a)、先冲孔再折弯:弯曲有孔的毛坯时,如果孔位于弯曲区附近,则在弯曲时孔的形状会发生变形,为了避免这种缺陷的出现,必须使这些孔分布在变形区域之外(图8),从孔边到弯曲半径r中心的距离取为:当t<2mm时,L≥t;当t≥2mm时,L≥2t。如果是螺纹孔或有装配要求的光孔,而距离没有达到上述要求,则螺纹须在折弯完成后加工,否则螺纹会因拉伸变形而失效。
b)、先折弯再冲孔:在弯曲件或拉延件上冲孔时,其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离),距离太小时,在冲孔时会使凸模受水平推力而折断:从孔边到弯曲半径r中心的距离取为: L≥0.5t。
图9
弯曲件的尺寸精度
弯曲件的尺寸,由于影响因素较多,一般不属配合的尺寸,其精度取10级公差绝对值的一半并冠以“±”号,但最小精度偏差不得小于表6中所列的直线尺寸公差值和角度公差值,如超过表列数值必须在弯曲后进行手工校正。
表6 弯曲件的尺寸
对于内弯角小于60°的弯曲,为了避免撕裂和畸变,应开止裂槽或切口。图10(b)和图10(d)是开止裂槽的情形,图10(e)是开止裂切口的情形。图10(e)和图7(f)是在复杂弯曲件上开止裂槽的情形,图10(g)和图10(h)是切口弯曲的情形。图10(i)是冲方孔后弯曲成形。
对剪裁的条料或毛料,剪裁边缘的硬度一般提高20-30%,若不开止裂槽,比退火料更容易开裂。
切槽端头可以做成呈半圆形,半径最小为t。其深度,即半圆端到起始弯曲的距离为0.75-1.5mm,这样才可以在弯曲时不引起畸变。也可以做成长方形。
图10
一般弯角都呈圆形,其半径与钣金件的材质、板厚、成型条件等有关,一般可以在图纸上不需要标注具体的尺寸。如要得到比较尖的弯角,可采用如图11所示的方法,将弯曲部分铣去 — 的厚度t。
图11
3、钣金件的连接
常见的钣金件的冷作工艺的连接方法有:咬缝连接、铆接、焊接、螺钉连接、预埋(胀接)等。
咬缝连接:咬缝连接就是将薄板的边缘相互折转扣合压紧的连接方法。咬缝连接不需要特殊的设备,当板较薄尤其不适宜用焊接时,这种连接更能显示出其优越性。其致密性较好,连接又十分可靠,所以对厚度在1mm以下的钣金结构,常可以选用咬缝连接。如我们常见的铁桶就是用这种联接方式。
铆接:借助铆钉形成的不可拆连接。铆接的结构具有传力均匀可靠、韧性和塑性好、容易检查和维修的特点,所以对于承认冲击和振动载荷的构件的连接、某些异种金属的连接,以及焊接性的金属(如铝合金)。铆接结构根据其工作的要求和应用范围的不同,分为强固铆接、紧密铆接和密固铆接。强固铆接要求铆钉能承受大的作用力,保证构件有足够的强度,而对接合缝的严密性无特别的要求,如屋架、桥梁、车辆等;紧密铆接的铆钉不承受大的作用力,但对接合缝要求紧密,以防学习漏水或漏气,如水箱、油罐等;密固铆接既要要求铆钉能承受大的作用力,又要求接合缝紧密,如压缩空气罐、压力管路等。铆钉可由钢、铜、铝等多种材料制成。铆钉的种类有半圆头、平锥头、沉头等。我们常用的铆钉的规格为3.2mm,精装配时钉孔直径取d+0.1mm=3.3mm,粗装配时钉孔直径取d+0.4mm=3.7mm。手工冷铆时的铆钉直径一般不超过8mm,用铆钉枪铆接时的铆钉直径一般不超过13mm,用铆接机铆接时的铆钉直径可达20mm。
当用一块钣金件不能达到预期的目地时,常用两个零件连接成一个零件,此时就常用到焊接。焊接最常用的是亚弧焊,电焊,气焊等。
螺钉连接一般是用于可拆的结构。其特点是构造简单可靠、装拆方便、成本低,运用广泛。
常见的形式是预埋,把螺钉、螺柱或螺母压入到钣金件当中。预埋螺柱一般不会出什么问题,因为螺柱是特制的,螺柱的六角头上方有一个槽,当压入六角头时,板上的材料会挤进槽内,能自行固定。而螺钉就不一样,我们选取的螺钉一般没有特制的,没有挤压槽,所以当螺钉压入时,挤压的材料没地方去,受材料的挤压,很难控制螺钉与钣金平面的垂直度。所以,安装另外的零件时,往往会出现很难装配的情况。螺钉越长,越难控制。这时最好不用选用预埋的形式,直接用螺钉连接更好些。
公司外协生产中的钣金件的预埋螺柱的外径有两种规格(如表7),如果选择不对,会出现外径偏小,能通过PCB板的固定孔的情况。如M3的螺柱,有两种规格,外径分别是φ4.190/-0.12和φ5.380/-0.12两种规格,如果PCB板的固定孔稍大一点,小规格的螺柱可以通过。鉴于此情况的出现,我们可以在螺柱的规格后面加上其外径要求,如4个M3x11的螺柱,其外径规格选用为φ5.38时,图纸上标明为“4-预埋螺柱M4x11(外径规格φ5.3)”。
翻边攻丝、预埋螺母是用螺钉连接时钣金件加工的常用方法。当需要承担的力较大时,最好使用预埋螺母。当用模具直接成形时,用翻边攻丝的工艺比较简单,成形后只要攻丝就好了。翻边攻丝的有效牙长必须保证3个以上,这是生产厂家的工艺必须保证的,否则容易引起滑牙。翻边攻丝、预埋螺母各有其优点和缺点:预埋螺母承力较大,螺纹稳定,可以使用较大的螺钉,但所占用的空间较大,螺母容易松脱;翻边攻丝的工艺简单易加工,适合大批量生产时使用,所占用的空间较小,但容易滑牙,不能承受大的作用力,也不能用大螺纹(不能保证牙长)。
翻边攻丝正反方向一般是按冲压模具的方向定的,在上方的一面一般叫正面,下方的一面一般叫反面。所以翻边攻丝的正面是平的那一面,反面是突出来的那一面。在2D图纸上标正反面的时候请注意,别标错了,以免供应商做错了。
表7 螺柱规格表 (材料为碳钢或不锈钢)
注:L最好取整数。
表8 螺母规格表 (材料为碳钢或不锈钢)
表9 常见翻边攻丝预冲孔径
表10 翻边攻丝的尺寸表(大概值)
4、其它工艺
铝板、不锈钢板的拉丝氧化:外装饰件在加工前,做拉丝氧化,可以形成很美观的表面,如DVD的操作面板等;拉丝氧化属于机械抛光之类,如果不是用作外观件,就不必要做此工艺了。拉丝氧化必须是在折弯等加工工艺前做,它并不能提高其表面硬度,所以对铝板折弯的压痕没有影响。在折弯铝板等软材的时候,可以把折弯机的压力调小一点,可以把压痕调到最小。
电镀:常见的有镀锌,镀镍,镀银等。一般厚度要求是10μm以上。
在钣金件上可以喷粉(喷塑)、喷油等。粉的附着力比油要好,但颜色较油难调点。
三、装配要求
设计钣金件时应考虑装配。
大批量的组装时,应该少用一些比较费时费用的结构,尽量利用模具冲压成卡扣、突台等安装方式。
小批量生产时,就考虑得少些。我们公司生产的产品,都属于小批量,只需要考虑装配的先后顺序、装配方式等。
如图12所示,是装DigiQlo的ECG模块的盒子,左边是工程化前的装配方式,把底盒的四边都折起来焊接后插入到盒盖当中,在四周用螺钉装配。做回来的样品底盒常常做过大或过小,不仅不好装配,EMC效果也做得不太好。改成右图安装方式,把底盒的两长边向外再折一道弯,与盒盖的折边用螺钉连接,这样装配很简单快速。
图12
当钣金件之间焊接或与另外的零件装配需要定位时,常会用到定位孔或定位台。一般,用模具直接加工成形时,在钣金件上冲压出成定位台比较好,安装时不需要辅助工具,如图13所示,直接在装配件上做成孔,插入到定位台中。而用数控冲床加工时,一般冲压出定位孔比较好,加工比较容易,定位时需要插入定位销定位。
图13 图14
当一个钣金件压到另外一件上,而此时需要做电磁屏蔽时,在其中一个(一般是里面的那个)可设计一些防ECM的弹片向外突出,如图14所示,当前者压到上面的时候能起到很好的电接触作用,防止钣金件的面与面之间出现翘曲而影响EMC效果,也可起到弹片的作用,防止震动时出现松动现象。这种弹片状的结构必须用模具冲压成形。
四、成本要求
大批量生产时,就应该缩短装配周期,使装配的费用尽可能的降低,尤其是国外的OEM项目(国外的装配工人的费用更贵)。可以采用模具冲压成形生产。
小批量生产时,尽可能用一些简单的装配方式,如螺钉连接等。
选用SPCC(冷钆钢板)再电镀的成本会比直接选用SECC的成本增加约35%。
选用SPCC(冷钆钢板)再电镀的生产周期要比直接选用SECC的周期要长2~3天。
五、材料的选择
一般我们所用的钣金件都是薄钢板,利用冷轧或是热轧方法轧制而成的。根椐用途的不同,薄钢板的材料有低碳钢、不锈钢,有的还在薄钢板是镀上一层有色金属膜,称作镀膜薄钢板(如镀锌钢板、镀铅钢板、镀锡钢板)等,还有的用到铝板。
镀锌钢板通常又叫白锌板,有抗腐蚀性强及表面美观的特征,其表面有镀锌层结晶花纹。只要接受钢板加工后的断口不耐腐蚀,可以采用镀锌钢板。我们公司的产品一般都放在室内的环境下,不会出现腐蚀性很强情况,可以采用镀锌钢板。
钣金常用的材料有:1、冷轧钢板0.8-3.0 mm;2、电解板0.8-3.0 mm; 3、不锈钢板0.5-3.0 mm;4、铝板1.5-3.0 mm。
表9 钢板的生产方法、特点及用途表
六、金属冲压件的公差
凡产品图纸上没有注明公差的冲压件,其尺寸公差均属于自由公差。外协厂在计算凸模与凹模的尺寸时,金属冲压件的自由公差数值通常按G B 8级精度选取,也可按下表选取。