【钣金件标准】2.钣金件结构设计准则.pdf

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1、钣金件结构设计准则一 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

2、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 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并给出相应的例子。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 和图2 以及图3)。图4a 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。2.2 节省原料准则 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

3、尽量减少下脚料。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5 和图6)。(2)巧妙排列(见图7)。(3)将大平面处的材料取出用于更小的构件(见图8 和图9)。2.3 足够强度刚度准则 薄板由于很小的壁厚,所以刚度是很低的。尖角刚度不足,应以钝角取代之(见图10)。两孔之间的距离若太小,则在切割时有产生裂纹的可能(见图11)。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,可见这样的薄板结构应避免(见图12)。2.4 可靠冲裁准则 图13a 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

4、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。2.5 避免粘刀准则 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14 和图15)。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(见图16、图17以及图18)。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

5、(见图19)。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20、图21)。钣金件结构设计准则二 1 引言 在薄板件结构设计准则(一)一文中,作者提出了七条薄板件的结构设计准则:简单形状准则,节省原料准则,足够强度刚度准则,可靠冲裁准则,避免粘刀准则,弯曲棱边垂直切割面准则,平缓弯曲准则。本文在上文的基础上再推荐七条薄板件的结构设计准则。2 结构设计准则 2.1 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115 倍的板厚

6、;二是不要完全的圆形,这样加工起来困难,图1b 和图2b 所示的卷边比各自a 所示的卷边易加工。2.2 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3 和图4)。2.3 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5 是一个纯弯曲成形的结构。图6 是对应于图5 的改进结构

7、。后者比前者加工容易。图7b 的结构比其图7a 的结构易加工。2.4 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8a 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8b 所示结构没有潜在的连通失稳惯性轴,图9 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

8、避免直线贯通的有效方法(见图10)。2.5 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11 是一个卡车上的电瓶箱,它受动载作用,图11a 结构在压槽端都产生了疲劳破坏。而图11b 结构就不存在这一问题。陡峭的压槽端面应避免(见图12),可能的情况下压槽延至边界(见图13)。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14)。2.6 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15 和图16 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15b、16b 结构。)2.7 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17)。资料来自于 杨文彬(南京化工大学 南京 210009)-黄勇整理 2008-2-25