【钣金件标准】3.钣金件结构设计准则1.pdf

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1、薄板件结构设计准则(1)(十七)杨文彬(南京化工大学 210009)(续第11期)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

2、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 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)。现新事物,而反求本身既是学习又可尽快掌握高新技术,缩小差距。发达国家重视反求,正在发展中国家更要重视和掌握这种艺术和技术。要完成一项反求任务,进而再

3、创造,需学习和掌握众多知识和经验,促使人们不断去探讨“为什么这样做”,进而深化提高到“应该怎样做”。特别是中外合资和技术引进后的国产化,有大量反求工作。国产化就要创新,反求本质就是再创造,没有相应技术的人才就很难胜任。5 应用展望反求工程是一门开拓性、综合性和实用性很强的技术。尽管国内外已有大量成功经验,但目前还很少有这方面系统的论著,大多散见在各个行业的案例或设计资料中,很多企业也不愿将其反求技术公开。应该看到,反求工程有其独特的共性技术和内容,还是一门新兴的交叉学科分支,正如高新技术层出不穷,解密技术亦要相应发展。在工程专业领域,需有设计、制造、试验、使用、维修、检测等方面知识;在现代设计

4、法领域,应有系统设计、优化、有限元、价值工程、可靠性、工业设计、创新技法等知识;在计算机方面,需有硬件和软件的基本知识;等等。总之,现行产品中的各种复杂、高新技术,在反求工程中都会遇到如何消化吸收问题。参考文献1 刘之生,黄纯颖主编.反求工程技术.北京:机械工业出版社,19922 万耀青.反求工程在内燃机中的应用.内燃机工程,19933 万耀青,阮宝湘主编.机电工程现代设计方法.北京:北京理工大学出版社,19944 刘之生.拟仿工程技术.原华东工学院,19894 设计领域与综述 机械设计1998年12月 121997-11-18收到稿件。结构设计 1995-2004 Tsinghua Tong

5、fang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.(a)不合理结构(b)改进结构图1(a)不合理结构(b)改进结构图2(a)不合理结构(b)改进结构图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。(a)不合理结构(b)改进结构图42.2 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)。(a)不合理结构(b)改进结构图5(a)不合理结构(b

6、)改进结构图6(2)巧妙排列(见图7)。(a)不合理结构(b)改进结构图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)。(a)不合理结构(b)改进结构图8(a)不合理结构(b)改进结构图92.3 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。准确测量定位不仅费时,更重

7、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。5机械设计1998年12月 12 设计领域与综述 结构设计 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.(a)不合理结构(b)改进结构图10(a)不合理结构(b)改进结构图11(a)不合理结构(b)改进结构图12(a)不合理结构(b)改进结构图132.5 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:(

8、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(见图19)。(a)不合理结构(b)改进结构图14(a)不合理结构(b)改进结构图15(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(a)不合理结构(b)改进结构图182.7 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)。(a)不合理结构(b)改进结构图19(a)不合理结构(b)改进结构图20(a)不合理结构(b)改进结构图21参考文献1Oehler.Steife Blech-und Kunstoffkonstruktion,Springer,Berlin,Germany,19726 设计领域与综述 机械设计1998年12月 12 结构设计 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.