- 5月 17, 2024
钣金加工可让您综合各种技术和兼容材料来制造不同的产品。本文探讨了金属板材制造的基础知识，并介绍了相关工艺及其应用。您还将了解到该工艺的各种优势，以及适合钣金加工的材料和表面处理。
什么是钣金加工？
钣金加工是一种用平面金属板制造产品的技术，您可以使用不同的方法制造金属板材，其中包括将金属通过成型、弯曲和切割等工艺加工成所需形状。
各种金属板制造工艺与许多金属材料兼容，这些材料包括不锈钢、铝、铜、黄铜、锌和钢。这些金属板的厚度从 0.006 到 0.25 英寸不等，较薄的板材具有更高的延展性，而较厚的板材则非常适合重型应用。
此外，钣金制造还需要借助计算机辅助设计应用程序，三维文件通常会转化为控制操作的代码。这样，机器就能对不同的金属板材进行精确切割、弯曲并形成最终产品。
3种金属板材制造技术
定制钣金加工涉及多种技术，深入了解不同的工艺对于实现有效的设计至关重要。下面简要介绍 3 种钣金加工技术。
- 切割金属板
- 成型金属板
- 连接金属板
1. 钣金切割工艺
切割通常是钣金制造工艺的第一阶段。您可以从矩形金属板上切割出不同的形状或结构，以满足设计要求。主要的切割技术分为两类：无剪切切割和有剪切切割。
1.1 无剪切力切割
有几种工艺可以在没有剪切力的情况下充分切割金属板材料。这些工艺有热极、高压和汽化，以塑造钣金部件。它们包括以下几种：
1.1.1 激光切割
钣金激光切割是利用聚焦激光束在局部区域熔化金属，激光切割机适用于从有色金属，低碳钢和不锈钢等多种金属。
这项技术由两个同时运行的子过程组成。第一道工序是将高能激光束集中在金属板上，材料吸收激光束的热能，使其蒸发。
与此同时，第二道工序是由切割喷嘴为激光切割提供吹气，这种气体通常是氧气或氮气。
1.1.2 等离子切割
等离子切割是一种涉及金属与称为等离子的离子化气体的热切割工艺。这种方法使用大量的热量来切割金属，会在切割区域附近产生较大的毛刺和氧化区。此外，它还能在钣金制造中实现更快的切割速度、更高的精度和可重复性。
等离子切割工具只对导电金属板有效。因此，它是切割中等铝厚度导电材料的最合适的方法之一。
1.1.3 水刀切割
这种切割工艺是利用高压水流切割金属板。水刀切割用途广泛，它非常适合切割软质材料、金属箔、织物或橡胶。同时，它也适用于切割铜、碳钢、铝和碳钢等硬质材料。
水刀切割所涉及的压力通常约为 60,000 psi，速度为610米/秒，可切割不同类型的金属板。另外，水切割是激光切割技术的更好替代品。
1.2 剪切力切割
这类工艺是利用剪切力克服金属的极限剪切强度来切割金属材料。通常需要使用模具、冲头和剪切压力机来充分切割金属。这里的技术包括以下几种：
1.2.1 机器剪切
剪切适用于大规模应用和切割铝和低碳钢等不需要光滑表面的软质材料。它能在表面平整的金属板材上切割出直线，剪切机在金属板表面上施加剪切力，使平面金属材料在切割点处裂开。
在短交货期内大批量生产数千个金属板材加工零件时，这种方法具有很高的成本效益。然而，由于剪切会造成毛刺和材料变形，因此对于需要高质量表面处理的应用来说，机器剪切可能并不完美。
1.2.2 冲压
冲孔使用剪切力在金属板上打孔。在这种钣金制造工艺中，废料是从孔中取出的材料，而最终部件则是金属板上剩余的材料。
冲孔适用于制作不同形状和尺寸的切口和孔洞。但是，使用冲孔工艺需要花费大量时间，您必须正确匹配模具和冲孔刀。
1.2.3 冲裁
冲裁是经济型金属板材加工的理想工艺，它使用冲裁冲头在从较大的毛坯材料中去除一部分金属板。冲头在金属板上产生 “冲裁力”，而模具则在加工过程中固定金属板。
这种工艺具有重复性高、尺寸控制和精确度高的特点，适用于制造经济型定制钣金零件。
1.2.4 锯切
锯切是指利用锯齿工具在金属材料上切割出一系列微小的切口，其中锯齿利用剪切力和摩擦力撕裂金属材料。带锯有各种细齿和微弯齿，适合切割黄铜、铝和其他有色金属板。
水平带锯可将较长的棒料切割成所需的尺寸，另外，垂直带锯有助于实现复杂的切割，从而在钣金零件上形成精确的轮廓。
2. 钣金成型技术
钣金成型技术有助于重塑材料，同时保持其固态。不过，这些技术在定制钣金制造中的应用有所不同，本节将介绍钣金工艺中使用的基本成型技术。
2.1 折弯
钣金折弯在中小规模生产中具有很高的成本效益。它包括用力使金属表面变形，并以所需的角度进行弯曲，以形成所需的形状。您可以使用压力制动器和轧制机来执行此操作，这种技术适用于弹簧钢、铜和 5052 铝。
2.2 轧制
轧制是指通过一对轧辊使金属件的厚度逐渐减小或达到平衡厚度。这些轴棍不断高效旋转，形成压缩力，从而改变工件的形状。
冷轧和热轧是两种主要的轧制工艺。冷轧通常在室温下进行，而热轧则在超过材料再结晶的温度下进行。圆盘、冲压件、车轮轮辋、和管道是典型的轧制金属板材零件。
2.3 褶边
褶边是一种定制钣金制造工艺，是指将钣金边缘翻转到自身上，以形成具有两层的区域。它通常分为两个不同的阶段。第一阶段包括混合金属板并将其放入 V 形模中，然后在第二阶段将移除材料并将其放入压平模中。
通常褶边能有效加固零件边缘并改善其外观。而且该工艺具有较高的精度，有助于制造出具有高质量表面的零件。不过，在此过程中材料通常会发生变形，从而导致尺寸变化。
2.4 卷曲
卷曲是将圆形空心轧辊连接到金属板边缘的工艺。其过程通常分为三个阶段。最初的两个阶段形成卷曲的曲线，而第三个阶段则将卷曲闭合。
钣金卷边可有效去除工件上未经处理的锋利边缘，使其在操作时更加安全。而且，卷曲边缘可增加其强度。但是，卷边会导致毛刺和材料变形。因此，在这一过程中需要格外小心。
3. 钣金连接技术
以下是钣金加工过程中涉及的连接技术：
3.1 焊接
焊接是将金属板材加热到熔点并用焊枪固定，从而将其连接成一个部件的标准工艺。它是钣金工程最后阶段的基本工艺之一。钣金焊接技术有多种，包括:
- 焊条电弧焊 (SMAW)
- 惰性气体保护（MIG）焊接
- 钨极气体保护（TIG）焊接
这三种技术的方法各不相同。不过，它们的目的都是通过熔化部件边缘和填充物来连接金属板。
3.2 铆接
铆接是在要连接的金属片上钻孔，然后安装铆钉。插入铆钉后，通过挤压使铆钉尾部变形，这样做可以压平铆钉尾部，防止其脱落。此外，铆接适用于铝和铜等有色金属零件。
铆接有两种形式-冷铆接和热铆接。冷铆适用于直径小于 10 毫米的有色金属和轻金属。相比之下，热铆接则是将 1000 – 1100ᵒC 的热量施加到 10 毫米以上的钢铆钉上。
钣金制造的优势
钣金制造包括各种技术，可帮助许多行业制造部件。钣金制造的主要优势如下：
轻量化零部件制造
钣金制造是生产轻量化部件的理想选择。航空航天和汽车等需要轻质部件的行业，都可使用定制钣金制造技术来生产部件和产品。
广泛的技术和材料
正如本文所讨论的，钣金制造工艺涉及多种技术。这种制造工艺还允许您从多种金属板材料中进行选择，包括铜、不锈钢、钢、铝和其他定制金属板。不过，您所选择的材料将需要与最终产品的用途想匹配。
效率和精度
钣金技术提高了效率和精确制造能力，它有助于以高精度和高准确度更快地制作不同的部件。例如，一些激光切割机可实现约 0.0005 英寸的切割精度。
此外，大多数钣金技术都是自动化的，只要在电脑上输入代码，机器就会开始运转。这一过程避免了人为错误。因此，最终产品通常变形很小或没有变形。
可用于钣金制造的金属材料
与钣金工程兼容的材料有很多，以下是一些常见的金属板材料：
- 不锈钢
- 热轧钢
- 冷轧钢
- 预镀钢
- 碳钢
- 铝
- 铜
- 黄铜
钣金零件的表面处理选项
表面处理是定制金属板材加工的一个基本方面。它使制造的零件兼具功能性和美观性。以下是钣金加工件的一些表面处理方法：
- 粉末喷涂
- 喷砂
- 抛光
- 电镀
- 阳极氧化
- 激光雕刻
钣金件的工业应用
多个行业都会使用钣金加工零件，以下是其中的一些应用：
汽车
钣金加工工艺为汽车的制造铺平了道路，这种技术的金属成型能力有助于用薄金属板制造出完美的车架。因此，大多数汽车零件都要经过冲压和切割操作。例如，大多数汽车的引擎盖、挡泥板、侧板和车顶都是钣金工程产品。
航空航天
定制钣金加工有助于生产一些适用于太空的部件和轻质零件。航空航天工业中使用的部件通常要求更严格的公差和更高的精度。因此，您可以将铝和钢等金属板材与钣金工艺相结合，创造出复杂的航天部件。
医疗
由于医疗工具对质量和精度的要求，钣金制造有助于检测设计错误并提供可靠的解决方案。钣金手板和部件是核磁共振成像应用以及手术刀和手术器械生产的理想选择，您可以采用该工艺实现流程自动化，以防止人为错误并提高制造医疗设备的准确性。
外壳
钣金加工有助于生产经济型外壳，以保护敏感的齿轮箱和设备。此外，制造的钣金部件还能保护工具不受环境影响，防止灰尘进入。同样，利用钣金加工技术，您还可以为电缆连接制作各种开孔，如玻璃窗、LED 面板、光管和 HDMI。
钣金制造设计技巧
以下是一些重要的钣金制造设计技巧：
壁厚
每个部件的几何形状都必须保持统一的厚度，因为钣金制造部件是由单一金属板制造而成的。通常情况下，您可以制造厚度为毫米单位的钣金件。
不过，不同的定制钣金制造技术可兼容不同的厚度。例如，激光切割适用于厚度在 0.5 毫米至 10 毫米之间的金属板。相比之下，金属板折弯可适用于厚度在 0.5 毫米至 6 毫米之间的金属板。
孔和槽的方向
在定制钣金制造中进行零件建模时，孔和槽的直径是必须考虑的重要因素。孔和槽的直径应与材料的厚度一样大。此外，孔与孔之间应留出足够的空间，切勿将孔与材料边缘靠得太近。
弯曲余量
弯曲余量是指在零件实际测量值的基础上增加的额外材料长度，以创建一个平面图案。
弯曲半径
保持金属板的内部弯曲半径与其厚度相等是非常重要的，它可以防止最终产品出现钣金缺陷和变形。在整个部件上保持一致的弯曲半径有助于确保钣金工艺的成本效益。
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结论
使用钣金加工制造零件是一种极佳的选择，它有多种优势，包括效率高、精度高、可制造轻量化部件以及兼容多种材料和技术。因此，了解该工艺所涉及的不同方法、应用和设计技巧对于您的钣金项目的成功是非常重要的。
