钣金加工：制造工艺和设计的终极指南

钣金制造是一种多功能制造工艺，具有广泛的技术和可用金属列表。 熟悉该技术、它的工作原理及其应用程序将帮助您确定它是否是您项目的最佳选择。 以下是对这种金属制造技术及其在多个行业中的应用的全面细分。

钣金制造对于从玩具制造到大型飞机零件的各种制造过程都是必不可少的。 尽管它很受欢迎，但了解此制造过程的工作原理很重要。 这是钣金制造的详细概述。

钣金加工是通过切割、折叠、弯曲和组装将平板金属板材制成所需零件和产品的过程。  

适用于各种钣金加工工艺的金属材料种类繁多，包括钢、铝、不锈钢、黄铜、铜和锌。 钣金厚度约为 0.006 至 0.25 英寸。 较厚的规格是重型应用的理想选择，而较薄的规格在延展性方面具有优势。

为了制造钣金零件，专业的金属制造商在经过全面的设计阶段后使用各种技术来确定产品规格。 方法的组合将取决于最终产品的独特规格。 基本过程是切割、成型、连接和精加工。

有多种技术可用于塑造和操纵钣金件。 其中一些过程比其他过程更适合某些应用。 因此，深入了解各种可用流程对于做出最高效的设计至关重要。 它还将帮助您确定项目的最佳技术。 本节简要介绍了不同的钣金制造类型。

切削技术是通过施加很大的力使切削刃失效来分离金属板材。 它们分为两组，无剪切切割：激光切割、等离子切割、水射流切割，以及有剪切的切割：剪切、落料、冲压和锯切。 本节将详细讨论每种技术。

激光切割是一种热切割工艺，涉及使用聚焦激光束在局部区域熔化金属。

它涉及两个同时运行的子流程。 第一个过程涉及将高功率激光束聚焦在金属板材上。 激光束被材料吸收，使其蒸发。 第二个过程同时发生，其中切割喷嘴提供工艺或吹气 激光切割. 这种气体通常是氮气或氧气，有助于保护加工头免受蒸汽和飞溅的影响。 从切口中去除多余的材料也很重要。

激光切割机可以切割范围广泛的金属，从不锈钢到低碳钢和有色金属。 然而，反射性更强的金属（例如铝）可能更难切割。 在这种情况下，光纤激光器通常是更好的选择。 金属的厚度范围在 20 毫米到 40 毫米之间，最大厚度取决于激光的功率。

激光切割工艺最适合工业应用。 它非常灵活，省时，并且可以提供高精度。 然而，该过程具有高能量和气体消耗，转化为高投资成本和严格的安全要求。

这是一种热切割工艺，涉及使用电离气体（等离子）切割金属。 随着这个过程的进行，金属上有大量的热量供应，它会逐渐熔化。 最终结果是粗糙的切割，带有大毛刺和切割区域周围的氧化区。

重要的是要注意，等离子切割工具只能在导电金属上有效工作。 它是切割中厚铝和不锈钢、铜、黄铜和其他导电材料的最佳方法之一。 对于对表面光洁度没有严格要求的较厚金属板（最大 50 毫米），您可以使用此切割工艺。

与许多其他切割工艺相比，等离子切割可确保更快的切割速度、高精度和可重复性。 它还保证了自动化，确保以较低的热输入有效切割高强度金属。 此过程的缺点是功耗相对较高，并且干式切割可能会产生噪音。

水射流切割工艺 涉及使用高压水流切割金属板。 压力通常约为 60,000 psi，提供约 610m/s 的速度以切割几乎任何类型的金属板。

水刀切割用途广泛，可以用磨料和加压水切割硬质材料和软质材料。 具体来说，纯水刀切割最适合切割织物、橡胶或金属箔等软金属。 磨料水刀切割最适合碳钢、不锈钢、铝和铜等硬质材料。

水刀切割是激光切割工艺的绝佳替代品。 它提供极好的表面光洁度，没有毛刺或热变形。 但是，高压可能会在切割区域附近造成一些弯曲，因此需要为组件提供适当的支撑。

剪切是一种金属制造工艺，通过施加剪切力在扁平金属材料上切割直线，使材料在切割点分离。 它非常适合大批量应用和切割不需要清洁饰面的软材料，例如铝、低碳钢和黄铜。

如果需要在边缘粗糙或不均匀的金属板上获得直边，剪切是最佳选择之一。 当您需要在短时间内生产数千个零件时，它对于高产量操作具有成本效益。 然而，剪切作用会在材料上产生毛刺和变形。 因此，对于需要干净端面的应用来说，它可能不是一个很好的选择。

冲裁使用冲裁冲头和冲模从较大的库存材料中移除一块金属板。 模具在此过程中固定金属板，而冲头通过金属传递“冲裁力”。 去除的材料是所需的组件，而留在模具上的材料是留下的毛坯。

钣金冲裁生产经济的定制组件，并确保出色的精度、尺寸控制和可重复性。 然而，与传统的冲压操作相比，它稍慢并且会产生更高的工具成本。

冲孔还使用剪切力在金属板上创建孔。 然而，在这种情况下，从孔中移除的材料是废料，而留在模具上的材料是最终组件。 打孔有助于创建各种尺寸和形状的切口和孔。

这个过程比冲裁更快，可以在短时间内生产出干净、精确的零件。 由于不涉及热量，因此也不存在工件热变化的风险。 然而，冲孔准备工作可能非常耗时，因为冲孔刀具和模具需要精确匹配。

锯切的工作原理是使用锯齿工具逐步切割金属材料，从而在金属上形成一系列小切口。 每个锯齿利用摩擦力和剪切力将小料屑从料体中分离出来。

金属带锯有几处细小的锯齿和轻微弯曲的锯齿，非常适合切割铝、黄铜、铜和其他有色金属。 水平带锯配置为切割较长的棒料以满足尺寸要求。 另一方面，立式带锯有助于完成更复杂的切割，这些切割需要金属零件的精确轮廓。

带锯能够进行准确的直线切割。 它们还具有高级功能，例如双轴承、刀片跟踪调整和刀片导向滚轮。 这些功能进一步确保了始终如一的精确切割。 与许多其他切割工艺相比，带锯产生的切口更小，从而大大减少了浪费。 因此，它是降低制造成本的绝佳选择。 然而，很难在平面工件表面和切削刀具之间保持所需的接触。 这可能会导致材料不稳定和切割不一致。

钣金成型涉及在金属材料仍处于固态时对其进行重塑。 本节将介绍最重要的钣金成型工艺。 这些工艺在制造定制零件方面的应用各不相同。

弯曲是用力使金属变形，将金属弯曲成所需角度，形成所需形状的过程。 它是用折弯机和滚压机进行的。 折弯机使用冲头和模具来弯曲金属板。 滚压机种类繁多，可将板材滚压成特定范围内的各种形状。

有各种 钣金弯曲 方法，最常见的包括：

通常，弯曲是可塑但不易碎的金属的理想选择。 它们包括软钢和弹簧钢、铝 5052 和铜。 铝 6061、黄铜、青铜和钛等材料更难弯曲。

当用于中小批量生产时，弯曲具有成本效益，可使零件具有出色的机械性能。 但是，回弹很可能会影响最终的弯曲角度。

卷边涉及将钣金边缘滚动到自身上以创建具有两层的区域。 它通常分两个阶段发生。 第一阶段涉及弯曲金属板并将其打底成 V 型模具。 第二阶段涉及去除材料并将其放入压平模具中。 此过程将下摆压平以提供所需的形状。

包边对于加强零件边缘和改善零件外观非常有效。 该过程的准确性有助于获得具有卓越表面质量的组件。 但是，在此过程中会发生材料变形，从而导致尺寸变化。

钣金轧制是金属件通过一对轧辊以减小材料厚度或获得均匀厚度的过程。 滚筒不断旋转以产生使工件塑性变形的压缩力。 如果辊子直接垂直于金属板件，则会发生压扁。

有两种主要的轧制工艺——热轧和冷轧。 热轧发生在材料的再结晶温度以上，而冷轧通常发生在室温下。 轧制金属板的常见应用包括管材、冲压件、圆盘、车轮和轮辋等。

轧制速度快，效率高，适合大批量生产。 该过程可以设计为制造具有严格公差和复杂横截面轮廓的零件。 但金属轧制需要较高的初始投资，因此更适合大规模生产。

钣金冲压是一种冷成型技术，它使用冲压机和模具将原材料加工成各种形状。 该工艺适用于多种钣金材料，包括不锈钢、低碳钢和高碳钢、铝、黄铜、铜等。

冲压通常可以是复杂的切割和成型技术的组合，以通过较短的操作获得复杂的部件。 它包括弯曲、冲孔、压花和翻边，以创造范围广泛的产品。

五金冲压具有成本效益。 这个过程很快，需要更少的工具和更少的劳动时间，而且冲压模具的维护成本相对较低，这有助于整体费用的下降。 自动化金属冲压也很容易。 因此，对金属冲压机进行适当的编程将确保始终如一地交付高质量的精密零件和可重复性。 但冲压的缺点是压力机成本增加。 如果在生产过程中需要更改设计，则可能很难更换模具。

钣金卷边是将圆形空心卷添加到钣金边缘的过程。 大多数卷曲过程分三个阶段进行； 前两个阶段为卷曲创建曲线，而第三阶段关闭卷曲。

卷曲有助于去除工件上未经处理的锋利边缘，使其更安全。 卷边也为边缘提供了强度。 卷曲也会导致毛刺和材料变形，因此在此过程中必须小心。

旋转涉及将金属圆盘形成旋转对称的空心。 在此过程中，材料被放置在机器的尾座和成型的纺纱心轴之间。 旋转时，旋转辊有助于将板材成形为心轴的形状。

金属旋压是低碳金属板材的理想选择，包括不锈钢、铜、黄铜、铝等。金属旋压可以生产多种形状各异的空心零件，而不会影响其质量。 弯曲和冲压等其他钣金成型工艺可以纳入旋压循环，使其在小批量和大批量生产中都具有高度的灵活性。 尺寸和形状限制是此过程的主要缺点。 它只生产具有同心、对称形状的零件。

焊接是一种使用热量、压力或两者将两块金属板连接在一起的过程。 这是一种熔化基础金属的高温工艺，通常会添加填充材料。

有各种 焊接技术 可用于钣金制造，其功能是通过熔化过程和添加填料将金属连接在一起。 这些焊接技术包括以下内容：

铆接是一种非热、半永久性的连接钣金件的方法，使用 不同类型的铆钉 或机械紧固件。 该过程首先在要连接的金属板上钻一个孔，然后安装铆钉。 安装后，铆钉尾部砸或敲变形。 压平铆钉的底部可以防止其脱落。

铆接可以通过两种方式进行——热铆接或冷铆接。 热铆接涉及对直径大于 1000 毫米的钢铆钉施加 1100-10°C 的热量。 此过程中单位面积的锤击力通常为 650 至 800 MPa。 另一方面，冷铆适用于直径小于 10 毫米的有色金属和轻金属。

该工艺更适用于铜、铝等有色金属零件。 此外，它高效、经济、可靠，便于进行质量检测。 然而，铆钉增加了部件的整体重量。 铆接接头还会产生更多噪音，并导致板因产生孔而变得脆弱。

钣金制造公差是指准确和一致的安装和集成所需的钣金零件特征的可接受偏差。

对于钣金零件，通常使用 ISO 2768-mk 来确保正确控制几何和尺寸元素。 下面将向您展示线性和角度尺寸、平面度和直线度、圆柱度和圆度的 7 种公差标准范围。

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下列 钣金设计技巧 应作为确保钣金件高效设计的指南。 这些技巧是根据标准的 DfM 实践、不断变化的工业要求和金属加工产品的分析而制定的。

每个组件必须始终保持均匀的壁厚。 一般来说，0.9 到 20 毫米的厚度可以由板材 (