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一文了解薄板件结构设计准则

关键词:薄板件 工业控制 压槽

时间:2018-12-25 15:22:02       来源:网络

薄板件结构设计准则:

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。

和薄板构件有关的加工工艺有三大类:

(1)下料。包括剪切和冲裁;

(2)成形。包括弯曲、折叠、卷边和深拉;

(3)连接。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特点。此外,还要考虑构件的批量大小。

薄板构件的优点:

(1)易变形,可用简单的加工工艺制造多种形状的构件;

(2)薄板构件质量轻;

(3)加工量小,由于薄板质量表面质量高,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。

充分考虑了加工工艺要求和特点的薄板结构设计准则:

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,圆比椭圆及其他高阶曲线简单,规则图形比不规则图形简单。

2)节省材料准则:

节省原材料意味着减少制造成本。零碎的下脚料常做废料处理,因此在薄板构件的设计中,要尽量减少下脚料。特别是在批量大的构件下料时效果显著。

减少下脚料的途径有:

(1)(排样时)减少相邻两构件之间的距离;

(2)巧妙排列(结构设计时考虑下料排样时零件共边(切割时公共边));

(3)将大平面的材料取出用于更小的构件。

3)足够强度刚度准则:

薄板由于很小的壁厚,所以刚度是很低的。尖角刚度不足,应以钝角取代之。两孔之间的距离若太小,则在切割时有产生裂纹的可能。细长的板条刚度低,也易在剪裁时产生裂纹,特别是对刀具的磨损严重,可见这样的薄板结构应尽量避免。

4)可靠冲裁准则:

5)避免粘刀准则:

在构件中间冲裁切割时会出现刀具和构件粘接咬紧的问题。

解决的办法:

(1)留有一定的坡度;

(2)切割面连通;

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,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。若因其他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。

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。

8)避免小圆形卷边准则:

薄板构件的棱边常用卷边结构。

卷边结构的优点:

(1)加强了刚度;

(2)避免了锋利的棱边;

(3)美观。

卷边的注意事项:

(1)半径应大于1.5倍的板厚;

(2)不要完全的圆形,因为圆形加工困难。

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。

10)复杂结构组合制造准则:

空间结构过于复杂的结构,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。

11)避免直线贯穿准则:

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。通常使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。失稳总是围绕一个惯性轴。因此,压槽的排列要切断这种惯性轴,使它越短越好。不规则排列是避免直线贯穿的有效方法。

12)压槽连通排列准则:

压槽的重点疲劳强度低,是薄弱环节,如果压槽连通,其部分终点将消失。陡峭的压槽端面应避免,可能的情况下让压槽延伸至边界。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。

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。解决这一问题的方法是将压槽设计成空间的结构。

14)局部松弛准则:

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。

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