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***殊的几何形状厚度很小，所以薄板构件的加工工艺有其***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***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

在设计产品零件时，必须考虑到容易制造的问题。尽量想一些方法既能使加工容易，又能使材料节约，还能使强度增加，又不出废品。为此设计人员应该注意以下制造方面事项。

钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的工艺应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，使用寿命高，产品质量稳定。在一般情况下，对钣金件工艺性影响***大的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。

如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺的要求和***点，这里推荐几条设计准则。

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)。

(a)不合理结构　　　(b)改进结构

图1

图2a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2

2.2　节省原料准则（冲切件的构型准则）

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。冲切弃料***少以减少料的浪费。***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3)。

(a)不合理结构　　(b)改进结构

图3

(2)巧妙排列(见图4)。

(a)不合理结构　　(b)改进结构

图4

(3)将大平面处的材料取出用于更小的构件(见图5)。

(a)不合理结构　　　　(b)改进结构

图5

2.3　足够强度刚度准则

⑴、带斜边的折弯边应避开变形区

⑵.两孔之间的距离若太小，则在切割时有产生裂纹的可能。

零件上冲孔设计应考虑留有合适的孔边距和孔间距以免冲裂。零件的冲孔边缘离外形的***小距离随零件与孔的形状不同有一定的限制。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，该***小距离应不小于材料厚度t；平行时，应不小于1.5t。***小孔边距和孔间距见表。

模具制作上以圆孔***坚固好制造维修，唯开孔率较低。

以正方形孔开孔率***高，但因是90度角，角边容易磨损崩塌,造成要修模而停线.而六角形的开孔其大于90度的120度角比正方形孔开孔更坚固但开孔率在边缘比正方形孔差一点。

⑶.细长的板条刚度低，也易在剪裁时产生裂纹，***别是对刀具的磨损严重。

冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不小于1.5t(t为料厚)，同时应该避免窄长的切口与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口强度。见图3.3.1。

对一般钢A≥1.5t；对合金钢A≥2t；对黄铜、铝A≥1.2t；t—材料厚度。

2.4　可靠冲裁准则

图9a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。

(a)不合理结构　　　　　(b)改进结构

图9

2.5　避免粘刀准则(穿破件的构型准则)

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：(1)留有一定的坡度；(2)切割面连通(见图10和图11)。

          

(a)不合理结构　　　　　(b)改进结构              (a)不合理结构　　　(b)改进结构

图10                                          图11

当搭接在一道工序中用冲切法制成90°的弯边时，选材要注意材质不宜太硬，否则易在直角弯折处破裂。应在弯边位置设计工艺切口，防止折角处破裂。

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。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。

2.7　平缓弯曲准则

陡峭的弯曲需***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16、图17)。

(a)不合理结构　　　(b)改进结构

2.8　避免小圆形卷边准则

薄板构件的棱边常用卷边结构,这有多项好处。(1)加强了刚度;(2)避免了锋利的棱边;(3)美观。但卷边应注意两点,一是半径应大于1.5倍的板厚;二是不要完全的圆形,这样加工起来困难,图18b所示的卷边比各自a所示的卷边易加工。

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图18

2.9　槽边不弯曲准则

弯曲棱边和槽孔棱边要相距一定的距离,推荐值是弯曲半径加上2倍的壁厚。弯曲区受力状态复杂,且强度较低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。既可以将整个槽孔远离弯曲棱边,也可以让槽孔横跨整个弯曲棱边(见图19)。

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图19

2.10　复杂结构组合制造准则

空间结构过于复杂的构件,完全靠弯曲成形比较困难。因此尽量将结构设计得简单一些,在非复杂不可的情况下,可用组合构件,即将多个简单的薄板构件用焊接,螺栓连接等方式组合在一起。图20b的结构比其图20a的结构易加工。

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图20

2.11　避免直线贯通准则

薄板结构有横向弯曲刚度较差的缺点。大平板结构易屈曲失稳。进一步还会弯曲断裂。通常用压槽来提高其刚度。压槽的排列方式对提高刚度的效果影响很大,压槽排列基本原则是避免无压槽区域直线贯通。贯通的低刚度窄带易成为整个板面屈曲失稳的惯性轴。失稳总要围绕一个惯性轴,因此,压槽的排列要切断这种惯性轴,使它越短越好。图21a所示的结构,无压槽区域形成多条贯通的窄条。围绕这些轴,整个板的弯曲刚度没有改进。图21b所示结构没有潜在的连通失稳惯性轴,图22列出了常见的压槽形状和排列方式,从左到右刚度增强效果逐渐加大,不规则排列是避免直线贯通的有效方法。

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图21

图22

2.12　压槽连通排列准则

压槽的终点疲劳强度低是薄弱环节,如果压槽连通,其部分终点将消灭。图23是一个卡车上的电瓶箱,它受动载作用,图23a结构在压槽端都产生了疲劳破坏。而图23b结构就不存在这一问题。陡峭的压槽端面应避免,可能的情况下压槽延至边界(见图24)。压槽的贯通消除了薄弱的端部。但压槽的交汇处要有足够大的空间,使得各压槽之间的相互影响减少(见图25)。

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图23

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图24

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图25

2.13　空间压槽准则

空间结构的失稳不只限于某一方面,因此,只在一个平面上设置压槽不能达到提高整个结构抗失稳能力的效果。例如图26所示的U型和Z型结构,它们的失稳会发生在棱边附近。解决这个问题的方法是将压槽设计成空间的(见图26b结构。)

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图26

2.14　局部松驰准则

薄板上局部变形受到严重阻碍时会出现皱折。解决的办法是在皱折附近设置几个小的压槽,这样减低局部刚度,减少变形阻碍(见图28)。

（a）不合理结构　　　　（b）改进结构

图28

2.15 冲裁件的构型准则

⑴.***小冲孔直径或方孔的***小边长

冲孔时，应受到冲头强度的限制，冲孔的尺寸不能太小，否则容易损坏冲头。***小冲孔直径及***小边长见表。

* t为材料厚度，冲孔***小尺寸一般不小于0.3mm。

⑵.冲切缺口原则

冲切缺口应尽量避免尖角，如a图所示。尖角形式容易减短模具使用寿命，且尖角处容易产生裂纹。应改为如b图所示。

R≥0.5t(t─材料厚度)

a 图             b 图

冲裁件的外形及内孔应避免尖角。在直线或曲线的连接处要有圆弧连接，圆弧半径R≥0.5t。（t为材料壁厚

2.16、弯曲件的结构准则

⑴、板件***小弯曲半径

材料弯曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定时，内半径r越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件的结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。为此规定***小弯曲半径。

常用金属材料***小折弯半径列表

序号	材 料	***小弯曲半径
1	08、08F、10、10F、DX2、SPCC、E1-T52、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1100-H24、T2	0.4t
2	15、20、Q235、Q235A、15	0.5t
3	25、30、Q255	0.6t
4	1Cr13、H62(M、Y、Y2、冷轧)(铜)	0.8t
5	45、50	1.0t
6	55、60	1.5t
7	65Mn、60SiMn、1Cr17Ni7、1Cr17Ni7-Y、1Cr17Ni7-DY、SUS301、0Cr18Ni9、SUS302	2.0t

l 弯曲半径是指弯曲件的内侧半径,t是材料的壁厚。

l t为材料壁厚，M为退火状态，Y为硬状态，Y2为1/2硬状态。

对于如下图所示封闭式弯边零件，其弯边高度h***大不得超过40㎜,若需大于40㎜者，须经校核后方能使用。

⑵、弯曲的***小直边高度

弯曲的直边高度不宜过小，否则不易成形足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。其值h≥R+2t方可。

① 一般情况下的***小直边高度要求

弯曲件的直边高度不宜太小，***小高度按图要求：h＞2t。

弯曲件的直边高度***小值

② ***殊要求的直边高度

如果设计需要弯曲件的直边高度h≤2t,，则***先要加大弯边高度，弯好后再加工到需要尺寸；或者在弯曲变形区内加工浅槽后，再折弯。

***殊情况下的直边高度要求

③ 弯边侧边带有斜角的直边高度

当弯边侧边带有斜角的弯曲件时，侧面的***小高度为：h=（2～4）t＞3mm

弯边侧边带有斜角的直边高度

⑶、弯曲的直边变形处理

①、当a＜R时，弯曲后，b面靠a处仍然有一段残余圆弧，为了避免残余圆弧，必须使a≥R。

②、在U形弯曲件上，两弯曲边***好等长，以免弯曲时产生向一边移位。如不允许，可设一工艺定位孔。