01 倒角的分類:
最常用的倒角分為倒圓角和倒斜角,如下圖所示。
倒圓角是指将零件的兩曲面通過一圓角曲面相切連接,标準的圓角通常用一半徑值R表示其大小。
倒斜角是指将零件的兩曲面通過一斜角曲面成角度連接,标準的斜角通常用一距離值C表示其大小,标準的角度值為45°。
圖:圓角和斜角的标注
在GB/T16675.2-1996《技術制圖簡化表示法第2部分:尺寸注法》中規定:在不緻引起誤解時,零件圖中的倒角可以省略不畫,其尺寸也可簡化标注。
在GB/T4458.4-2003《機械制圖—尺寸注法》中關于倒角5.9條是這樣規定的:45°的斜角可标注成C 斜角的大小的樣式,非45°倒角應在圖上單獨标出角度,并單獨标出長度,如下圖:
圖:斜角的标注
02 圓角和斜角的區别
圓角和斜角都可用于鈍化銳邊或在兩個相接面之間實現漸變過渡。從這一點出發,它們是通用的,然而,在很對應用場合,圓角和倒角是有區别的。
1、加工方式
對于普通機加工,豎直方向的内外圓角都可以很容易加工,内斜角就加工不了。 圓角需要特定尺寸的刀具來加工各種半徑的圓角(比刀具更大的圓角半徑是機加工過程中的良好做法。),斜角不需要特定尺寸的刀具,要制作不同尺寸的倒角,隻需控制吃刀量就可以。
對于水平方向的内外圓角加工,需要更多的加工時間(除非采用特殊圓角刀具);而斜角加工的時間就少很多。
需要注意的是,對于CNC加工,圓角和倒角的加工時間相差無異。
2、功能
圓角和斜角都能降低應力集中和優化流動,但是圓角是連續性的過渡,而斜角是線性過渡,倒斜角後本質上還是存在棱邊,與倒角相比,圓角提供較低的應力集中和較小的流動阻力,針對這一點,在塑膠件上,倒圓角優于倒斜角,除非在斜角的兩條棱邊上繼續倒圓角。
但是,如果你的設計的是螺絲孔、定位孔、定位柱,則使用圓角不是一個好的選擇。相對于圓角,斜角端部更小且鋒利的邊緣将有助于在孔中更順暢地向下移動,使得裝配更容易。
再者,倒斜角還可以制作錐形沉孔,而倒圓角就沒這個功能。
3、美學
從美學的角度來看,圓角因其視覺上令人愉悅的特性而在工業設計中常常被優先考慮。圓角自身的屬性表現為柔和的、舒适的,給人一種安全感和親近感。而斜角則給人一種尖銳、具有攻擊性的感覺,一般消費産品很少大面積使用斜角,但是斜角在某些細節上可以創造出獨特的外觀,起到畫龍點睛之效。
根據設計要求,您可以對外邊緣同時使用圓角和倒角。如果外觀對您的設計不重要,比如金屬機加工件,您可以選擇簡單的斜角來鈍化邊沿鋒利的銳角邊,這将有助于降低零件的成本。
另一方面,如果您的設計外觀需要美觀,而不得不用圓角,此時,您必須注意内圓角半徑的大小。半徑太小,可能無法使用刀具直接加工到位,而不得不用成本更高,加工時長更長的電火花放電或者線切割等加工方式;半徑越大,越容易加工(半徑越大,可使用更大的刀具,加工時間越短,加工的深度越深)。
03在圓角和倒角之間進行選擇時要考慮的因素結構工程師在為其設計選擇圓角或倒角時經常會發現自己處于不确定狀态。為了避免陷入這種混亂狀态,應該考慮以下幾點。
一、對于機加件1、加工時間與成本如果單純是為了銳角倒鈍,防止刮傷,倒斜角是一個更好的選擇,因為倒斜角需要更少的時間,更具成本效益。但是,如果您使用的是CNC 加工而不是普通銑削加工,則它們之間沒有明顯的時間差異,唯一的時間差将是更換刀具所需的時間差。
對于像這樣的底邊(凹圓角),對使用 CNC 機器制造尤其具有挑戰性,因為它們需要球頭立銑刀等專用工具,同時球頭立銑刀很脆弱并且在較慢的切削速度下進行切削,這會增加制造成本,因此,最好取消底邊的圓角,如必須要有圓角,應考慮把圓角盡量做大。
2、塗層覆蓋
圓角比斜角更容易被塗層覆蓋。這是因為圓角與相鄰面緩慢過渡并相切連接,與斜角的棱邊相比,圓角提高零件粘附更厚、更均勻的塗層。
4、應力集中如果設計目标是為了降低應力集中,則圓角是更好的選擇,這是因為同一尺寸的圓角比斜角具有更大的表面分擔應力。
5、孔或銷
無論是螺孔、定位孔、定位銷,孔或銷的邊緣倒斜角是一個更好的選擇。
二、對于塑膠件
由于塑膠件的成型方式與機加件不同,塑膠件的倒角設計更多的是以圓角為主,斜角為輔(斜角更多的是為了造型需要以及有些結構起到導向作用,還有壁厚漸變過渡),圓角的設計有以下好處:
1、流動性
塑膠件在注塑成型過程中,熔融樹脂的流動性很重要,圓角提供更小的流動阻力,圓角越大,越有利于充填。
在原始設計中,尖角很容易在注塑過程中因渦流造成空氣滞留,導緻局部高溫使得零件尖角處燒焦,造成外觀缺陷。優化後增加半徑以保證塑料熔體的流動。
2、塑膠件的強度
熔融聚合物流過和流過鋒利的邊緣會引起剪切,進而導緻聚合物鍊斷裂。這些較短的聚合物鍊導緻塑膠件的平均分子量較低;因此塑膠件的強度和性能可能會降低。添加圓角半徑,即使是很小的半徑,也将有助于流動并有助于防止這種剪切現象。
3、應力集中
疲勞破壞是由裂紋擴展引起的,而裂紋的形成主要在應力集中部位和構件表面。在截面尺寸突然改變處,如轉角處,要采用半徑足夠大的過渡圓角。從相關曲線可知,随R的增大,有效應力集中系數迅速減小。圓角有助于将應力分布在更大的表面上,防止受力部分快速變形甚至開裂。(尤其是耐應力開裂性差的聚碳酸酯材料,如果成型條件不當或塑膠件結構不合理,則會産生很大的内應力,特别容易産生應力開裂。)
圖:應力集中系數與圓角的關系曲線
4、便于模具加工、提高模具強度
塑膠件上設計了圓角,模具的對應部位也呈圓角,這就增加了模具的堅固性,模具在淬火或使用時不緻因應力集中而開裂,因而也增加了模具的強度。
5、降低電極損耗的速度
在模具加工中,針對一些死角(刀具無法加工),通常通過電火花放電加工,這種加工方式需要用到電極(俗稱銅公),電極的尖角、棱邊等凸起部位,在放電加工中比平坦部位損耗要快,因此最終加工出來死角部分實際上是有一小圓角(0.2左右),這就是實際加工出來的跟圖上是有差别的,這點在模具加工前需要考慮對結構是否有影響,如果塑膠件上死角部位設計有圓角,那麼電極損耗的速度将降低,最終加工處理的圓角跟圖上的誤差就小。
04 圓角的設計
1、拐角處的圓角設計必須保證壁厚均勻
為了保持壁厚均勻,拐角的外半徑R應等于内半徑r加上壁厚t,最小内角半徑建議不小于 0.5 mm。(對于斜角,如果為了保持絕對的壁厚均勻,應将外斜角面偏移一個壁厚t作為内斜角面。)
2、圓角的設計應考慮方便模具加工
分型線的圓角會使模具配置複雜化,在分型線圓角需要将型腔通過分型線轉移到模具的另一半,從而增加模具的加工成本,同時此處在外觀上會形成夾線,影響塑膠件外觀,因此,如非必要,應取消分型線處的圓角。
下圖中,原始設計的分型面在小圓角處,帶小圓角的分型面不方便加工以及後續省模困難,優化後設計,應把分型面圓角去除。
另外,任何型腔和型芯鋼材相遇以在零件中形成孔或其他特征時,都會存在上述問題,設計時應加以注意。
3、圓角的設計應避免塑膠件的外觀缺陷
對于加強筋,螺絲柱、卡扣等内部結構特征與主壁的連接處,應慎重考慮倒圓角,因此這些地方倒圓角後會造成膠位局部過厚,容易引起外觀産生縮痕,如果為了提高強度必須要倒圓角,則應該先偷減後再進行倒圓角,比如螺絲柱的典型偷膠方式:火山口。
圖:螺絲柱“偷膠”
4、圓角設計的軟件操作
1)結構設計時,盡量把圓角放在最後設計
好處1:提高整個模型的軟件運算速度;
好處2:避免拔模時去除圓角的麻煩。
2)避免一個命令就把全部圓角導完,應把同一類或統一數值的圓角放在一起倒圓角,方便後續修改,如圖。
3)靈活利用“完全倒圓角”,如圖。
4)可變半徑倒圓角,如圖。
5)終止于參考倒圓角,如圖。
6)通過曲線倒圓角,如圖。
7)“弦”倒圓角:通過“弦”導圓角,圓角的截面是均勻的,特殊場合下效果比普通倒圓角好,如圖。
圖:普通倒圓角效果
圖:“弦”倒圓角效果
8)圓角曲線的分類
通過設置連接方式和調整圓角曲線的曲率可以實現G3圓角曲線的效果。
圖:G1和G3圓角的曲率差别
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