面向板金设计者的制图基础、包括绘制、识图、常见问题和对策等制图要点
发布日期: 2024-05-27
制造业中会生产大量的板金产品，其中加工图纸起着至关重要的作用。对于设计人员、加工人员而言好的加工图纸是怎样的呢？本节将介绍一下制图的基础知识、常用符号、常见问题和对策等。
图纸在板金加工中的作用
加工人员必须根据设计者绘制的加工图纸来把握加工方法、成品尺寸精度等。加工困难的情况下要进行协商，以图纸为基准与设计人员沟通。为了彼此达成共识，图纸必须按照共通的规则绘制。可以说，加工图纸是设计者和加工者的通用语言。设计者在图纸中向加工者指示零件的尺寸精度、形状和材料等条件。图纸上的内容是加工者必须要实现的规格。
板金件从设计到制造的流程
板金件从设计到制造包括多个工程。下面介绍一下整体流程。
1.概念设计
机械零件的设计过程始于概念设计。在这一步骤中，设计人员将所需的功能以及为实现该功能所需的形状形象化。通过手绘草图等，向相关人员演示、分享设计者脑海中的图像。
板金件的功能包括覆盖作用（如盖板）、支撑作用（如框架）或输送作用（如冷却空气通道）等。设计时需要对所需功能进行考虑和构思。
2.详细设计
接下来是在CAD中创建模型。目前，大多数开发机构可能都是在使用 3D CAD 进行设计。确定材料和厚度并创建形状。创建3D模型后，使用2D CAD功能绘制图纸。
3.订购、加工协商
根据绘制的图纸，设计人员和制造人员开会讨论是否可以进行加工。如果在确认图纸阶段没有问题，则无需召开协商会议。这个阶段，设计人员可能会被要求更改公差或形状。还可能讨论成本和交货安排。例如，可以通过改用加工商既有在库材料，以加快交货时间。
4.加工制造
协商结束后，所有条件都已商定并落实到位，开始进入制造阶段。板金加工会用到激光加工机、折弯机、焊接设备等。
5.检验和交货
检验的目的是确认零部件是否按照加工图纸完成。形状复杂的零部件需要使用三次元测量仪进行检测。如果检测结果在公差范围内，则产品合格交付。
板金件加工图纸绘制时的注意点
加工图纸中包含上述的公差和几何形状等各种信息。但仅此并不能使其成为好的图纸，还需要注意以下几点。
・遵守标准规则（如JIS）
JIS是Japanese Industrial Standards的缩写，是日本工业标准。它对加工图纸的图纸尺寸、投影方法、比例尺和局部图纸的标注方法等都有明确规定，请根据标准规则进行加工图纸的绘制。
・创建标题栏
标题栏是一个包含零件编号、零件名称、材料、公差等级、材料厚度等信息的表格。不同公司的标题栏内容略有不同。
・指示尺寸基准
明确指示零部件的基准。即使是复杂的几何形状，许多尺寸也是由基准决定的。基准通过基准符号指示。
・尺寸尽可能集中在主视图
图纸中可能会包括多个投影视图，如主视图（必须）、右视图、俯视图等。尺寸应尽量集中在主视图，以便于阅读和理解。
・毛刺处理
对于板金件，在钻孔或轮廓切割过程中更容易产生毛刺。需要在图纸上指示保留毛刺还是去除毛刺，以及允许的毛刺高度等。
・设定可加工公差
可加工公差取决于加工方法、材料、尺寸等。对于板金件的加工，孔间距公差约为±0.05，孔到折弯部位之间的距离公差约为±0.15。请注意不要设置不合理的公差。
・需要考虑折弯部侧面的凸起变形
L型折弯钣金的侧面并非平面，根部会略微凸起，这在CAD模型中是不易发现的。例如，厚度为2mm的L型弯折的侧面并非是宽2mm的L型平面，因此如果在设计上，该平面与某个零件贴合连接，就可能会就会产生浮起等组装缺陷，需要特别注意。
最近，一些CAD工具具备了可预先考虑折弯变形修正展开图的功能。
・折弯内R指示
可以指示折弯内侧是否设置内R。如果没有内R，就会产生应力集中，折弯部就更容易断裂。因此在承受载荷时，必须要设置内R。
・折弯高度不能太低
如果折弯高度太低，则无法使用折弯设备进行加工。建议确保高度为板厚的4倍以上。例如，如果板材厚度为2mm，则要求设计指示最低折弯高度为8mm。
板金件加工图纸中的常用符号
在加工图纸中会用到各种符号，以下是一些主要符号。
・倒角
板金加工件的拐角部非常尖锐，使用时非常危险，因此需要对该部位进行切倒角。使用“C”符号表示倒角，例如“C3”。
・R角
与倒角一样，为了避免划伤设置R角。还可用于指示折弯部的R。使用“R”符号表示，如“R5”。
・边缘指示符号
边缘指示符号用法见 JISB0051。如果要消除毛刺，请使用负值指示。如下图所示，该孔不允许有毛刺，但允许有-0.05～-1mm的尺寸缩减。
・直径
直径符号在加工图纸中非常常见。例如孔直径的标注，包括定位孔、螺纹底孔和配重孔等等。
・基准
加工图纸上的基准使用基准符号进行指示。基准符号指示在面或者孔的轴线等。
・几何公差 位置度
位置度是几何公差的一种，但在钣金加工中并不常用，它表示从基准点开始的位置公差。四角形中的数字尺寸称为“理论精确尺寸”，通常与位置度一起使用。
・几何公差 垂直度
直角度常用于指示面（线）与面（线）垂直程度的公差。在钣金加工图纸中，用角度尺寸公差比用垂直度表示更为常见。它也是几何公差的一种，用于表示与基准（面或线）的垂直程度。如下图，垂直度与位置度上下排列标注在主视图，也可以将垂直度标注在指示基准A的右侧视图上。
板金加工现场常见的问题及对策
在钣金加工过程中，会出现其他加工过程中不会发生的问题。 以下是钣金加工中可能会出现的一些问题。
・回弹导致折弯部垂直度偏离
回弹是指板材在冲压过程中被冲头压制为目标角度后，当冲头松开时，板材会稍微张开并试图回到初始位置的现象。针对这种问题的对策包括两次折弯、击打、V形凹槽和附加加强筋（楔形）等。
两次折弯是指第一次折弯到一定的目标角度，然后再进行一次折弯精加工工序的方法。击打是一种在折弯根部形成凹痕的方法，而V形凹槽是在折弯根部压制V形凹痕的方法。
附加加强筋（楔形）是指在折弯根部添加三角筋的加工方法。如下图表示的折弯部的2条加强筋。
・折弯部附近的孔发生变形
在开孔后进行折弯的情况下，如果孔距离折弯部太近，折弯时孔可能会变形。为避免变形，建议孔与折弯部之间的距离至少应为板厚的4倍。如果无法确保足够的距离，则应在折弯后再开孔。不过，这样会增加加工工序，从而增加了加工成本。
・折弯展开时发生干涉无法加工
折弯展开时发生干涉是3D CAD中的常见问题。即使CAD中的形状很规则，折弯展开时也可能会出现干涉。所以建议在创建模型后，展开折弯部分检查是否存在干涉的情况。
・无法确保有效的螺纹深度
在薄板上加工螺纹孔时，要注意是否能确保螺纹的有效深度。因为肉厚较薄，即使加工螺纹，也只能啮合一个螺距，很快就会松动。对于薄板，建议通过凸缘加工工艺来确保螺纹的有效深度。
总结
我们已经讨论了在设计板金件时创建加工图纸的要点、常见问题和对策。如果设计者单方面通过图纸进行加工指示，可能会出现无法进行加工的情况。而另一方面，如果按照加工者的意见增加公差，则可能会影响零部件的功能性。所以建议尽量使用图纸这一通用语言进行有效沟通，以确保良好的制造品质。
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