结构设计工艺设计手册钣金件结构工艺设计.docx
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结构设计工艺设计手册钣金件结构工艺设计
结构设计工艺手册
前言
公司现有零件中,不仅在打样过程中经常会有一些加工工艺性的问题,也有很多归档转产的零件存在加工困难的情况,不仅影响生产进度和交货,也影响结构件的质量。
如钣金零件的折弯,经常会发生折弯碰刀的情况；落料的外圆角、半圆凸台、异型孔的规格太多,以及一些不合理的形状设计,导致加工厂要多开很多不必要的落料模,大大增加模具的加工和管理成本；插箱的钣金导轨、拉伸凸台等设计,品种越来越多,需要统一、规范；喷漆和丝印,也经常出现喷涂选择不合理导致废品率较高、无法丝印等问题；有些钣金零件的点焊完全可以适当增加定位,不增加成本也不影响美观,实际上大部分设计是靠生产的工装定位,不仅麻烦、效率低,精度也不好；很多可以避免焊接的钣金零件,往往设计成角焊的结构形式,焊接和打磨都非常麻烦,不仅效率较低,而且外观质量也经常得不到保证,等等。
长期以来,这些相同的问题不断地重复发生,无论对产品质量还是产品的生产和进度,都会产生不良的影响。
编写这本《结构设计工艺手册》目的,就是为了方便工程师在结构设计时查阅一些常用的、关键的数据,更好地保证工程师设计出的零件有较好的加工工艺性,统一结构要素,减少不必要的开模,加快加工进度,降低加工成本,提高产品质量。
编写这本手册的同时,对《钣金模具手册》标准进行了彻底的改编,对一些典型的结构形状进行了优化和系列化,减少了品种,并在intralink库里对相关的模具建模,不仅方便设计人员进行结构设计,对模具的统一,也会起到较好的效果。
手册中一些典型的数据主要来源于参考资料,一些工艺上的极限尺寸,主要来源于加工厂家提供的数据,是我们应尽可能遵照的。
有些正在生产的零件,一些尺寸超出了手册中给出的极限尺寸,但并不能就能说明这些设计是有良好的工艺性,原则上是在满足产品性能的条件下,尽可能达到最好的加工工艺性。
由于时间和实际经验有限,手册中错误在所难免,恳请大家批评指正,希望经过一定时间的实践检验,经过将来补充、修订、完善之后,能够成为一部非常实用的参考书,对我们的设计工作起到很好的指导作用。
考虑手册的篇幅和实用性,以及我们的设计主要是钣金零件设计,因此,本手册主要以钣金件为主。
手册编写得到中兴新的吉海青、胡兴胜、李道清、杜坚、巴新安等大力帮助,在此表示感谢！
顾问：
张晖马庆魁何朝来何剑波冯力
编写人员：
彭诗林：
第一章：
钣金零件设计工艺
颜斌鲁：
第二章：
金属切削件设计工艺
严冬：
第三章:
压铸件设计工艺
杨涛：
第四章：
铝型材零件设计工艺
郑宁生：
第五章金属的焊接设计工艺
尚玉其：
第六章：
塑料件设计工艺
刘彦明：
第七章表面处理工艺
温存善、封智：
第八章：
结构图纸零部件的分级和代码申请
曹水春、陈进云、张向峰、刘肖：
《结构设计工艺手册》修改、编辑、汇总
审核：
公司结构工艺专家委员会专家
参考标准和书籍：
Q/ZX04.101.1-2000《结构设计规范－文档要求》；
Q/ZX04.101.2-2003A《结构设计规范——颜色要求》
Q/ZX04.101.4-2003《结构设计规范——镀涂表示方法》；
Q/ZX04.101.6-2000《结构设计规范——塑胶面板结构要求》
Q/ZX04.101.8-2002《结构设计规范——丝印要求》
Q/ZX04.101.10-203《结构设计规范－喷砂和拉丝要求》；
Q/ZXZ04.400-2005《单板插件通用化设计指南》
Q/ZXZ04.401-2005《盒体机箱通用化设计指南》
Q/ZXZ04.402-2005《标准插箱通用化设计指南》
Q/ZXZ04.403-2005《19英寸标准机柜应用指南》
Q/ZX28.007.1-2004《结构材料手册——黑色金属材料》
Q/ZX28.007.2-2004《结构材料手册——有色金属材料》
Q/ZX28.007.3-2004《结构材料手册——非金属材料》
GB/T4943《信息技术设备安全》
GB/T8582《电工、电子设备机械结构术语》
Q/ZX23.019《产品安全性设计标准<试行>》
《焊接设计简明手册》机械工业出版社
《焊接工艺人员手册》上海科学技术出版社
《表面工程手册》机械工业出版社
《机械设计手册》化学工业出版社
《电子设备设计手册》电子工业出版社
《结构工艺基本设计手册》〔试用稿
《工艺结构设计手册》〔数冲、激光、数折、非标螺母
《钣金冲压工艺手册》国防工业出版社
《冷冲压及塑料成型工艺与模具设计》机械工业出版社
《机械零件设计手册》冶金出版社
《五金手册》机械工业出版社
1第一章钣金零件设计工艺
1.1钣金材料的选材
钣金材料是通信产品结构设计中最常用的材料,了解材料的综合性能和正确的选材,对产品成本、产品性能、产品质量、加工工艺性都有重要的影响。
1.1.1钣金材料的选材原则
1）选用常见的金属材料,减少材料规格品种,尽可能控制在公司材料手册范围内；
2）在同一产品中,尽可能的减少材料的品种和板材厚度规格；
3）在保证零件的功能的前提下,尽量选用廉价的材料品种,并降低材料的消耗,降低材料成本；
4）对于机柜和一些大的插箱,需要充分考虑降低整机的重量；
5）除保证零件的功能的前提外,还必须考虑材料的冲压性能应满足加工艺要求,以保证制品的加工的合理性和质量。
1.1.2几种常用的板材介绍
1.1.2.1钢板
1冷轧薄钢板
冷轧薄钢板是碳素结构钢冷轧板的简称,它是由碳素结构钢热轧钢带,经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板。
由于在常温下轧制,不产生氧化铁皮,因此,冷板表面质量好,尺寸精度高,再加之退火处理,其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板。
常用的牌号为低碳钢08F和10#钢,具有良好的落料、折弯性能。
2连续电镀锌冷轧薄钢板
连续电镀锌冷轧薄钢板,即"电解板",指电镀锌作业线上在电场作用下,锌从锌盐的水溶液中连续沉积到预先准备好的钢带表现上得到表面镀锌层的过程,因为工艺所限,镀层较薄。
３连续热镀锌薄钢板
连续热镀锌薄钢板简称镀锌板或白铁皮,是厚度0.25~2.5mm的冷轧连续热镀锌薄钢板和钢带,钢带先通过火焰加热的预热炉,烧掉表面残油,同时在表面生成氧化铁膜,再进入含有H2、N2混合气体的还原退火炉加热到710~920℃,使氧化铁膜还原成海绵铁,表面活化和净化了的带钢冷却到稍高于熔锌的温度后,进入450~460℃的锌锅,利用气刀控制锌层表面厚度。
最后经铬酸盐溶液钝化处理,以提高耐白锈性。
与电镀锌板表面相比,其镀层较厚,主要用于要求耐腐蚀性较强的钣金件。
４覆铝锌板
覆铝锌板的铝锌合金镀层是由55%铝、43.4%锌与1.6%硅在600℃高温下固化而组成,形成致密的四元结晶体保护层,具有优良的耐腐蚀性,正常使用寿命可达25年,比镀锌板长3-6倍,与不锈钢相当。
覆铝锌板的耐腐蚀性来自铝的障碍层保护功能,和锌的牺牲性保护功能。
当锌在切边、刮痕及镀层擦伤部分作牺牲保护时,铝便形成不能溶解的氧化物层,发挥屏障保护功能。
上述2>、3>、4>钢板统称为涂层钢板,在国内通讯设备上广泛采用,涂层钢板加工后可以不再电镀、油漆,切口不做特殊处理,便可直接使用,也可以进行特殊磷化处理,提高切口耐锈蚀的能力。
从成本分析看,采用连续电镀锌薄钢板,加工厂不必将零件送去电镀,节省电镀时间和运输出费用,另外零件喷涂前也不用酸洗,提高了加工效率。
5不锈钢板
因为具有较强的耐腐蚀能力、良好的导电性能、强度较高等优点,使用非常广泛,但也要充分考虑它的缺点：
材料价格很贵,是普通镀锌板的4倍；材料强度较高对数控冲床的刀具磨损较大一般不合适数控冲床上加工；不锈钢板的压铆螺母要采用高强度的特种不锈钢材料的压铆螺母,价格很贵；压铆螺母铆接不牢固经常需要再点焊；表面喷涂的附着力不高、质量不宜控制；材料回弹较大折弯和冲压不易保证形状和尺寸精度。
1.1.2.2铝和铝合金板
通常使用的铝和铝合金板主要有以下三种材料：
防锈铝3A21、防锈铝5A02和硬铝2A06。
防锈铝3A21即为老牌号LF21,系AL—Mn合金,是应用最广的一种防锈铝。
这种合金的强度不高〔仅高于工业纯铝,不能热处理强化。
故常用冷加工方法来提高它的力学性能,在退火状态下有高的塑性,在半冷作硬化时塑性尚好。
冷作硬化时塑性低,耐蚀性好,焊接性良好。
防锈铝5A02即为老牌号LF2系AL—Mg防锈铝,与3A21相比,5A02强度较高,特别是具有较高的疲劳强度、塑性与耐蚀性高。
热处理不能强化,用接触焊和氢原子焊焊接性良好,氩弧焊时有形成结晶裂纹的倾向,合金在冷作硬化时有形成结晶裂纹的倾向。
合金在冷作硬化和半冷作硬化状态下可切削性较好,退火状态下可切削性不良,可抛光。
硬铝2A06为老牌号的LY6,是常用的硬铝牌号。
硬铝和超硬铝比一般的铝合金具有更高的强度和硬度,可以作为一些面板类的材料,但是塑性较差,不能进行折弯,折弯会造成外圆角部位有裂缝或者开裂。
铝合金的牌号和状态已经有新的标准,牌号表示方法的标准代号为GB/T16474-1996,状态代号GB/T16475—1996,与老标准的对照表如下表1-1所示：
表1-1铝合金新旧牌号对照表
牌号
状态
新
旧
新
旧
新
旧
新
旧
新
旧
1070A
L1
5A06
LF6
2A80
LD8
2A14
LD10
H12
R
1060
L2
5A12
LF12
2A90
LD9
2A50
LD5
O
M
1050A
L3
8A06
L6
4A11
LD11
6A02
LD2
T4
CZ
1035
L4
3A21
LF21
6063
LD31
7A04
LC4
T5
RCS
1200
L5
2A02
LY2
6061
LD30
7A09
LC9
T6
CS
5A02
LF2
2A06
LY6
2A11
LY11
5A03
LF3
2A16
LY16
2A12
LY12
5A05
LF5
2A70
LD7
2A13
LY13
1.1.2.3铜和铜合金板
常用的铜和铜合金板材主要有两种,紫铜T2和黄铜H62,
紫铜T2是最常用的纯铜,外观呈紫色,又称紫铜,具有高的导电、导热性、良好的耐蚀性和成形性,但强度和硬度比黄铜低得多,价格也是非常昂贵,主要用作导电、导热和耐用消费品腐蚀元件,一般用于电源上需要承载大电流的零件。
黄铜H62,属高锌黄铜,具有较高的强度和优良的冷、热加工性,易用于进行各种形式的压力加工和切削加工。
主要用于各种深拉伸和折弯的受力零件,其导电性不如紫铜,但有较好强度和硬度,价格也比较适中,在满足导电要求的情况下,尽可能选用黄铜H62代替紫铜,可以大大降低材料成本,如汇流排,目前绝大部分汇流排的导电片都是采用黄铜H62,事实证明完全满足要求。
1.1.3材料对钣金加工工艺的影响
钣金加工主要有三种：
冲裁、弯曲、拉伸,不同的加工工艺对板材有不同要求,钣金的选材也应该根据产品的大致形状和加工工艺考虑板材的选择。
1.1.3.1材料对冲裁加工的影响
冲裁要求板材应具有足够的塑性,以保证冲裁时板材不开裂。
软材料〔如纯铝、防锈铝、黄铜、紫铜、低碳钢等具有良好的冲裁性能,冲裁后可获得断面光滑和倾斜度很小的制件；硬材料〔如高碳钢、不锈钢、硬铝、超硬铝等冲裁后质量不好,断面不平度大,对厚板料尤为严重。
对于脆性材料,在冲裁后易产生撕裂现象,特别是宽度很小的情况下,容易产生撕裂。
1.1.3.2材料对弯曲加工的影响
需要弯曲成形的板材,应有足够的塑性、较低的屈服极限。
塑性高的板材,弯曲时不易开裂,
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