钣金件结构设计知识（精选8篇）
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特殊的工具，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)。2.16、弯曲件的结构准则⑴、板件最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，
为此规定最小弯曲半径。⑹、局部弯曲的工艺切口① 折弯件的弯曲线应避开尺寸突变的位置局部弯曲某一段边缘时，为了防止尖角处应力集中产生弯裂，可将弯曲线移动一定距离，以离开尺寸突变处（图a)，或开工艺槽（图b)，或冲工艺孔（图c) 。注意图中的尺寸要求：S≥R ；槽宽k≥t；槽深L≥t+R+k/2。2.19、钣金件的尺寸公差公差是影响产品质量和价格的重要因素之一。在制造零件的时候，经验告诉我们，无论投入多少成本和时间，完全按图纸上标注的尺寸准确地加工出来几乎是不可能的。产品设计无论从性能上还是经济上都要满足用户的需要。从企业本身来说，也必须保持正常的利润。为此公差必须由产品的性能和经济两方面来决定。所以设计要充分掌握公差的原则。⑴、冲切件的尺寸公差。
一、压痕机的组成
压痕机由底板、侧梁、横梁、可移动刀头及刀座、刀头横梁、动力设备等组成。
二、压痕机各零部件的尺寸
底板尺寸:长×宽=92cm×70cm;侧梁高度:65cm;横梁长度:92cm;刀头横梁长度:91cm;侧梁上的刀头横梁滑槽长×宽=40cm×1cm;刀头长×宽×高=10cm×4.5cm×2.5cm。刀头刃口距刀头上底面的距离为4.5cm;刀座长×宽×高=15cm×12cm×4cm。刀座刃口距刀座上底面的距离为1cm。
三、制作压痕机所需材料、工量具及设备
材料:普通低碳钢4cm×4cm方管、普通低碳钢4.5cm×4.5cm角钢、厚度1mm热轧低碳钢钢板、厚度45mm普通低碳钢钢板、40mm×4mm普通低碳钢扁钢。
工量具及设备:卷尺、直尺、角尺、丝攻、凿子、切割机、磨光机、手枪钻、手动铆钉枪、手工电弧焊焊机、CO2气体保护焊焊机等。
四、制作工艺
压痕机边框采用手工电弧焊进行焊接成型, 边框上还焊有一根纵梁和七根横梁用来增加刚度。底板上的面板是1mm厚的热轧钢板, 采用CO2气体保护焊焊接或用铆钉固定。压痕机侧梁及顶部横梁采用手工电弧焊进行焊接。刀头按锯削、锉削的加工顺序按尺寸加工, 刀头加工好后需要进行淬火处理。淬火就是把工件加热到900℃时, 放在水中冷却。利用氧炔焰加热工件, 根据金属颜色与温度的关系得知, 当工件加热变成橘红色时, 再把工件放入水中冷却。刀座需要镗削加工, 需要外加工, 刀座加工好后需要进行淬火处理。刀头横梁滑槽采用手工电弧焊进行焊或CO2气体保护焊焊接在侧梁内侧。刀头与刀头横梁的固定:为了便于维修, 刀头与刀头横梁采用螺栓连接, 另外, 为了在同一钣金件上制作出不同的压痕, 刀头和刀头横梁的相对位置是可变的, 要解决这个问题, 只需要在刀头横梁上开一道滑槽, 刀头在滑槽内滑动, 即可压出不同的压痕。刀头横梁开槽的工艺:先选用合适的钻头, 在刀头横梁需要开槽的位置钻上一排孔, 然后用凿子凿去多余金属, 最后用锉削的方法精加工滑槽。
刀座的固定:随着刀头位置的变化, 刀座的位置也要发生相应的变化, 刀座位置一旦确定后就是刀座如何固定的问题。为了使刀头正确落入刀座, 刀座的固定必须要进行横向固定和纵向固定。固定的方法采用螺杆螺母固定, 即刀座的位置确定后, 在螺杆上先拧紧紧固螺母, 再用锁紧螺母锁止。刀座的横向位置是不变的, 始终是在刀头横梁的下方, 刀座的纵向位置是变化的, 即沿着刀头横梁的长度方向滑动。刀座横向固定的方法是:在底板横向边框上钻一个孔径略大于螺杆直径的孔, 在刀座的一侧焊装一螺母, 螺杆在螺母内旋转的同时, 可以拉动刀头沿着刀头横梁的长度方向移动, 在螺杆的另一侧用锁紧螺母将螺杆锁紧在底板横向边框上实现横向固定。刀座的纵向固定:在底板的纵向边框上加工一道滑槽, 滑槽的长度为72cm, 滑槽的宽度略大于螺杆的直径, 滑槽的加工方法同刀头横梁滑槽加工方法。在刀座的另一面焊装螺母, 螺杆旋在螺母上后用锁紧螺母锁紧, 螺杆的另一端安装在滑槽内, 一旦位置确定后用锁紧螺母锁紧。
五、压痕机的动力装配
我们选用气动泵或液压千斤顶作为压痕机的动力, 气动泵或液压千斤顶安装在刀头横梁与压痕机横梁之间, 由于刀头的位置是变化的, 气动泵或液压千斤顶的位置与刀头的位置相对应, 在刀头横梁上安装一个可以滑动的泵做, 泵座的尺寸根据气动泵的底座来确定。为了确保气动泵液压千斤顶工作可靠, 气动泵的压缩空气入口处需要串联油水分离器、气压调节器。为了防止压痕机在工作时横梁的变形, 在气动泵的顶端加装一块边长略大于横梁宽度的顶块, 顶块的高度为4mm。
六、技术要求
压痕机底板四条边相互垂直, 垂直度公差0.1mm, 底板平面度公差0.5mm。侧梁与底板垂直, 垂直度公差0.1mm。横梁、刀头横梁、底板平面相互平行, 平行度公差为0.1mm。各滑槽的两条边平行度公差为0.2mm。压痕机实物如图1所示。
七、压痕机的使用方法
确定好刀头与刀座的位置, 并用定位螺栓固定好。把要压的汽车钣金件放置在刀头与刀座之间。把气动泵或液压千斤顶放置在刀头横梁与压痕机横梁之间。开始施加压力, 直到钣金件被压在刀头与刀座之间能看见有明显的压痕为止。释放压力, 抬起刀头横梁, 取出被压的钣金件。
八、结语
目前很多院校都有汽车检测与维修专业, 部分院校有汽车钣金维修这个专业, 不过各院校对汽车钣金维修这个专业投入资金量不同, 因此各类院校的汽车钣金专业规模大小不一, 教学科目的开展也有较大的差异。如果要想办好汽车钣金维修这个专业, 这就要求学校的硬件设施要跟上, 学生只有通过对这些新型设备的使用, 才能够很好地掌握现代的汽车钣金维修技术。
参考文献
[1] .黄平.汽车车身修复技术[M].北京:人民交通出版社, 2005
[2] .刘森.汽车钣金工修复技术[M].北京:金盾出版社, 2001
BSJS0016 REV1.0
钣金件点焊参数标准
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制定：付强红
发布日期:2011/07/06 海 宁 红 狮 宝 盛 科 技 有 限 公 司 发布
技术部文件
BSJS0016 REV1.0 1.目的:
规范点焊过程参数不确定性及标准的不明确性，同时规范和明确焊接的使用，判定及检测方法, 保证公司产品的焊接质量，并加以规定，以便检查工作的顺利进行和实施
2.范围:
适用部门：技术、生产部焊接及公司其它涉及焊接的车间;
公司所生产的所有需点焊产品，但是有特殊要求的产品除外 适用客户: 公司所生产的所有需点焊产品，如 BE,WINCOR 及其他客户，但是有特殊要求的产品除外.3.引用标准: 1.BE PS-01-01_03 Welding焊接标准 2.国内点焊标准
3.国内点焊接检测方法
4.点焊参数规格及标准
电阻点焊（resistance spot welding），简称点焊。是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊是一种高速、经济的重要连接方法，适用于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。当然，它也可焊接厚度达6mm或更厚的金属构件，但这时其综合技术经济指标将不如某些熔焊方法。如下为焊接参数规格及标准参考表：
1.点焊通常采用搭接接头或折边接头（图1）.接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度、相同材料或不相同材料的零件组成，焊点数量可为单点或多点.在电极可达性良好的条件下，接头主要尺寸设计可参见表
1、表2和表3。
图1
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BSJS0016 REV1.0
2.焊前工件表面清理
点焊、凸焊和缝焊前，均需对焊件表面进行清理,以除掉表面脏物与氧化膜，获得小而均匀一致的接触电阻,这是避免电极粘结、喷溅、保证点焊质量和高生产率的主要前提.对于重要焊接结构和铝合金焊件等，尚需每批抽测施加一定电极压力下的两电极间总电阻R，以评定清理效果，一般情况下可由清理工艺保证。清理方法可有二类：机械法清理，主要有喷砂、刷光、抛光及磨光等；化学清理用溶液参见表5，也可查阅相关熔焊资料。
3、常用金属材料的点焊
判断金属材料点焊焊接性的主要标志：①材料的导电性和导热性，即电阻率小而热导率大的金属材料，其焊接性较差；②材料的高温塑性及塑性温度范围，即高温屈服强度大的材料（如耐热合金）、塑性温度区间较窄的材料（如铝合金），其焊接性较差；③材料对热循环的敏感性，即易生成与热循环作用有关缺陷（裂纹、淬硬组织等）的材料（如65Mn），其焊接性较差；④熔点高、线膨胀系数大、硬度高等金属材料，其焊接性一般也较差。当然，评定某一金属材料点焊焊接性时，应综合、全面地考虑以上诸因素。3.1 低碳钢的点焊(表6)
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BSJS0016 REV1.0 3.2可淬硬钢的点焊
点焊技术要点：
（1）电极压力和焊接电流选择 在保证熔核直径条件下，焊接电流脉冲值应选择偏小，以使熔核焊透率接近设计值下限（50％～60％为宜），电极压力值应选择较大，为相同板厚低碳钢点焊时的1.5～1.7倍，或采用可予调制的焊接电流脉冲波形（即用热量递增控制以减轻或避免初期内喷溅）。
（2）双脉冲点焊工艺 这种点焊工艺为焊接电流脉冲加1个回火热处理脉冲，配合适当会得到高强度的点焊接头，撕破试验时接头呈韧性断裂，可撕出圆孔。这里应注意，两脉冲之间的间隔时间一定要保证使焊点冷却到马氏体转变点Ms温度以下。同时，回火电流脉冲幅值要适当，以避免焊接区金属加热重新超过奥氏体相变点而引起二次淬火。
双脉冲点焊焊接参数可参见表7。
3.3铝合金的点焊
铝合金分为冷作强化型3A21(LF21)、5A02(LF2)、6A06(LF6)等和热处理强化型2A12-T4(LY12CZ)、7A04-T6(LC4CS)等。焊接性均较差。焊技术要点：
（1）焊前必须按工艺文件仔细进行表面化学清洗，并规定焊前存放时间。
（2）电极一般选用CdCu合金，端面推荐用球面形并注意经常清理，电极应冷却良好。
（3）采用硬规范，焊接电流常为相同板厚低碳钢的4～5倍，因此功率强大的点焊机是焊铝的基本条件。
（4）波形选择，除板厚δ<1.2mm的冷作强化型铝合金可以用工频交流波形点焊外，板厚较大的冷作强化型铝合金及所有热处理强化型铝合金一律推荐用直流冲击波、三相低频和直流焊机点焊。
（5）焊接循环，采用缓升、缓降的焊接电流，可起到预热和缓冷作用；具有阶梯形或马鞍形压力变化曲线可提供较高的锻压力；高精确度的控制器可保证各程序的准确性，尤其是锻压力的施加时间。这样的点焊循环对防止喷溅、缩孔及裂纹等缺陷至关重要。
（6）焊接参数参见表
8、表9和表10
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BSJS0016 REV1.0 3．4 不锈钢的点焊
按钢的组织可将不锈钢分为奥氏体型、铁素体型、奥氏体－铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型等。其中马氏体不锈钢由于可淬硬、有磁性，其点焊焊接性与前述可淬硬钢相近，考虑到该型钢具有较大的晶粒长大倾向，焊接时间参数一般应选择小些，参见表11。
奥氏体不锈钢、奥氏体－铁素体不锈钢点焊焊接性良好，尤其是电阻率高（为低碳钢的5～6倍），热导率低（为低碳钢的1/3）以及不存在淬硬倾向和不带磁性（奥氏体－铁素体不锈钢有磁性），因此无需特殊的工艺措施，采用普通交流点焊机、简单焊接循环即可获得满意的焊接质量。点焊技术要点：
（1）可用酸洗、砂布打磨或毡轮抛光等方法进行焊前表面清理，但对用铅锌或铝锌模成形的焊件必须采用酸洗方法。（2）采用硬规范、强烈的内部和外部水冷，可显著提高生产率和焊接质量。
（3）由于高温强度大、塑性变形困难，应选用较高的电极压力，以避免产生喷溅和缩孔、裂纹等缺陷。
（4）板厚大于3mm时，常采用多脉冲焊接电流来改善电极工作状况，其脉冲较点焊等厚低碳钢时要短且稀。这种多脉冲措施亦可用后热处理。
（5）焊接参数参见表12和表13。
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BSJS0016 REV1.0 3.5 镀层钢板的点焊
镀层钢板主要有镀锌板、镀铝板、镀铅板、镀锡板、贴塑板等。其中贴聚氯乙烯塑料面钢板焊接时,除保证必要的强度外,还应保证贴塑面不被破坏，因此必须采用单面点焊和较短的焊接时间，在大多数的情况下，焊件均设计成凸焊结构。由于低熔点镀层的存在，不仅使焊接区的电流密度降低，而且使电流场的分布不稳定；若增大焊接电流又进一步促进了电极工作端面铜与镀层金属形成固溶体及金属间化合物等合金，加快了电极粘损和镀层的破坏。同时，低熔点的镀层金属会使熔核在结晶过程中产生裂纹和气孔。因此，镀层钢板合适的点焊参数范围窄，接头强度波动大，电极修整频繁，焊接性较差。点焊技术要点：
（1）需要比普通钢板点焊更大的焊接电流和电极压力，约提高1/3以上。
（2）电极材料应选用CrZrCu合金或弥散强化铜，或镶钨复合电极,并允许采用内部和外部的强烈水冷却。同时，电极的两次修磨间的焊点数应仅为低碳钢时的1/10～1/20。
（3）在结构允许条件下改用凸焊是一行之有效的措施，再配之以缓升或直流焊接电流波形会进一步提高焊接质量。（4）点焊时应采取有效的通风措施，以防止锌、铅等元素的金属蒸汽和氧化物尘埃对人体健康的侵害。（5）焊接参数参见表14和表15。
4.点焊检测方法
4.1.破坏试验及检测：
a.剥开
b.击打在一点上
1.)如母材断开，判定为OK 2.)焊点直径小（按以下处理）
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BSJS0016 REV1.0 P1 升高电流
P2 把电流时间延长一点
P3 把加压入下降
4.2.焊接不良的区分和造成的原因：
4.2.1.溶点焊瘤
原因排查：
4.2.2.无粘性
原因排查：
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BSJS0016 REV1.0 4.2.3.有膨胀
4.2.4.压痕不是圆的
4.2.4.无然烧变化
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排查方法：
1.若是想到有点奇怪，立即叫来负责人让其检查，容易妥协就会导致大事故发生;2.首件确认以试片为准，过程中按每2小时进行试片检测一次;3.开机，换人，停机，维修机器及工艺改变必须做首件试片检测.4.3 检查及判定基准(如附表)备 注
一、判断题
（√）1.铝合金是在铝中加入适量的锌、镁、铜、锰和硅等合金元素经冶炼而成。
（√）2.圆锥体随着剖截位置的不同,剖截后,几何体的截面形状也不同。
（√）3.单极限式样板各部们的合称尺寸应按过端轮廓确定
（×）4.样板用的材料,其强度和刚度相比,强度是主要的。
（√）5.如冲模闭合高度实在太小,不便操作时,可在工作台面上加垫板。
（√）6.落压模简单,制造方便,模具材料又可以回炉重复使用,成本也低。
（×）7.求拱曲件展开尺寸时,可用实际比量法,这种方法十分简单,误差较小。（×）8.对大孔用木锤和顶木手工翻边.只能敲打弯边边缘。
（√）9.对于直径不超过80毫米的内孔的翻边,可以用木锤一次冲出弯边。（√）10.孔翻边是为了增加刚性,外翻边也是为了增加刚性。
（√）11.薄铝板可制成各种形状的拉伸件和压弯件。
（×）12.在放边的平面中,材料在各处伸展程度是不同的,外缘伸展量大时,变薄量也小（×）13.画展开图时,当板金制品表面边棱不平行,又无集中点时,常采用三角锥展开法（√）14.拉压成型是具有双曲度外形的板金件的一种成型方法。
（√）15.检查气焊丝的质量要从三方面进行,即韧性检查,热脆性检查,工艺性能检查。（×）16.乙炔的爆炸,还与其存放容器的形状和大小密切相关,容器直径愈小,则愈容易爆炸
（√）17.焊炬喷出火焰的温度要高,体积要小,焰心要直,便于施焊。
（×）18.紫铜板气焊接时,为减少在高温下氧化一般应使火焰的焰心距焊件表面2---4毫米
（√）19.气焊焊接紫铜板时,焊件较厚需要预热,其温度一般在350℃-700℃。
（×）20.气焊焊接紫铜板时,在保证焊透的条件下,可以一点一点的焊完。
二、选择题（请将正确答案的代号填入括号内，每题1.5分，共30分）
1.全面质量管理的基本核心是强调以（提高人的工作质量）,达到全面提高企业和社会经济效益的目的2.大部分金属材料制成的工件,发生变形后,可以矫正的根本原因是因为它具有（一定的塑性）
3.线状加热凸面边缘时,焊炬移动速度要适当,保证加热温度在（500-600℃）
4.线状加热凸面边缘时,加热线宽度应为（10-15毫米）
5.汽车车身的顶盖,发动机罩,翼子板,车门等都属于（不规则曲面）
6.构件在外力的作用下发生破坏,其应力属（极限应力）
7.除去外力后,原子间距恢复原状,而错动的晶格却不能恢复原来位置,属于材料的（弹性极限）
8.金属材料的断面收缩率和延伸率的百分数（愈大,弹性愈好）
9.在弹性变形范围内的外力与变形（成正比）
10.冲模的闭合高度,在无特殊情况时,应取（上限值）
11.火焰矫正法可分为（点状或线状加热法）
12.热拱曲一般用于拱曲件尺寸大,板料（厚的零件）
13.收边用折皱钳起皱,可在规铁上用（木锤敲平）
14.样板的角度制造公差,应取工件公差的10%,对于未注公差的工件,应取工件角度值的（<±10%）
15.双排铆道,t=4d,a=1.5d,两排铆钉之间的距离b应取（2a）
16.冲模的闭合高度,在无特殊情况时,应取（上限值）
17.在凸模或凹模一个零件上标注偏差,而另一件则（注明配作间隙）
18.容器的水压试验,每升压一级须保持2分钟,升到试验压力后保压时间不少于（5分种）
19.弯曲件加工的主要问题表现在（回弹上）
20.在旋压复杂形状零件时,控制外形尺寸用（样板）
三、填空题（请将正确答案填在横线空白处，每空1分，共20分）
1.汽车驾驶室外形的修复方法主要是（矫正）及（整平）
2.全面质量管理,其基本核心是强调以提高人的工作质量,达到全面提高（企业）和（社会经济效益）为目的。
3.氩弧焊能充分有效地（保护）金属熔池不被（氧化）
4.氩弧焊分为（融化电极）和（不熔化电极）两种
5.焊件变形量大,是因为加热点间距离（小）,加热时间（长）所致
6.板料受外力或焊接引起变形时超过（技术）规定者,必须进行（矫正）
7.金属的孪动是（突然发生的）原子位置（不能生产）较大的错动.因此晶体取得较 大永久变形的方式主要是滑移作用.孪动后晶体内部出现空隙,易于导致金属的破裂
8.当一定断面积的试件受拉伸直至断裂时,横断面积（缩小）长度（增大）
9.冲裁件要求表面（光滑平整）冲断边缘（无飞边毛刺）,零件尺寸符合图纸要求
10.旋压是用以制作（各种不同）形状的（旋体）零件的四、计算题（每题5分，共10分）
1.己知矩形板长为800毫米,宽为500毫米,四周圆角R为10毫米,试计算矩形板周长?.解:己知a=800b=500R=10
C=2(a+b)-4×0.43R=2(800+500)-4×0.43×10=2582.8毫米
答:矩形板周长为2582.8毫米
2.用δ=0.75A3板材,制作高为500mm,内径为300mm的油桶,试算油桶的容积为多小？ 解:己知h=5dmD=3dm
V=(D2π)/(4)h=(3×3×3.14)/(4)×5=35.343L
答:油桶容积为35.343升
五、简答题（每题6分，共12分）
1.何谓矫正?
答:在一定外力的作用下,消除材料的弯曲、凸凹不平等缺陷,使其恢复原设计几何形状的加工方法
2.何谓金属的孪动？
答:孪动也是塑性变形的一种形式,孪动是晶体的一部分相对另一部分,沿着一定的晶面和方向发生的转动。金属的孪动是突然发生的,原子位置不能产生较大的错动.因此晶体取得较大的永久变形的方式主要是滑移作用。孪动后晶体内部出现空隙,易于导致金属的破裂。
六、综合题（8分）
1.抽芯和击芯铝铆钉有何优点？
中文名稱 英文名稱 中文名稱 英文名稱
向上抽孔 upward extrude 壓線 score
向下抽孔 downward extrude 墊腳 locator
正面壓螺母(釘)(柱)positive pressing nut(screw)(standoff)沙拉孔 counter sink
反面壓螺母(釘)(柱)negative pressing nut(screw)(standoff)向上凸點 upward bump正面沙拉孔 positive counter sink 向下凸點 downward bump
反面沙拉孔 negative counter sink 向上半剪 upward halt-shear
向上抽芽孔 upward threaded hole 向下半剪 downward halt-shear
向下抽芽孔 downward threaded hole 半剪 halt-shear
向上反折壓平upward folding and flattening 接地標志 ground symbol
向下反折壓平downward folding and flattening 螺柱 standoff
點焊 spot weld 穿孔(通孔)through hole
絲印 silk screen 抽引,抽凸 draw,extrude
攻芽 tap 沖孔 pierce(piercing)
斷差 offset 變形 deformation
壓平(兩個料厚)hem 成形 form(forming)
向上抽引,抽凸 upward draw,form 凸點 bump
向下抽引,抽凸 downward draw,form 拉釘 rivet
擴孔 enlarge hole 規格大小 specification
代號 mark 數量 amount
加工性質 character 備注 instruction
表二(鈑金設計中常用的其它術語)
中文名稱 英文名稱 中文名稱 英文名稱
擴孔
enlarge hole 自鉚 self-chinching
全周壓毛邊
all round burr平頭拉釘 set-head rivet
表面處理
finish 定位銷 dowel pin
挂鉤
hook平頭鉚釘 closed-end rivet
焊接線 weld line 塑膠固定栓 fastener,plastic,push-type
壓合膠粘劑 presure sensitive adhesive 尼龍綁帶 tie wrap,nylon
五金件 hardware 泡棉靜電導片 gasket,foam,emi
貼紙 labeling 鈹銅靜電導片 gasket,becu,emi
烤漆 paint 圓頭螺釘 button-head screw
電鍍 plating平頭螺母 nut flush
銘板 nameplate平齊自鉚 flush,self-clinching
包裝 packing 緊固螺絲 fix screw
鐵材零件 sheet metal parts 組裝 assembly
塑膠零件 plastic parts 凹陷,頂針 sink mark
壓邊鉚釘 open-end rivet / /
插孔 jack / /
彈簧螺絲 fsnr,cap,scr / /
表三(鈑金設計中常用的其它術語)
中文名稱 英文名稱 中文名稱 英文名稱 厚度 thick 文字,記號 charactor半沖孔 spring slice 角 corner
基座 chassis 自鎖螺母 nut self-clenching承座 bracket 軸肘式鉚接 toggle lock承架 horsing 卡尺 cali per
下蓋 base
打印字模 stamp letter
去毛邊 deburr
反面 farside
正面 inside
下料 blank(blanking)
汽车大型钣金覆盖件模具设计、制造在汽车工业中占有重要地位,随着汽车市场竞争日益激烈,新型轿车推出周期不断缩短,要求汽车大型覆盖件模具工业必须加快开发周期,提高模具的品质和精度。台湾汽车整车、车身技术主要通过技术合作形式,由日本、美国引进,如裕隆汽车用日产汽车技术,中华汽车用三菱汽车技术,台湾福特公司为美国福特公司投资企业。由于台湾地区市场规模的限制,各汽车厂都加快新型轿车投放市场速度,平均三至四年就引进推出一种新车,基本上与日本、美国等各大汽车公司推出新型轿车的时间同步。这样就带动台湾汽车大型覆盖件模具工业的发展。近几年来台湾主要模具厂承接大型覆盖件模具业务不断增加,模具工业水平得到迅速提高。目前台湾模具工业的发展水平已超过韩国、泰国,接近日本汽车大型覆盖件模具制造水平。本文主要是根据校校合作项目与台湾建国科技大学交流期间,到台湾协欣、瑞利、合星、伍亨及国产汽车公司等大型模具公司见习情况,结合近年来参与调研海西汽车制造有限公司部分钣金零件合作开发工作经验总结,从汽车大型覆盖件模具厂基本情况、大型汽车覆盖件模具开发两方面,简要介绍台湾汽车大型覆盖件模具工业现状。
1 台湾汽车大型覆盖件模具厂概况
台湾汽车大型覆盖件模具厂大多数是独立经营公司,不隶属于整车厂,有些汽车厂有参股投资模具厂。汽车大型覆盖件模具厂设备投资大,模具设计制造周期较长,模具生产负荷并非是均衡生产。同时模具不是最终产品,只是生产设备,模具企业的产能还受到设计、制造、钳工等工作人员年资、工作经验的影响。因此台湾大型覆盖件模具企业,除了制造模具外,都均有自己的大型覆盖件冲压生产线,并成为各整车厂覆盖件零部件配套厂。
1.1 模具技术来源
台湾大型覆盖件模具技术来源主要有两种,1) 与日本汽车模具企业合资,由日本公司派专家指导,负责培训设计、制造、试模等专业技术人员,如日本狄原公司入股台湾协欣公司,日本三协公司投资合星模具公司;2) 台湾模具企业与日本汽车模具企业签订技术引进协议,购买模具专业技术,派出专业人员到日本学习,如富勤模具公司于日本富士铁工,宫津制作所技术合作,瑞利公司与日本HTC株式社会,MTEC马自达模具技术中心进行技术合作。
1.2 模具设计、制造设备
各大模具厂在20世纪90年代初就引进了CAD/CAM系统,模具、检具设计均在计算机上完成,并通过网络连线控制制造系统实现DNC加工。CAD/CAM系统硬件方面各模具厂均配备有工作站、服务器及PC机,常用软件有STRIM—100—3D,UGⅡ,CIMATRON,EUCLID等。机械、检测设备主要有五轴加工机、高速型面雕刻机、龙门铣床、仿形铣床、三坐标扫描仪、三坐标测量仪等,并设有泡沫模型制作车间。
1.3 主要模具业务
模具企业除了为当地各大汽车厂制造模具外,还承接大陆各大汽车厂、韩国汽车公司等模具业务,并返销日本。目前除了轿车整体式侧围模具制造经验仍不足外,其他轿车覆盖件模具均能制造。一般大型外覆盖件模具制造周期8～12个月,平均模具价格比日本低15%～30%。台湾整车厂一般不把一种车型的模具发包给一个模具厂开发,而由几家模具厂同时开发,整车厂仍掌握车身总成组焊技术。
1.4 企业管理
模具企业从设计到售后服务都建立较完善品质保证体系,制定明确品质政策、品质目标,强调全员参与品质管理,实施看板管理、自主保证、持续改善等品质管理措施。模具企业整体管理水平较高,均通过ISO9002认证,有些企业还通过QS9000认证。
2 大型汽车覆盖件模具开发
2.1 模具制造流程
传统覆盖件模具设计、制造依据,主要由汽车厂提供主模型、样件或线图。模具厂对主模型、样件在三坐标扫描仪上读取数据;或直接在线图上量取数据,通过CAD系统进行三维空间曲面生成。而现代汽车车身CAD设计技术的发展,汽车厂商可以向模具厂提供车身零件CAD DATA,即电子产品数据,模具厂商用CAD/CAM系统和电子产品数据进行冲压工艺,冲压模具设计,NC编程设计,通过NDC网络传输到车间NC机床,进行机械加工,其基本流程如图1所示。
2.2 模具的设计、制造
大型覆盖件零件冲压工艺及模具的结构,必须按冲压生产线冲压设备,生产输送线的形式进行设计,台湾冲压生产线多数为四台或五台单动式机械冲床连线,覆盖件零件生产采用半自动化机械臂投入,取料和输送带运送零件,或采用全自动化机器人投、取料,因此在设计模具时各企业都制定模具基本结构参数设计标准,对模具共用部分开发如标准件,上、下模压力源,零件投入、取出杆,楔形块滑动面等均作设计规定,对各冲压工序模具基本结构、使用材料、铸件臂厚、模具标准高度、快速装模夹持结构、模具涂装颜色等制定设计标准。为了提高模具品质,缩短制造周期和便于维修件采购,在模具结构中大量使用标准件,如各种标准、异形冲头、固体润滑导板、导套、橡胶弹性元件、氮气弹簧等。为了降低零件生产成本,减少覆盖件零件生产工序,模具结构设计复杂化,如采用斜向、横向加工成型结构,即楔型侧成形、侧整形、侧翻边、侧冲结构,在同一模具中生产不同车型零件的种别加工机构,对顶盖、门外板等刚性要求高的平坦曲面零件,采用上、下模压料板模具结构一次拉延成形,上压料板压力源可量采用氮气弹簧和橡胶弹簧、弹簧。模具刃口可采用镶块结构(一般一次同时加工两套刀刃)。模具的铸造采用实型铸造,模具厂商自己制作实型铸造泡沫模型。模具铸件加工使用高速NC加工机床,可提高模具表面精度、粗糙度,减少钳工工作量。
2.3 模具材料
台湾模具材料一般采用日本JIS标准或日本钢厂标准,拉延模常用材料FC30(即HT300)和FCD55(即QT550),模具寿命可达到25万次以上。因台湾汽车厂生产的轿车主要在台湾地区销售,一般一款车型销售10万辆左右(3～4年)就需更换车型,一次模具材料采用HT300即可满足使用寿命。剪切、折弯的刃口材料常用SX105V(7CrSiMnMoV)空冷钢,常用模具材料如下表1所示。
2.4 开发模具的验收
大型覆盖件模具制造成本高,技术难度大,对于模具的设计、制造,无论是模具厂或是汽车厂,对前期钣金件的冲压工艺、模具的结构设计,都必须按照严格的审查程序执行,否则若在模具铸造、加工之后,模具不能满足生产或零件技术要求,将会造成重大损失。因此,台湾各大模具厂和汽车厂从模具设计到制造、验收都制定了详细的审核工作管理标准。
a) 模具的设计审核
模具的设计审核主要从零件的形状尺寸、成形性及工艺性、模具铸造、模具标准件和生产性方面进行审核,基本内容如表2所列。
b) 模具验收
模具有静态动态两种验收。静态检验依据模具图对模具的基本尺寸、基本结构、标准件、易损件配备,外观及涂装等进行检查。动态验收主要通过对模具试模及在冲压生产线上流水生产,检验模具装配性,成形性,批量生产性,一般必须对设备左、右下平台均调试生产并对零件检验合格后方可验收。
3 大型覆盖件零件的检验和生产
模具的开发最终目的就是要能生产出符合技术要求的覆盖件零件,现代轿车对钣金覆盖件既要满足大批量生产,又必须满足外观、防腐要求。钣金零件尺寸、形状面检验,主要依靠检具,检具基准面一般采用树脂材料,通过CAD/CAM系统,经NC机床加工后,在三坐标测量仪上检测。检具类型主要有两种,1) 为用于车身总成开口部的量测。如车身前挡风玻璃窗框、门框等,这种检具由于经常搬动使用,因此设计时采用带骨架的框架结构,整体质量较轻,存放时应悬挂放置;2) 为用于钣金覆盖件零件检测检具,可分为立式、卧式两种,立式要求刚性大,一般垂直支撑面为一整块平面钢板,如车门检具。检具除了基准面外,还根据零件形状面、关键边界尺寸、孔,设定有不等数量测量点和夹紧器。覆盖件尺寸检验除了在检具一量测合格后,还必须在焊装夹具上组焊确认,才能最后判定合格与否。覆盖件外观检验主要检查零件的缺陷,如破裂、凸凹、模具压伤、拉痕、刮伤、毛刺等,检验方法有目视、手摸和用油石在零件表面上横向或纵向移动,判定是否有缺陷。检验时一般在室内500～1 000 W白光灯下或室外日光下检验。
4 结语
台湾汽车大覆盖件零件生产用的钢板,均由生产厂向钢板供应商直接订购。由于供应集中,钢板厂商设有裁切、清洗设备,可满足汽车厂各种钢板型号、尺寸规格要求。大覆盖件钣金生产车间采用全封闭式生产,并配有钢板清洗、模具清洗设备,从而保证了零件生产的外观品质不受环境的影响。目前轿车大型覆盖外观件多采用热浸镀锌板,台湾此类钢板需从日本进口,因此对外板件钢板生产前都有进行清洗。
参考文献
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[2]王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,1990.
[3]冯炳尧.模具设计与制造简明手册[M].上海:上海科学技术出版社,1992.
1、RP技术的金属模具制造技术
RP技术的基本原理是离散/堆积成形原理, 三维形体在离散过程中被沿xyz, 3个方向分解, 生成形体的各个截面、截线和截点, 称之为离散面、离散线和离散点, 将这些离散体 (面、线和点) 转换成实体, 并将它们依照原先的顺序堆积还原成三维形体的实体形状。
RP技术的特点是通过离散获得材料堆积的路径、顺序和方式, 在数控系统控制下将材料逐层“迭加”起来形成三维实体, 实现数字化成形。三维CAD电子模型被沿Z向离散, 生成一系列二维层面数据, 再将分层后的数据进行处理, 加入加工参数, 生成数控代码, 数控系统以平面加工方式顺序加工出每个层片并使它们堆积、粘接成形, 构成三维物理实体。
2、RP技术对材料的要求
材料是决定快速成型技术发展的基本要素之一, 它将直接影响到原型的精度、物理化学性能以及应用等。根据使用材料的不同, 可以将RP技术分为四个阶段:概念型、测试型、模具型、功能零件。概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高, 主要要求成型速度快。如对光固化树脂, 要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求, 以满足测试要求。如果用于装配测试, 则对于材料成型的精度还有一定要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求, 如对于消失模铸造用原型, 要求材料易于去除。快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看, 一个是研究专用材料以适应专门需要;另一个是根据用途分类, 研究几类通用材料以适应多种需要
3、RP技术对加工精度的影响
成型件精度的主要因素有两方面:一是由CAD模型转换成STL格式文件以及随后的切片处理所产生的误差;二是成型过程中制件翘曲变形, 成型后制件吸入水分, 以及由于温度和内应力变化等所造成的无法精确预计的变形。为了解决第一类问题, 正在研制直接切片软件和自适应切片软件。所谓直接切片是不将CAD模型转换成STL格式文件, 而直接对CAD模型进行切片处理, 得到模型的各截面层轮廓信息, 从而可以减少三角面近似化带来的误差, 所谓自适应切片是快速成型机能根据成型零件表面的曲率和斜率自动调整切片的厚度, 从而得到高品质的光滑表面。
4、与RP技术相关软件
软件是RP系统的灵魂, 其中作为CAD到RP接口的数据转换和处理软件是其关键。不同CAD系统所采用的内部数据格式不同, RP系统无法一一适从, 这就要求有一种中间数据格式既便RP系统接受又便于不同CAD系统生成, STL (Stereo Lithography) 格式应运而生了, STL文件是用大量空间小三角形面片来近似逼近实体模型。由于STL格式具有易于转换、表示范围广、分层算法简单等特点, 为大多数商用快速成形系统所采用, 现己成为快速成形行业的工业标准。但是, STL模型也存在许多不足之处:
精度不足。由于STL模型用大量小三角形面片来近似逼近CAD模型表面, 造成STL模型对产品几何模型的描述存在精度损失并且在对多张曲面进行三角化时, 在曲面的相交处往往产生裂缝、孔洞、覆盖及相邻面片错位等缺陷。
数据冗余度大。STL模型不包含拓扑信息, 三角形面片的公用点、边单独存储, 数据的冗余度大。随着网络时代的到来, STL模型数据冗余大的不足也使其不利于远程RF的数据传输, 难以有效支持远程制造。
5、结语
快速成型技术可以大大缩短产品的开发周期, 满足产品的个性化、多样化需求, 在工业设计中得到广泛应用。但由于该技术的制作精度、强度和耐久性还不能满足工程实际的需要, 加之设备的运行及制作成本高, 一定程度上制约着RP技术的普遍推广。随着研究的不断深入, 制约快速成型发展的因素会逐步解决, 应用领域会不断得到拓展。
参考文献
[1]孙秀英.面向RP的VRML模型浏览与分层研究[D].西安科技大学, 2006.
[2]丘宏扬, 谢嘉生, 刘斌.快速成型技术研究中的若干关键问题[J].锻造机械, 2001.
钣金件和钣金制品在机械、石油、化工、冶金、轻工等行业应用非常广泛,其中钣金展开模型的绘制是钣金件制造和钣金制品生产中的一个重要环节。这类产品在制作过程中,一般需要画出其表面形状,即展开图,以便进行下料,加工成形。展开图的传统作法是展开计算法,此方法计算繁琐、工作量大。
SolidWorks、Pro/e、UG等三维设计分析软件中的钣金展开功能,可以快速生成简单钣金件的展开图。但是当遇到如图1(a)所示的中有复杂相贯线裤形钣金件的零件时,如在SolidWorks中,按照文献[1]中的方法,由于下料管1的外表面没有完全包括下料管2,则无法执行转换到钣金步骤中的“分割”功能,导致无法进行下上步的工作,在设计树中无生成不了钣金标记,进而无法生成展开图。为了解决这个问题,必须在建模的开始和过程中对实体零件进行一些特殊的操作,再行钣金件的下料模拟。
1 零件结构特点分析
具有复杂相贯线的裤形钣金件如图1所示,如图1(a),这个零件通常作为制药过程中的一个分料装置。此裤形钣金件的结构特点如图所示,其支管1、2对称,轴线夹角为40°且在同一平面内,支管的底部半径为40mm,拔模斜度为8deg,材料为Cr18Ni9Ti。本文采用SolidWorks进行建模,钣金的基本参数见表1。
2 具有复杂相贯线裤形钣金件的传统下料方法
对于具有复杂相贯线钣金件的传统下料方法一般有延长线展开图画法和计算法,前者的精确度较低,后者虽然有所提高,可是精确度仍受轮廓线上等分点个数的限制,这样会增加计算量。
图1(b)中可看到顶面为不规则的弧形。如果按照传统的作图法,则需要大量的测量,绘制展开图的准确度也影响下料的准确性;若采用计算法,精确度会有所提高。根据公式确定支管素线的长度ln,求出支管1板料下料的展开长S,如果将支管板料进行8等分,由各等分点分别沿母线方向引直线与支管相交,求出各直线的长度,然后将个点对应的直线的长度,截取到展开图中,即得出各支管的展开图。等分点越少,精度就会急剧降低,等分点越多工作量越大。
3 基于SolidWorks具有复杂相贯线的裤形钣金件下料方法研究
三维设计分析软件Solid Works中的钣金功能,为我们提供了一种新的钣金件下料途径。利用钣金件的特殊特征,对零件进行实体建模,得到需要尺寸形状的三维实体模型,然后运用“插入—钣金—插入折弯”命令,将实体模型转化为钣金件,即可利用钣金的展开命令得到展开图。省时、计算量小、同时准确度也高。通过三维软件的绘制,可以方便、形象的展示零件,生成适合生产的展开图。
在运用Solid Works对具有复杂相贯线的钣金件下料进行分析时,常常用到“分割”命令将一个实体转换为多个实体。由于支管1的分割面没有完全把支管2的端面包括,所以此钣金件无法直接运用“切割”命令,因此为了解决这个问题,需要对实体模型进行一步特殊的操作,建立模型的方法如下:
3.1 建立模型
如图2(a)采用SolidWorks的基本操作建立基本零件模型;图2(b)执行拉伸切除命令,得到需要的零件模型——轴测图;
3.2 对所建立的模型进行处理。此步为本研究的
将“拉伸切除”特征“压缩”,即可得到符合分割条件的实体模型。如图2(a)所示。主要步骤
3.3 对实体模型分割
选择图2(a)长管的外表面为剪裁曲面,选择整个实体为分割实体,这时可以生成两个实体,然后分别保存实体1、实体2。如图3所示。
3.4 转换为钣金件并生成展开图
由于支管1、2对称,所以只得到一个支管的展开图即可。得到分割后保存实体1。如图4所示。
执行SolidWorks中的“插入折弯”命令转换为钣金件。实体1的上端面为不均匀厚度的薄壁,而展开后为均匀的边界,这是由于钣金零件通常均为精确度不高的零件,所以当实体转换为钣金件后得到的边界尖角忽略。展开得到下料模型。如图5所示。
至此,零件展开图生成。
4 结论
得到展开下料模型后,可以根据实体零件的特征进行下料。如果为小件零件,可以出工程图,然后对毛坯板料进行描点后切割;如果为大件零件,可直接将展开图调入master CAM中自动编程,然后传给数控切割机进行下料;如果为较复杂的零件展开图,可以按照文献[2]的办法,先转换为CAD工程图,然后导入CAPP中,生成零件的特征编码,通过分级推理自动生成零件的工艺规程,再进行下料。
在对钣金件实体模型进行特殊处理后,即可得到生产需要的展开下料模型,运用SolidWorks对具有复杂相贯线的钣金件进行下料与传统下料方法比较即可看出,前者具有工作量小、时间短、精确度高以及可以与数控机床连接等优点。这为我们提供了一种新的快速下料途径,同时有效地提高了生产效率。
摘要：具有复杂相贯线的裤形钣金件是工业生产中常用的零件,采用传统的板件件设计方法难以生成展开图。基于SolidWorks的钣金功能,在钣金件的建模过程中,采取了压缩特征等操作,快速完成了用于生产的展开图,为复杂相贯线钣金件展开图的快速生成提供了一种新的方法和途径。
关键词：复杂相贯线,钣金件,SolidWorks,展开图
参考文献
[1]张伟,冯静,李鹏.基于SolidWorks的复杂相关圆锥体钣金下料方法[J].制造业自动化.2010.
[2]袁关章,陈文亮,杨鸿,丁秋林.钣金件的工艺过程自动生成系统[J].制造业自动化.1996.
