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              汽車鈑金結構設計
              工業設計 | 產品設計 | 外觀設計 | 結構設計

              概述

                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。

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              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。

              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。

              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。

                (2)巧妙排列。

                (3)將大平面處的材料取出用于更小的構件(見圖5)。

              足夠強度剛度準則

               ?、?、帶斜邊的折彎邊應避開變形區

               ?、?兩孔之間的距離若太小,則在切割時有產生裂紋的可能。

               ?、?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。

              可靠沖裁準則

                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。

              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

              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。

              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

              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。

              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。

              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。

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              避免直線貫通準則

                薄板結構有橫向彎曲剛度較差的缺點。大平板結構易屈曲失穩。進一步還會彎曲斷裂。通常用壓槽來提高其剛度。壓槽的排列方式對提高剛度的效果影響很大,壓槽排列基本原則是避免無壓槽區域直線貫通。貫通的低剛度窄帶易成為整個板面屈曲失穩的慣性軸。失穩總要圍繞一個慣性軸,因此,壓槽的排列要切斷這種慣性軸,使它越短越好。

              壓槽連通排列準則

                壓槽的終點疲勞強度低是薄弱環節,如果壓槽連通,其部分終點將消滅。

              局部松馳準則

                薄板上局部變形受到嚴重阻礙時會出現皺折。解決的辦法是在皺折附近設置幾個小的壓槽,這樣減低局部剛度,減少變形阻礙。

              沖裁件的構型準則

               ?、?最小沖孔直徑或方孔的最小邊長

                沖孔時,應受到沖頭強度的限制,沖孔的尺寸不能太小,否則容易損壞沖頭。最* t為材料厚度,沖孔最小尺寸一般不小于0.3mm。

               ?、?沖切缺口原則

                沖切缺口應盡量避免尖角,如a圖所示。尖角形式容易減短模具使用壽命,且尖角處容易產生裂紋。R≥0.5t(t─材料厚度)


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