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钣金件结构设计工艺手册

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

1.1钣金材料的选材 1

1.1.1 钣金材料的选材原则 1

1.1.2 几种常用的板材 1

1.1.3 材料对钣金加工工艺的影响 3

1.2冲孔和落料：

1.2.1 冲孔和落料的常用方式 5

1.2.2 冲孔落料的工艺性设计 9

1.3钣金件的折弯 13

1.3.1 模具折弯：

1.3.2 折弯机折弯 14

1.4钣金件上的螺母、螺钉的结构形式 26

1.4.1 铆接螺母 26

1.4.2 凸焊螺母 29

1.4.3 翻孔攻丝 30

1.4.4 涨铆螺母、压铆螺母、拉铆、翻孔攻丝的比较 31

1.5钣金拉伸 32

1.5.1 常见拉伸的形式和设计注意事项 32

1.5.2 打凸的工艺尺寸 33

1.5.3 局部沉凹与压线 33

1.5.4 加强筋 34

1.6其它工艺 35

1.6.1 抽孔铆接 35

1.6.2 托克斯铆接 36

1.7沉头的尺寸统一 36

1.7.1 螺钉沉头孔的尺寸 36

1.7.2 孔沉头铆钉的沉头孔的尺寸的统一 36

1.7.3 沉头螺钉连接的薄板的特别处理 36

2 第二章金属切削件设计工艺 37

2.1常用金属切削加工性能 37

2.2零件的加工余量 38

2.2.1 零件毛坯的选择和加工余量 38

2.2.2 工序间的加工余量 38

2.3不同设备的切削特性、加工精度和粗糙度的选择 39

2.3.1 常用设备的加工方法与表面粗糙度的对应关系 39

2.3.2 常用公差等级与表面粗糙度数值的对应关系 39

2.4螺纹设计加工 40

2.4.1 普通螺纹的加工方法 40

2.4.2 普通螺纹加工常用数据 40

2.4.3 普通螺纹的标记 41

2.4.4 普通螺纹公差带的选用及精度等级 41

2.4.5 英制螺纹的尺寸系列 42

2.5常见热处理选择和硬度选择。

2.5.1 结构钢零件热处理方法选择 42

2.5.2 热处理对零件结构设计的一般要求 43

2.5.3 硬度选择 43

3 第三章压铸件设计工艺 44

3.1压铸工艺成型原理及特点 44

3.2压铸件的设计要求 45

3.2.1 压铸件设计的形状结构要求 45

3.2.2 压铸件设计的壁厚要求 45

3.2.3 压铸件的加强筋/肋的设计要求45

3.2.4 压铸件的圆角设计要求 45

3.2.5 压铸件设计的铸造斜度要求 46

3.2.6 压铸件的常用材料 46

3.2.7 压铸模具的常用材料 46

4第四章铝型材零件设计工艺46

3.3型材挤压加工的基本常识 46

3.3.1 铝型材的生产工艺流程 46

3.3.2 常见型材挤压方法 47

3.3.3 空心型材挤压模具简单介绍 49

3.4铝型材常用材料及供货状态 49

3.5铝型材零件的加工及表面处理 51

3.5.1 铝合金型材零件的加工 51

3.5.2 铝合金型材零件的表面处理 51

4 第五章金属的焊接设计工艺 53

4.1金属的可焊性 53

4.1.1 不同金属材料之间焊接及其焊接性能 53

4.1.2 同种金属的焊接性能 53

4.2点焊设计 55

4.2.1 接头型式 55

4.2.2 点焊的典型结构 55

4.2.3 点焊的排列 55

4.2.4 钢板点焊直径以及焊点之间的距离 56

4.2.5 铝合金板材的点焊 57

4.2.6 点焊的定位 57

4.3角焊 58

4.4缝焊 58

5 第六章塑料件设计工艺 59

5.1塑胶件设计一般步骤 59

5.2公司不同的产品系列推荐的材料种类。

5.3塑胶件的表面处理 60

5.4塑胶件的工艺技术要求. 61

5.4.1 塑胶件零件的壁厚选择 61

5.4.2 塑胶零件的脱模斜度 61

5.4.3 塑胶零件的尺寸精度 62

5.4.4 塑胶的表面粗糙度. 63

5.4.5 圆角 64

5.4.6 加强筋的问题 64

5.4.7 支承面 64

5.4.8 斜顶与行位问题 64

5.5塑胶的极限工艺问题的处理方法 65

5.6塑胶零件常须解决的问题。

5.7塑胶件正在进入的领域。

6 第七章表面处理工艺 68

6.1金属镀覆 68

6.1.1 金属镀覆工艺范围 68

6.1.2 电镀基础介绍 68

6.1.3 金属镀覆设计注意事项 69

6.1.4 几种常用零件电、化学处理推荐 71

6.2表面喷涂 71

6.2.1 喷涂基础介绍 71

6.2.2 表面效果选择原则 72

6.2.3 喷粉、喷漆设计注意事项 72

6.3表面丝印 74

6.3.1 丝网印刷原理：

6.3.2 丝网印刷的主要特点：

6.3.3 丝印设计注意事项 75

6.4移印介绍 75

7 第八章结构图纸零部件的分级和代码申请 76

7.1零部件分级和代码申请的基本原则 76

7.2单板整件图纸的分级方法 76

7.3插箱整件图纸的分级方法和代码申请方法 78

7.4整机配置（含机柜）的图纸的分级方法 80

第一章钣金零件设计工艺

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。

钣金材料的选材原则

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；

在同一产品中，尽可能的减少材料的品种和板材厚度规格；

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；

对于机柜和一些大的插箱，需要充分考虑降低整机的重量；

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。

几种常用的板材介绍

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。

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

5A06

LF6

2A80

LD8

2A14

LD10

H12

1060

5A12

LF12

2A90

LD9

2A50

LD5

1050A

8A06

4A11

LD11

6A02

LD2

1035

3A21

LF21

6063

LD31

7A04

LC4

RCS

1200

2A02

LY2

6061

LD30

7A09

LC9

5A02

LF2

2A06

LY6

2A11

LY11

5A03

LF3

2A16

LY16

2A12

LY12

5A05

LF5

2A70

LD7

2A13

LY13

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。

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。

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。

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，较低屈服极限和较低弹性模量的板料，弯曲后回弹变形小，容易得到尺寸准确的的弯曲形状。

含碳量＜0.2%的低碳钢、黄铜和铝等塑性好的材料容易弯曲成形；脆性较大的的材料，如磷青铜（QSn6.5～2.5）、弹簧钢（65Mn）、硬铝、超硬铝等，弯曲时必须具有较大的相对弯曲半径（r/t），否则在弯曲过程中易发生开裂。

特别要注意材料的硬软状态的选择，对弯曲性能有很大的影响，很多脆性材料，折弯会造成外圆角开裂甚至折弯断裂，还有一些含碳量较高的钢板，如果选择硬质状态，折弯也会造成外圆角开裂甚至折弯断裂，这些都应该尽量避免。

材料对拉伸加工的影响

板材的拉伸，特别是深拉伸，是钣金加工工艺中较难的一种，不仅要求拉伸的深度尽量小，形状尽可能简单、圆滑过渡，还要求材料有较好的塑性，否则，非常容易引起零件整体扭曲变形、局部打皱、甚至拉伸部位拉裂。

屈服极限低和板厚方向性系数大，板料的屈强比σs/σb越小，冲压性能就越好，一次变形的极限程度越大。

板厚方向性系数>1时，宽度方向上的变形比厚度方向上的变形容易。

拉伸圆角R值越大，在拉伸过程中越不容易产生变薄和发生断裂，拉伸性能就越好。

常见的拉伸性能较好的材料有：

纯铝钣、08Al，ST16、SPCD。

材料对刚度的影响

在钣金结构设计中，经常遇到钣金结构件的刚度不能满足要求，结构设计师往往会用高碳钢或不锈钢代替低碳钢，或者用强度硬度较高的硬铝合金代替普通铝合金，期望提高零件的刚度，实际上没有明显的效果。

对于同一种基材的材料，通过热处理、合金化能大幅提高材料的强度和硬度，但对刚度的改变很小，提高零件的刚度，只有通过变换材料、改变零件的形状，才能达到一定的效果，不同材料的弹性模量和剪切模量参见表1-2。

表1-2常见材料的弹性模量和剪切模量

名称

弹性模量E

GPa

切变模量G

GPa

名称

弹性模量E

GPa

切变模量G

GPa

灰铸铁

118~126

44.3

轧制锌

31.4

球墨铸铁

173

铅

6.8

碳钢、

镍铬钢

206

79.4

玻璃

1.96

铸钢

202

有机玻璃

2.35~29.4

轧制纯铜

108

39.2

橡胶

0.0078

冷拔纯铜

127

电木

1.96~2.94

0.69~2.06

轧制磷锡青铜

113

41.2

夹布酚醛塑料

3.95~8.83

冷拔黄铜

89~97

34.3~36.3

赛璐珞

1.71~1.89

0.69~0.98

轧制锰青铜

108

39.2

尼龙1010

1.07

轧制铝

25.5~26.5

硬四氯乙烯

3.14~3.92

拔制铝线

聚四氯乙烯

1.14~1.42

铸铝青铜

103

11.1

低压聚乙烯

0.54~0.75

铸锡青铜

103

高压聚乙烯

0.147~0.24

硬铝合金

26.5

混凝土

13.73~39.2

4.9~15.69

常用板材的性能比较

表1-3 几种常用板材的性能比较

材料

价格系数

搭接电阻（mΩ）

数控冲床加工性能

激光加工性能

折弯性能

涨铆螺母工艺性

压铆螺母工艺性

表面喷涂

切口防护性能。

冷軋钢板鍍藍鋅

1.0

好

一般

较好

冷軋钢板鍍彩鋅

1.2

好

一般

好

连续电镀锌钢板

1.7

好

一般

最差

热镀锌钢板

1.3

好

一般

较差

覆铝锌板

1.4

好

一般

差

不銹钢

6.5

差

好

一般

差

很差

差

好

防锈鋁板

2.9

一般

极差

好

一般

好

硬铝、超硬铝板

3.0

一般

极差

好

一般

好

T2铜板

5.6

好

极差

好

一般

好

黄铜板

5.0

好

极差

好

一般

好

注:

1，表中的数据与材料具体的牌号和厂家均有关系，仅作为定性参考之用。

2，铝合金、铜合金板材在激光切割上加工性极差，一般不能采用激光加工。

冲孔和落料：

冲孔和落料的常用方式

数控冲冲孔和落料：

数控冲冲孔和落料，就是利用在数控冲床上的单片机预先输入对钣金零件的加工程序（尺寸，加工路径，加工工具等等信息），使数控冲床采用各种刀具，通过丰富的NC指令可以实现各种各样的冲孔、切边、成形等形式的加工。

数控冲一般不能实现形状太复杂的冲孔和落料。

特点：

速度快，省模具。

加工灵活，方便。

基本上能够满足样品下料生产中的需要。

注意的问题及要求：

薄材（t<0.6）不好加工，材料易变形；加工范围受刀具，夹爪等限制；适中的硬度和韧性有较好的冲裁加工性能；硬度太高会使冲裁力变大，对冲头和精度都有不好的影响；硬度太低，使冲裁时变形严重，精度受到很大的限制；高的塑性对成形加工有利，但不适合于蚕食、连续冲裁，对冲孔和切边也不太合适；适当的韧性对冲裁是有益的，它可以抑制冲孔时的变形程度；韧性太高则使冲裁后反弹严重，反而影响了精度。

数控冲一般适合冲裁T=3.5～4mm以下的

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