實(shí)用的鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝手冊(cè)（1）

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曉昀

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發(fā)表于 2019-10-15 22:08:09 | 只看該作者 |只看大圖 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

1.1 鈑金材料的選材

   鈑金材料是通信產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的材料，了解材料的綜合性能和正確的選材，對(duì)產(chǎn)品成本、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量、加工工藝性都有重要的影響。

1.1.1 鈑金材料的選材原則

      1）選用常見(jiàn)的金屬材料，減少材料規(guī)格品種，盡可能控制在公司材料手冊(cè)范圍內(nèi)；

      2）在同一產(chǎn)品中，盡可能的減少材料的品種和板材厚度規(guī)格；

      3）在保證零件的功能的前提下，盡量選用廉價(jià)的材料品種，并降低材料的消耗，降低材料成本；

         4）對(duì)于機(jī)柜和一些大的插箱，需要充分考慮降低整機(jī)的重量；

         5）除保證零件的功能的前提外，還必須考慮材料的沖壓性能應(yīng)滿足加工工藝要求，以保證制品的加工的合理性和質(zhì)量。

1.1.2 幾種常用的板材介紹

1.1.2.1 鋼板

      1）冷軋薄鋼板

      冷軋薄鋼板是碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋板的簡(jiǎn)稱，它是由碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步冷軋制成厚度小于4mm的鋼板。由于在常溫下軋制，不產(chǎn)生氧化鐵皮，因此，冷板表面質(zhì)量好，尺寸精度高，再加之退火處理，其機(jī)械性能和工藝性能都優(yōu)于熱軋薄鋼板。常用的牌號(hào)為低碳鋼08F和10#鋼，具有良好的落料、折彎性能。

      2）連續(xù)電鍍鋅冷軋薄鋼板

         連續(xù)電鍍鋅冷軋薄鋼板，即“電解板”，指電鍍鋅作業(yè)線上在電場(chǎng)作用下，鋅從鋅鹽的水溶液中連續(xù)沉積到預(yù)先準(zhǔn)備好的鋼帶表現(xiàn)上得到表面鍍鋅層的過(guò)程，因?yàn)楣に囁蓿儗虞^薄。

         ３）連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板

         連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板簡(jiǎn)稱鍍鋅板或白鐵皮，是厚度0.25~2.5mm的冷軋連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板和鋼帶，鋼帶先通過(guò)火焰加熱的預(yù)熱爐，燒掉表面殘油，同時(shí)在表面生成氧化鐵膜，再進(jìn)入含有H2、N2混合氣體的還原退火爐加熱到710~920℃，使氧化鐵膜還原成海綿鐵，表面活化和凈化了的帶鋼冷卻到稍高于熔鋅的溫度后，進(jìn)入450~460℃的鋅鍋，利用氣刀控制鋅層表面厚度。最后經(jīng)鉻酸鹽溶液鈍化處理，以提高耐白銹性。與電鍍鋅板表面相比，其鍍層較厚，主要用于要求耐腐蝕性較強(qiáng)的鈑金件。

      ４）覆鋁鋅板

      覆鋁鋅板的鋁鋅合金鍍層是由55%鋁、43.4%鋅與1.6%硅在600℃高溫下固化而組成，形成致密的四元結(jié)晶體保護(hù)層，具有優(yōu)良的耐腐蝕性，正常使用壽命可達(dá)25年，比鍍鋅板長(zhǎng)3-6倍，與不銹鋼相當(dāng)。覆鋁鋅板的耐腐蝕性來(lái)自鋁的障礙層保護(hù)功能，和鋅的犧牲性保護(hù)功能。當(dāng)鋅在切邊、刮痕及鍍層擦傷部分作犧牲保護(hù)時(shí)，鋁便形成不能溶解的氧化物層，發(fā)揮屏障保護(hù)功能。

         上述2) 、3) 、4) 鋼板統(tǒng)稱為涂層鋼板，在國(guó)內(nèi)通訊設(shè)備上廣泛采用，涂層鋼板加工后可以不再電鍍、油漆，切口不做特殊處理，便可直接使用，也可以進(jìn)行特殊磷化處理，提高切口耐銹蝕的能力。從成本分析看，采用連續(xù)電鍍鋅薄鋼板，加工廠不必將零件送去電鍍，節(jié)省電鍍時(shí)間和運(yùn)輸出費(fèi)用，另外零件噴涂前也不用酸洗，提高了加工效率。

      5）不銹鋼板

      因?yàn)榫哂休^強(qiáng)的耐腐蝕能力、良好的導(dǎo)電性能、強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，使用非常廣泛，但也要充分考慮它的缺點(diǎn)：材料價(jià)格很貴，是普通鍍鋅板的4倍；材料強(qiáng)度較高對(duì)數(shù)控沖床的刀具磨損較大一般不合適數(shù)控沖床上加工；不銹鋼板的壓鉚螺母要采用高強(qiáng)度的特種不銹鋼材料的壓鉚螺母，價(jià)格很貴；壓鉚螺母鉚接不牢固經(jīng)常需要再點(diǎn)焊；表面噴涂的附著力不高、質(zhì)量不宜控制；材料回彈較大折彎和沖壓不易保證形狀和尺寸精度。

1.1.2.2 鋁和鋁合金板

      通常使用的鋁和鋁合金板主要有以下三種材料：防銹鋁3A21、防銹鋁5A02和硬鋁2A06。

      防銹鋁3A21即為老牌號(hào)LF21，系A(chǔ)L—Mn合金，是應(yīng)用最廣的一種防銹鋁。這種合金的強(qiáng)度不高（僅高于工業(yè)純鋁），不能熱處理強(qiáng)化。故常用冷加工方法來(lái)提高它的力學(xué)性能，在退火狀態(tài)下有高的塑性，在半冷作硬化時(shí)塑性尚好。冷作硬化時(shí)塑性低，耐蝕性好，焊接性良好。

      防銹鋁5A02即為老牌號(hào)LF2系A(chǔ)L—Mg防銹鋁，與3A21相比，5A02強(qiáng)度較高，特別是具有較高的疲勞強(qiáng)度、塑性與耐蝕性高。熱處理不能強(qiáng)化，用接觸焊和氫原子焊焊接性良好，氬弧焊時(shí)有形成結(jié)晶裂紋的傾向，合金在冷作硬化時(shí)有形成結(jié)晶裂紋的傾向。合金在冷作硬化和半冷作硬化狀態(tài)下可切削性較好，退火狀態(tài)下可切削性不良，可拋光。

      硬鋁2A06為老牌號(hào)的LY6，是常用的硬鋁牌號(hào)。硬鋁和超硬鋁比一般的鋁合金具有更高的強(qiáng)度和硬度，可以作為一些面板類的材料，但是塑性較差，不能進(jìn)行折彎，折彎會(huì)造成外圓角部位有裂縫或者開(kāi)裂。

      鋁合金的牌號(hào)和狀態(tài)已經(jīng)有新的標(biāo)準(zhǔn)，牌號(hào)表示方法的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為GB/T16474-1996，狀態(tài)代號(hào)GB/T16475—1996，與老標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照表，如下表1-1所示：

1.1.2.3 銅和銅合金板

      常用的銅和銅合金板材主要有兩種，紫銅T2和黃銅H62，

      紫銅T2是最常用的純銅，外觀呈紫色，又稱紫銅，具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、良好的耐蝕性和成形性，但強(qiáng)度和硬度比黃銅低得多，價(jià)格也是非常昂貴，主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐用消費(fèi)品腐蝕元件，一般用于電源上需要承載大電流的零件。

      黃銅H62，屬高鋅黃銅，具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的冷、熱加工性，易用于進(jìn)行各種形式的壓力加工和切削加工。主要用于各種深拉伸和折彎的受力零件，其導(dǎo)電性不如紫銅，但有較好強(qiáng)度和硬度，價(jià)格也比較適中，在滿足導(dǎo)電要求的情況下，盡可能選用黃銅H62代替紫銅，可以大大降低材料成本，如匯流排，目前絕大部分匯流排的導(dǎo)電片都是采用黃銅H62，事實(shí)證明完全滿足要求。

1.1.3 材料對(duì)鈑金加工工藝的影響

      鈑金加工主要有三種：沖裁、彎曲、拉伸，不同的加工工藝對(duì)板材有不同要求，鈑金的選材也應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的大致形狀和加工工藝考慮板材的選擇。

1.1.3.1 材料對(duì)沖裁加工的影響

      沖裁要求板材應(yīng)具有足夠的塑性，以保證沖裁時(shí)板材不開(kāi)裂。軟材料（如純鋁、防銹鋁、黃銅、紫銅、低碳鋼等）具有良好的沖裁性能，沖裁后可獲得斷面光滑和傾斜度很小的制件；硬材料（如高碳鋼、不銹鋼、硬鋁、超硬鋁等）沖裁后質(zhì)量不好，斷面不平度大，對(duì)厚板料尤為嚴(yán)重。對(duì)于脆性材料，在沖裁后易產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，特別是寬度很小的情況下，容易產(chǎn)生撕裂。

1.1.3.2 材料對(duì)彎曲加工的影響

      需要彎曲成形的板材，應(yīng)有足夠的塑性、較低的屈服極限。塑性高的板材，彎曲時(shí)不易開(kāi)裂，較低屈服極限和較低彈性模量的板料，彎曲后回彈變形小，容易得到尺寸準(zhǔn)確的的彎曲形狀。含碳量＜0.2%的低碳鋼、黃銅和鋁等塑性好的材料容易彎曲成形；脆性較大的的材料，如磷青銅（QSn6.5～2.5）、彈簧鋼（65Mn）、硬鋁、超硬鋁等，彎曲時(shí)必須具有較大的相對(duì)彎曲半徑（r/t），否則在彎曲過(guò)程中易發(fā)生開(kāi)裂。特別要注意材料的硬軟狀態(tài)的選擇，對(duì)彎曲性能有很大的影響，很多脆性材料，折彎會(huì)造成外圓角開(kāi)裂甚至折彎斷裂，還有一些含碳量較高的鋼板，如果選擇硬質(zhì)狀態(tài)，折彎也會(huì)造成外圓角開(kāi)裂甚至折彎斷裂，這些都應(yīng)該盡量避免。

1.1.3.3

材料對(duì)拉伸加工的影響

      板材的拉伸，特別是深拉伸，是鈑金加工工藝中較難的一種，不僅要求拉伸的深度盡量小，形狀盡可能簡(jiǎn)單、圓滑過(guò)渡，還要求材料有較好的塑性，否則，非常容易引起零件整體扭曲變形、局部打皺、甚至拉伸部位拉裂。屈服極限低和板厚方向性系數(shù)大，板料的屈強(qiáng)比σs/σb越小，沖壓性能就越好，一次變形的極限程度越大。板厚方向性系數(shù)>1時(shí)，寬度方向上的變形比厚度方向上的變形容易。拉伸圓角R值越大，在拉伸過(guò)程中越不容易產(chǎn)生變薄和發(fā)生斷裂，拉伸性能就越好。常見(jiàn)的拉伸性能較好的材料有：純鋁鈑、08Al，ST16、SPCD。

1.1.3.4 材料對(duì)剛度的影響

      在鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到鈑金結(jié)構(gòu)件的剛度不能滿足要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師往往會(huì)用高碳鋼或不銹鋼代替低碳鋼，或者用強(qiáng)度硬度較高的硬鋁合金代替普通鋁合金，期望提高零件的剛度，實(shí)際上沒(méi)有明顯的效果。對(duì)于同一種基材的材料，通過(guò)熱處理、合金化能大幅提高材料的強(qiáng)度和硬度，但對(duì)剛度的改變很小，提高零件的剛度，只有通過(guò)變換材料、改變零件的形狀，才能達(dá)到一定的效果，不同材料的彈性模量和剪切模量參見(jiàn)表1-2。