
3	25、30、Q255	0.6t
4	1Cr13、H62(M、Y、Y2、冷轧)(铜)	0.8t
5	45、50	1.0t
6	55、60	1.5t
7	65Mn、60SiMn、1Cr17Ni7、1Cr17Ni7-Y、1Cr17Ni7- DY、SUS301、0Cr18Ni9、SUS302	2.0t

• l 弯曲半径是指弯曲件的内侧半径 ,t 是材料的壁厚。

• l t 为材料壁厚， M 为退火状态， Y 为硬状态， Y2 为 1/2 硬状态。

对于如下图所示封闭式弯边零件，其弯边高度 h 最大不得超过 40 ㎜ , 若需大于 40 ㎜者，须经校核后方能使用。

⑵ 、弯曲的最小直边高度

弯曲的直边高度不宜过小，否则不易成形足够的弯矩，很难得到形状准确的零 件。其值 h≥R+2t 方可。

① 一般情况下的最小直边高度要求 弯曲件的直边高度不宜太小，最小高度按图要求： h ＞ 2t 。

弯曲件的直边高度最小值

② 特殊要求的直边高度

如果设计需要弯曲件的直边高度 h≤2t, ，则首先要加大弯边高度，弯好后再加 工到需要尺寸；或者在弯曲变形区内加工浅槽后，再折弯。

特殊情况下的直边高度要求

③ 弯边侧边带有斜角的直边高度

当弯边侧边带有斜角的弯曲件时，侧面的最小高度为： h= （ 2 ～ 4 ） t ＞ 3mm

弯边侧边带有斜角的直边高度

⑶ 、弯曲的直边变形处理

①、当 a ＜ R 时，弯曲后， b 面靠 a 处仍然有一段残余圆弧，为了避免残余圆 弧，必须使 a≥R 。

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。

• ③、防止侧面（梯形）弯曲时产生裂纹或畸形。应设计预留切槽，或将根部改 为阶梯形。槽宽 K≥2t ，槽深 L≥t+R+K/2 。

④、防止圆角在弯曲时受压产生挤料后起皱，应设计预留切口。如室外机侧板

（上端、下端）圆角处切口形式。