钣金设计小知识（一）

钣金件的设计除了要考虑功能要求外，还得考虑工艺要求、装配要求、成本要求。与铸、锻件相比，钣金件所做成的产品有较高的强度、较轻的结构重量；加工简便，所用的设备简单；外形平整，加工余量少，可减轻重量，缩短生产周期，降低成本。

一、功能要求

功能要求主要是满足系统的结构要求、强度要求、屏蔽要求、接地导电性能等。

系统的结构是一个系统的硬件、PCB板、线材、电源等空间放置的位置、形式、连接装配方式等。钣金件由于其良好的强度、钢度、加工性、导电性，通常是用来负责支承起系统中大部分的硬件、PCB板、线材、电源等。硬件的放置形式多种多样，其要求也会有所不同。

机械强度是钣金件设计中最重要的一环。因为系统中大部分的重量靠钣金件来支承，钣金件的机械强度出现问题，系统中整个强度就会出问题。医疗仪器一般需要做震动测试，跌落实验，碰撞实验，冲击实验等，有的机器甚至要求强度做到能承受100g的冲击，这就需要足够的机械强度和钢度。尤其是那些需要支承悬空的硬件的钣金件，和起主要支承作用的支架等，更必须有更好的强度。

通常设计大型的系统如B超、CT机、检验设备，通信用的机箱机柜等，会先设计起支承用的支架框架。这样的支架框架可选用型材（如铝型材），也可选用比较厚的钣金件折弯成“∏”或“□”形。一般情况，增加一个折弯会使钢度增加几倍。

二、工艺要求

钣金件的加工设备主要有数控冲床，折弯机，冲床，剪裁机，铣床，钻床，焊接设备等（附表中是迈讯的机器设备统计）。钣金成形可归纳为压缩类成形、伸长类成形和弯曲类成形三种基本类型。

钣金件加工中的矫形、弯曲、卷板、冲裁、拉深等工序，都是利用金属在常温下产生的塑性变形而成为所需的形状。因此，金属的塑性变形是金属成形的基础。

金属在冷状态下受外力作用时，其形状和尺寸将发生变化，这种变化可以是弹性的，也可以是塑性的。当外力解除后，能恢复其原来的形状和尺寸的就是弹性变形，反之就是塑性变形。金属塑性变形最基本的形式就是滑移。

1、冲裁

冲裁是利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方式，主要设备是冲床。可以制成成品零件，也可作为弯曲、拉深、和成形等工艺准备毛坯。冲裁分为落料和冲孔两种。利用冲裁取得一定的外形的制件或坯料的冲压方法就是落料；反之，得到带孔的的就是冲孔。板料分离的变形过程分为三个阶段：弹性变形阶段，塑性变形阶段，剪裂阶段。

在冲出孔的上部，有细微圆角，称圆角带。这是当冲裁过程中塑性变形开始时，由金属纤维的弯曲变形和拉伸而造成的。连接圆角带的是光亮的切割部分，称作光亮带，它是在金属产生塑性变形时形成的。光亮带下面是粗糙的表面，称为断裂带，它是由于拉应力的作用，使金属纤维断裂而形成的。在冲裁件或废料上，也有类似的三个部分，但其分布位置的上下次序恰好相反。冲裁件的尺寸精度主要是靠模具保证的，所以如果开模件的质量比较稳定，制件的互换性较好，一般不需要进一步的机械加工，即可满足装配和使用要求，材料的利用率较高，操作简便。在大批量生产时采用冲裁，能显著地提高生产效率，易实现机械化和自动化。

冲裁间隙是指凹模和凸模之间的尺寸差。冲裁间隙是一个重要的工艺参数，其大小除对冲裁件的断面质量和尺寸精度有影响外，还会对冲裁力和模具寿命有直接影响。

表1   冲裁间隙的影响

项  目影    响    情    况

大 间 隙正 常 间 隙小 间 隙

断面质量圆角大，毛刺大，撕裂角大圆角正常，无毛刺，能满足一般冲压件要求圆角小，有毛刺，断面与板料平面垂直

冲裁力小适中大

模具寿命降低适中小

制作尺寸外形尺寸小于凹模尺寸，内形尺寸大于凸模尺寸尺寸适中外形尺寸大于凹模尺寸，内形尺寸小于凸模尺寸

卸料力和推件力减小合适增大

模具制造容易制造，若采用线切割机床加工凹凸模一次可加工成形一般不易制造

力态分布挤压作用减弱，侧压力稍有降低近于纯剪切板料对模具的挤压力强，侧压力和摩擦力大，并随切入量增加而增大，直到撕裂时下降

用模具直接下料时，冲裁件的直角处通常可以做成圆角，不仅模具寿命会沿长，零件做出来也不会留下安全隐患；直接用数控冲床加工时，因圆角较难加工，可以做成45°倒角。

冲裁精度：钣金件的内外形的经济精度为GB7∽8级，一般要求落料件的精度最好低于5级，冲孔件低于4级。下表是冲孔后的孔距公差△l。

表2   孔的间距冲裁精度

冲模型式料厚

孔距L≤1mm＞1∽2mm＞2∽4mm＞4∽6mm

一般冲模＜50mm±0.10±0.12±0.15±0.20

＞50∽150mm±0.15±0.20±0.25±0.30

＞150∽300mm±0.20±0.30±0.35±0.40

高级冲模＜50mm±0.03±0.04±0.06±0.08

＞50∽150mm±0.05±0.06±0.08±0.10

＞150∽300mm±0.08±0.10±0.12±0.15

注：我们公司外协厂商所用的数控冲床都属于一般冲模，只有用精密模具做的冲孔模才能达到上表中高级冲模的公差。并且只适用于两个孔同时冲出的情况。