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2016-08-26 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
1 引言
薄板指板厚和其長寬相比小得多的鋼板。它的橫向抗彎能力差,不宜用于受橫向彎曲載荷作用的場合。薄板就其材料而言是金屬,但因其特殊的幾何形狀厚度很小,所以薄板構件的加工工藝有其特殊性。和薄板構件有關的加工工藝有三類:(1)下料:它包括剪切和沖裁。(2)成形:它包括彎曲、折疊、卷邊和深拉。(3)連接:它包括焊接、粘接等。薄板構件的結構設計主要應考慮加工工藝的要求和特點。此外,要注意構件的批量大小。
薄板構件之所以被廣泛采用是因為薄板有下列優點:
(1)易變形,這樣可用簡單的加工工藝制造多種形式的構件。
(2)薄板構件重量輕。
(3)加工量小,由于薄板表面質量高,厚度方向尺寸公差小,板面不需加工。
(4)易于裁剪、焊接,可制造大而復雜的構件。
(5)形狀規范,便于自動加工。
2 結構設計準則
在設計產品零件時,必須考慮到容易制造的問題。盡量想一些方法既能使加工容易,又能使材料節約,還能使強度增加,又不出廢品。為此設計人員應該注意以下制造方面事項。
鈑金件的工藝性是指零件在沖切、彎曲、拉伸加工中的難易程度。良好的工藝應保證材料消耗少,工序數目少,模具結構簡單,使用壽命高,產品質量穩定。在一般情況下,對鈑金件工藝性影響最大的是材料的性能、零件的幾何形狀、尺寸和精度要求。
如何在薄板構件結構設計時充分考慮加工工藝的要求和特點,這里推薦幾條設計準則。
2.1 簡單形狀準則
切割面幾何形狀越簡單,切割下料越方便、簡單、切割的路徑越短,切割量也越小。如直線比曲線簡單,圓比橢圓及其它高階曲線簡單,規則圖形比不規則圖形簡單(見圖1)。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖1
圖2a的結構只有在批量大時方有意義,否則沖裁時,切割麻煩,因此,小批量生產時,宜用圖b所示結構。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖2
2.2 節省原料準則(沖切件的構型準則)
節省原材料意味著減少制造成本。零碎的下角料常作廢料處理,因此在薄板構件的設計中,要盡量減少下腳料。沖切棄料最少以減少料的浪費。特別在批量大的構件下料時效果顯著,減少下角料的途徑有:
(1)減少相鄰兩構件之間的距離(見圖3)。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖3
(2)巧妙排列(見圖4)。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖4
(3)將大平面處的材料取出用于更小的構件(見圖5)。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖5
2.3 足夠強度剛度準則
⑴、帶斜邊的折彎邊應避開變形區
⑵.兩孔之間的距離若太小,則在切割時有產生裂紋的可能。
零件上沖孔設計應考慮留有合適的孔邊距和孔間距以免沖裂。零件的沖孔邊緣離外形的最小距離隨零件與孔的形狀不同有一定的限制。當沖孔邊緣與零件外形邊緣不平行時,該最小距離應不小于材料厚度t;平行時,應不小于1.5t。最小孔邊距和孔間距見表。
以正方形孔開孔率最高,但因是90度角,角邊容易磨損崩塌,造成要修模而停線.而六角形的開孔其大于90度的120度角比正方形孔開孔更堅固但開孔率在邊緣比正方形孔差一點。
⑶.細長的板條剛度低,也易在剪裁時產生裂紋,特別是對刀具的磨損嚴重。沖裁件的凸出或凹入部分的深度和寬度,一般情況下,應不小于1.5t(t為料厚),同時應該避免窄長的切口與和過窄的切槽,以便增大模具相應部位的刃口強度。見圖3.3.1。
對一般鋼A≥1.5t;對合金鋼A≥2t;對黃銅、鋁A≥1.2t;t—材料厚度。
2.4 可靠沖裁準則
圖9a所示的半圓切線結構沖裁加工很難。因為這要求準確地確定刀具和工件之間的相對位置。準確測量定位不僅費時,更重要的是,刀具由可磨損和安裝的誤差,精度通常達不到這么高的要求。這樣的結構一旦加工稍有偏差,質量很難保證,且切割外觀差。所以應采用圖b所示的結構,它可保證可靠的沖裁加工質量。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖9
2.5 避免粘刀準則(穿破件的構型準則)
在構件中間沖裁切割時會出現刀具和構件粘接交緊的問題。解決的辦法:(1)留有一定的坡度;(2)切割面連通(見圖10和圖11)。
(a)不合理結構 (b)改進結構 (a)不合理結構 (b)改進結構
圖10圖11
當搭接在一道工序中用沖切法制成90°的彎邊時,選材要注意材質不宜太硬,否則易在直角彎折處破裂。應在彎邊位置設計工藝切口,防止折角處破裂。
2.6 彎曲棱邊垂直切割面準則
薄板在切割加工以后,一般還要進一步進行成形加工,比如彎曲。彎曲棱邊應垂直于切割面,否則交匯處產生裂紋的危險升高。若因其它限制垂直要求不能滿足時,應在切割面和彎曲棱邊交匯處設計一個圓角,其半徑大于板厚的兩倍。
2.7 平緩彎曲準則
陡峭的彎曲需特殊的工具,且成本高。此外,過小的彎曲半徑易產生裂紋,在內側面上還會出現皺折(見圖16、圖17)。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖16
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖17
2.8 避免小圓形卷邊準則
薄板構件的棱邊常用卷邊結構,這有多項好處。(1)加強了剛度;(2)避免了鋒利的棱邊;(3)美觀。但卷邊應注意兩點,一是半徑應大于1.5倍的板厚;二是不要完全的圓形,這樣加工起來困難,圖18b所示的卷邊比各自a所示的卷邊易加工。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖18
2.9 槽邊不彎曲準則
彎曲棱邊和槽孔棱邊要相距一定的距離,推薦值是彎曲半徑加上2倍的壁厚。彎曲區受力狀態復雜,且強度較低。有缺口效應的槽孔也應排除在這個區域以外。既可以將整個槽孔遠離彎曲棱邊,也可以讓槽孔橫跨整個彎曲棱邊(見圖19)。
(a)不合理結構 (b)改進結構
圖19
2.10 復雜結構組合制造準則
空間結構過于復雜的構件,完全靠彎曲成形比較困難。因此盡量將結構設計得簡單一些,在非復雜不可的情況下,可用組合構件,即將多個簡單的薄板構件用焊接,螺栓連接等方式組合在一起。圖20b的結構比其圖20a的結構易加工。
(a)不合理結構 (b)改進結構
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