钣金制造综合指南

金属板材是通过工业流程生产的金属形式，通常通过轧制或其他减薄技术来制造薄而平坦的工件。在此过程中，金属的厚度减小，而其表面积通常保持不变。钣金作为半成品，在钣金加工中起着至关重要的作用，广泛应用于现代制造和建筑业。

钣金制造是一种精确的制造过程，涉及通过各种技术将金属板材转变为所需的形状和尺寸。您每天遇到的许多产品，例如不锈钢冰箱或厨房水槽，都是通过此过程制造的。那么，钣金加工到底是什么，它是如何工作的，它的用途和好处又如何呢？在本文中，您将找到答案。

什么是钣金加工？

钣金制造是使用各种制造技术将金属板（通常厚度小于 10 毫米）形成所需形状的过程。完成一个产品通常涉及几个步骤，从切割、成型、到精加工和连接。每个步骤都可以通过不同的制造方法来实现。通常，不同的制造技术可以实现相似的最终结果，但最佳选择取决于成本和特定项目要求等因素。

该工艺非常适合生产各种金属部件。它既支持标准化产品的大批量生产，也支持原型设计等定制应用的小批量制造。

钣金制造工艺如何进行？

接下来，我们将具体讨论将简单金属板转变为复杂金属零件的过程，并解释所涉及的最常见的制造技术。

1. 设计阶段

钣金制造过程从一块平板金属和一张蓝图开始，蓝图通常是使用计算机辅助设计软件创建的 CAD 文件。该蓝图作为如何切割、成型和精加工基材的说明。

应在制造开始之前确定重要因素，例如产品的预期用途、所需的尺寸和公差以及所需的任何特定材料或饰面。

2. 切割

切割通常是制造金属板材的第一步。将金属板装载到切割机上。接下来，机器根据 CAD 模型导出的切割路径进行操作。然后将板材切割成所需的形状和尺寸。切割操作分为两组：有剪切力的切割和无剪切力的切割。

第一组：不剪切切割

无剪切切割是指不依赖传统剪切作用的切割方法（即使用相对的刀片或工具来切穿材料）。相反，这些方法通过熔化、汽化或高压喷砂等工艺去除材料。这些方法包括以下内容：

• 激光切割

激光切割是一种非接触式工艺，利用聚焦在金属板上的高功率激光束。激光束产生的强烈热量沿着所需的切割路径熔化、燃烧或汽化材料。然后，一股气体（通常是氩气或氮气）吹走熔化或汽化的材料，留下干净、精确的切口。

这种方法精度很高，能够实现 0.1 毫米以内的公差，并且可以创建边缘光滑的复杂形状和图案。此外，激光切割适用于多种金属，从有色金属到低碳钢和不锈钢，并且可以实现自动化大批量生产。

• 等离子切割

等离子切割使用极高温、高速的电离气体（等离子体）射流来熔化导电材料。等离子由等离子炬产生，温度可达 30,000°C 以上，可快速熔化金属。

该工艺速度特别快，非常适合切割厚金属。然而，与激光切割相比，等离子切割往往会在切割区域附近产生较大的毛刺和氧化区。尽管如此，它仍然可以达到许多工业应用可接受的公差。

• 水射流切割

水射流切割使用高压（高达 60,000 psi）和高速水流与磨料混合来切割金属板材。作为一种冷切割方法，它不会产生热量，从而降低了材料变形或形成热影响区的风险。

水射流切割可以实现边缘光滑的精确切割，是激光切割的良好替代方案，但速度通常较慢。此外，激光切割还提供额外的功能，例如具有深度控制的雕刻和零件打标，这是水射流切割无法执行的。水射流切割的切口宽度也更大，为 0.02-0.04 英寸（0.5-1 毫米），明显比激光切割宽。

第二组：剪切切割

剪切切割是指通过施加剪切力来克服金属的极限剪切强度来切割金属板的过程。此类别中包含的技术如下：

• 剪毛

剪切是一种切割过程，其动作类似于剪刀剪纸。它涉及使用两个刀片（通常是移动的上刀片和固定的下刀片）对金属板施加剪切力。这种力导致材料沿直线变形和断裂，有效地将其切成两块或多块。

用于剪切的机械可以由手动、液压、电力或气动驱动，具体取决于材料的厚度和所需的切割长度。剪切通常用于大批量操作，特别是在金属制造的初始阶段，以在进一步加工之前将大型金属板切割成一定尺寸。它还用于修剪板材边缘或切割具有直边的平坦零件。

• 冲裁和冲孔

在冲裁过程中，将金属板放置在模具上，然后用冲头驱动金属板，沿所需形状的边缘将其剪切。被切下的部分（称为“毛坯”）是预期的部分，而剩余的纸张通常是废料。此工艺通常用于大规模生产，以制造需要一致、可重复形状的零件，例如汽车零部件、硬币和金属标签。

另一方面，拳击则相反。 冲出的材料是废料，而剩下的板材是所需的产品。冲孔通常用于在金属板上形成孔、槽或特定切口，通常用于通风口、紧固或作为组装过程的一部分。

• 锯切

锯切通过前后移动锯齿状刀片（往复运动）或连续（圆周运动）来切割材料。刀片上的齿在穿过材料时会去除材料，从而沿着所需的路径进行切割。锯切用于将材料切割成一定尺寸，为进一步加工做准备或作为最终操作。

3. 成型

然后，通过各种金属板材成型技术将金属板材的切割件成型为所需的形状，同时保持其固态。然而，这些技术在创建定制钣金制造的应用方面有所不同。本节将说明金属板材成形的基本方法。

常见的成型工艺包括：

• 弯曲

金属板弯曲是一种广泛使用的成形技术，涉及使用折弯机将金属折叠或弯曲成有角度或弯曲的形状。在此过程中，金属板被放置在具有特定几何形状的模具上，例如U形、V形或槽形模具，冲头将材料沿直轴压入模具中以形成所需的形状。形状。该方法对于中低规模生产特别经济有效。

• 滚动

轧制涉及使金属板通过一对或多对旋转辊以减少厚度、确保均匀性或赋予所需的机械性能。滚轮可以调整为各种直径和角度，以获得所需的形状。该工艺可以在室温（冷轧）或高温（热轧）下进行，具体取决于最终产品的材料和所需性能。

通过轧制生产的典型产品包括圆盘、冲压件、轮子、管材和管道。对于需要大规模生产质量和厚度一致的金属部件的行业来说，轧制至关重要。

• 汉明

卷边，就像裤腿上的折边一样，是一种将金属板的边缘折叠或卷到自身上以形成两层边缘的过程。该过程通常分两个阶段进行。在第一阶段，使用 V 型模具将金属板弯曲至中间角度，通常约为 90 度。然后将其取出并放入压平模具中以完成折边。

卷边的主要目的是强化钣金零件的边缘，防止其锋利或容易变形。它还增强了金属的美观品质，创造出光滑、圆润的边缘和干净、成品的外观，这在汽车车身面板或电器盖等应用中非常重要。

• 冰壶

在卷边过程中，金属板的边缘被卷成圈或环形，形成圆形管状边缘。该过程首先使用一系列滚筒或专门的卷边模具将金属逐渐形成所需的弯曲形状。然后，金属逐渐成型为环，根据设计要求，环可以完全或部分闭合。

与卷边一样，卷边通常用于消除锋利的边缘，增强金属部件的视觉吸引力，并提高其结构完整性。

• 冲压

与以前的成形工艺不同，冲压是一种集成切割和成形操作以用金属板材生产复杂零件的技术。作为一种典型的冷成型技术，冲压在压力机上进行，利用模具和冲头将原材料成型为各种形状。根据所用模具的类型，有几种冲压方法，例如级进模冲压、深拉冲压和四滑块冲压。冲压加工效率高、精度高、成本低，特别适合批量生产。

4. 加盟

如果需要连接多个钣金零件，可以通过以下连接技术来实现：

• 焊接

焊接是连接金属零件的首选技术之一。它涉及熔化基材（被连接的金属）并通常添加填充材料以形成熔池，该熔池在冷却时凝固成坚固的接头。焊条电弧焊 (SMAW)、金属惰性气体保护焊 (MIG) 焊和钨极惰性气体保护焊 (TIG) 是常用的不同金属板材焊接技术。

• 紧固件

紧固件是用于将两个或多个零件固定在一起的机械装置。根据类型和应用，它们可以是永久性的，如铆钉，也可以是可拆卸的，如螺栓和螺钉。

5. 表面处理

最终产品经过表面精加工处理，以增强外观、耐腐蚀性和耐用性。可用于钣金的饰面类型与其他金属制造工艺所使用的饰面类型没有什么不同。表面处理的合适程度在很大程度上取决于零件的单独要求和所选材料的特性。这些精加工操作包括喷砂、抛光、粉末涂层、阳极氧化和电镀。

用于钣金制造的材料

钣金制造中使用的材料具有与其母材相似的机械性能，因此钣金材料的选择可以主要根据项目的具体要求。

此外，由于钣金制造通常涉及弯曲、冲压或焊接等工艺，因此在选择合适的材料时需要特别注意许多因素，如延展性、可加工性、可焊性、拉伸强度、耐腐蚀性等。一个关键原则是选择易于操作且不会失去物理特性的材料。以下是此类材料的一些常见示例。

铝合金具有高机械加工性、优异的强度重量比和耐腐蚀性。它们通常用于减重至关重要的应用，例如运输和航空航天工业。手机、笔记本电脑和其他电子产品等消费品通常采用耐用且轻质的铝制外壳。

不锈钢是一种具有高拉伸强度、耐腐蚀和耐高温的合金。它广泛用于手术器械、餐具、厨房配件和水槽等应用。不锈钢还广泛用于工业环境中的储罐、阀门、管道和其他重要部件。

热轧钢在高于其再结晶点的高温下加工。这使得钢材更容易成形和成型，这就是为什么较厚的板材和板材通常只能以热轧形式提供——这样更容易生产。然而，热轧钢板的表面光洁度通常比冷轧钢板粗糙，尺寸公差也不太精确。因此，它通常用于对精确形状和光滑表面光洁度要求不高的应用中，例如钢棚和车库等大型结构。

冷轧钢在室温下轧制，提供更高的强度、硬度、光滑的表面光洁度和更严格的公差。非常适合需要精确形状和光滑表面的应用，例如家用电器、储物柜和橱柜。

镀锌钢是涂有一层锌以防止腐蚀的钢。镀锌钢板通常用于户外应用或防锈性至关重要的环境，例如屋顶、围栏、汽车车身和暖通空调管道系统。

碳钢广泛应用于工业和消费市场的各种产品。它是一种含有碳的钢合金，经过热处理后会增加其硬度和强度。碳钢以其耐用性、高拉伸强度和经济性而闻名，但与不锈钢相比，碳钢的耐腐蚀性较差。

铜和黄铜由于其优异的耐腐蚀性、导电性和可加工性而广泛应用于钣金制造。铜以其优异的导电性和导热性而闻名，通常用于电线、管道和热交换器。黄铜是铜和锌的合金，将这些特性与增强的延展性和独特的黄金外观结合在一起，非常适合装饰应用、管道装置和乐器。

钛与铝一样，具有较高的强度重量比，但它还具有卓越的强度和卓越的耐腐蚀性。这些属性使其成为极端环境的首选，包括飞机结构和发动机部件等航空航天应用，以及军事和高性能汽车行业。此外，由于其优异的生物相容性，钛在医疗设备和植入物中得到广泛应用。然而，其硬度和强度也使其更难以加工，导致刀具磨损增加和生产成本更高。

钣金制造的优点和局限性

由于钣金制造涉及多种工艺和技术，因此根据所使用的具体方法，优点和缺点可能会有很大差异。以下概述了制造钣金的优缺点。然而，要完全确定特定的钣金制造工艺是否适合您的应用，必须更详细地探索每个工艺。

好处

• 原型批量生产是可能的

大多数钣金制造技术都是高度自动化的，这使得能够以卓越的精度和准确度快速创建原型。例如，激光切割机可以实现公差小至 0.0005 英寸的切割。这种精度和效率不仅限于原型设计；它们可以轻松扩展以进行大规模生产。冲压等工艺使用模具或模具，可以生产数千甚至数百万个零件，且结果一致。

• 技术和材料的广泛选择

如上一节所述，各种技术与钣金制造工艺相关。这种灵活性确保无论您的项目需要什么——无论是复杂的形状、精确的切割、将零件弯曲到位，还是在正确的位置添加孔、槽和凹口——钣金制造都可以满足这些需求。

此外，该过程允许您从多种钣金材料中进行选择，远远超出上一部分中提到的几种。这种广泛的多样性使钣金制造能够应用于众多行业。

• 高强度重量比零件制造

钣金制造是生产轻质但高强度部件的理想选择，特别是在航空航天和汽车等行业。在金属板材制造过程中，弯曲和拉伸等操作会引起加工硬化，从而增加材料的强度。此外，加强筋、策略性弯曲角度和边缘卷边等设计特征的结合可以在不增加材料厚度的情况下显着增强零件的强度和刚度。

局限性

• 每种技术的能力限制

钣金制造中的每种技术都有其局限性。例如，某些材料在焊接过程中可能会变形或破裂，而激光切割对于铜或铝等高反射材料可能效果不佳。这些限制通常需要在生产中结合多种工艺。这可能涉及在不同机器之间转移零件，每个步骤都需要重新配置，这会增加生产时间。此外，使用多台机器和额外的劳动力会增加生产成本。

• 工具和设备的初始成本较高

钣金加工需要一系列专用设备，如激光切割机、冲床、折弯机、焊接设备等。现代钣金加工通常依靠多功能数控设备，可以提高生产效率和产品质量，但购买和维护成本也比较高。

此外，对于钣金加工，特别是在批量生产中，经常需要定制模具，例如冲压模具和折弯模具。设计和制造这些模具需要高精度的技术和材料，导致模具成本高昂。

• 弯曲操作设计非常复杂

将 2D 板弯曲成 3D 形状听起来可能很简单。但实际上，弯曲操作需要仔细考虑材料特性、弯曲角度、弯曲半径和弯曲顺序等因素。设计复杂的弯曲涉及管理潜在的问题，例如回弹（金属在弯曲后试图恢复到其原始形状）、材料变薄以及可能导致破裂或变形的内应力​​。随着设计变得更加复杂，这些因素变得更加难以控制，这可能会限制弯曲工艺的可行性或效率。

钣金制造的应用

最后，我们来概述一下钣金加工的各个行业应用。

汽车

钣金制造由于能够形成大面积零件且与多种材料兼容，因此可以创建极其坚固的框架。车身面板、底盘部件、门框和座椅框架均由经过激光和冲压操作切割并通过冲压工艺成型的金属板制成。此外，车架和排气系统采用滚压成型，然后使用数控弯管机弯曲成型。不可否认，钣金加工在汽车制造中是不可或缺的。

航天

在航空航天工业中，工程师使用钣金制造来制造高精度、轻量化和高强度的部件，例如机身部分、机翼结构和发动机短舱。这些部件由铝、钢，甚至钛和钨等材料制成。采用先进的制造技术，它们被形成大、光滑和复杂的形状，可以承受飞行的压力，同时确保最佳的性能和燃油效率。

建造

建筑行业中的钣金制造主要用于制造结构部件、外部覆层和功能元件，例如金属屋顶板、波纹金属壁板和金属 2x4 或 2x6 框架构件。这些组件不仅提供出色的保护，而且耐用且美观。

卫生保健

医疗保健行业高度重视精度和抗菌性能，因此不锈钢成为首选材料。结合先进的钣金制造技术，不锈钢广泛用于生产医疗设备外壳、手术器械托盘、医疗储存柜和工具箱。

外壳

钣金制造有助于生产家用电器和电子产品的外壳，保护敏感的变速箱和设备。它还可以保护工具免受环境影响并防止灰尘进入。由铝和粉末涂层钢制成的器具很受消费者欢迎。通过使用钣金制造技术，您可以创建各种电缆连接切口，例如窗户、LED 面板、灯管和 HDMI 端口的电缆连接切口。

结论

在本指南中，我们涵盖了开始钣金制造所需的所有内容 - 但还有很多东西需要学习。如果您有兴趣获得有关钣金设计的更深入的知识，请点击此处获取更多专家见解。

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