介绍
钣金制造对于各种制造工艺都至关重要，从简单的玩具到复杂的飞机部件，不一而足。尽管其应用广泛，但了解其工作原理至关重要。本文将详细介绍钣金制造所涉及的技术和材料。
1.0什么是钣金制造？
钣金制造是通过切割、折叠、弯曲和组装等操作将平板金属板形成所需零件和产品的过程。
常用材料包括钢、铝、不锈钢、黄铜、铜和锌。金属板厚度通常在0.006英寸到0.25英寸之间。较厚的板材适用于重型应用，而较薄的板材更适合需要延展性的应用。
制造过程始于全面的设计阶段，以确定规格，然后采用各种核心技术。这些技术可分为四大类：
- 切割
- 成型
- 加入
- 精加工
2.0钣金切割技术
切割工艺用于将金属板材切割成零件和形状。切割技术大致可分为：
| 类型 | 方法 |
| 非剪切切割 | 激光切割、等离子切割、水射流切割 |
| 剪切切割 | 剪切、落料、冲孔、锯切 |
2.1激光切割
激光切割是一种利用聚焦激光束局部熔化金属的热加工工艺。激光束被材料吸收并汽化，同时切割喷嘴喷入气体（通常是氮气或氧气）以去除熔融材料并保护切割头。
激光切割适用于不锈钢、低碳钢和部分有色金属等材料。铝等反射材料可能需要光纤激光器。典型切割厚度范围为 20 毫米至 40 毫米。
优点：
- 高灵活性和精确度
- 高效省时
- 适用于多种材料
缺点：
- 能源和天然气消耗量高
- 需要采取重大安全措施并进行初始投资
2.2等离子切割
这种热处理工艺利用电离气体（等离子）熔化并切割金属。该方法仅对导电材料有效，通常用于表面光洁度要求不高的较厚板材（最厚可达50毫米）。
适用材料： 铝、不锈钢、铜、黄铜
优点：
- 高速切割
- 自动化能力
- 适用于低热输入的高强度金属
缺点：
- 高功耗
- 干切削过程中的潜在噪音
2.3水射流切割
水射流切割使用高压水流（通常约为 60,000 psi）来切割金属。纯水射流用于切割软质材料，而加砂水射流则用于切割碳钢和铝等硬质金属。
优点：
- 无热影响区
- 表面光洁度极佳，无毛刺
- 可切割多种材料
缺点：
- 高压系统可能导致弯曲
- 需要支撑装置来防止变形
2.4消隐
落料工艺使用冲头和模具从金属板上取下零件。冲压出的零件将成为最终的零部件，而剩余的金属板则成为废料。
优点：
- 高尺寸精度
- 定制零件生产具有良好的重复性
缺点：
- 比打拳还慢
- 更高的模具成本
2.5剪切
剪切是使用高压刀片在平板金属上切割直线。它非常适合大批量切割不需要光洁表面的软金属。
优点：
- 速度快，大批量生产经济
- 简单、有效的直线切割
缺点：
- 产生毛刺和变形
- 不适合需要边缘整洁的应用
2.6锯切
锯切使用锯齿刀片逐渐去除材料。卧式带锯用于棒料定径，而立式带锯则用于进行复杂的轮廓切割。
优点：
- 切割精度高
- 由于切口小，材料浪费少
- 支持多种有色金属材料
缺点：
- 平板切割时接触稳定性较差
- 表面光洁度不一致
2.7冲孔
冲孔利用剪切力在金属板上形成孔洞。与落料不同，冲孔去除的零件是废料，而板材则作为最终部件保留下来。
优点：
- 高速孔加工
- 干净、精确的切割
- 无热变形
缺点：
设置需要精确的工具和模具对准
3.0金属板材成形技术
成型是指在金属处于固态时对其进行重塑。本节概述了制造过程中使用的主要成型工艺。
3.1弯曲
常见的折弯技术：
| 方法 | 描述 |
| 滚弯 | 使用滚筒将板材弯曲成管状、锥状和空心形状 |
| 旋转弯曲 | 产生尖角或大于 90° 的角度 |
| 擦拭弯曲 | 使用擦拭模具来定义内半径 |
| V型弯曲 | 使用冲头将金属弯曲到 V 形模具上 |
| U型弯曲 | 类似于 V 型弯曲，但使用 U 型模具来加工 U 型部件 |
优点：
- 最终零件具有良好的机械性能
- 对于中小批量生产来说具有成本效益
缺点：
回弹会影响精度
3.2包边
卷边将金属板折叠起来，通常分为两个阶段：
- 弯曲成V形模具
- 在模具中压平以产生下摆
优点：
- 加强边缘
- 改善美观
- 高维控制
缺点：
材料变形的风险
3.3滚动
金属板轧制利用旋转辊减少厚度。它可以分为：
- 热轧：高于再结晶温度
- 冷轧：室温或接近室温
常见应用： 管道、管材、冲压件、盘片、车轮
优点：
- 高速、高效
- 厚度一致
- 可实现严格的公差
缺点：
- 需要较高的初始投资
- 更适合大批量生产
3.4冲压
冲压工艺使用模具和压力机对金属板材进行冷成型。该工艺可能在一次操作中同时完成弯曲、冲孔、压花和翻边等工序。
材料： 不锈钢、铝、黄铜、铜
优点：
- 劳动力和工具成本低
- 轻松实现自动化
- 高重复性
缺点：
- 生产开始后修改模具的成本很高
3.5冰壶
卷边工艺可打造圆形空心边缘，确保安全性和强度。卷边通常分为三个阶段：
- 初始曲线形成
- 滚动曲线
- 卷边闭合
优点：
- 消除锋利的边缘
- 增强组件边缘
缺点：
- 可能会产生毛刺或变形
3.6金属旋压
旋转利用旋转和成型辊在心轴上重塑金属圆盘。
材料： 不锈钢、铝、黄铜、铜
优点：
- 适用于空心、对称形状
- 灵活适用于小批量和大批量
缺点：
- 仅限于同心设计
- 尺寸和形状限制
4.0钣金连接技术
连接对于装配成品部件至关重要。主要方法包括焊接和铆接。
4.1焊接
焊接利用热量、压力或两者兼而有之，将两块金属板熔合在一起。可以添加填充材料来增强接头强度。
常见焊接技术：
| 方法 | 主要特点 |
| 焊条焊（SMAW） | 使用电极棒和电弧，适用于厚金属 |
| MIG焊接（GMAW） | 采用连续电极丝和气体保护，快速、清洁 |
| TIG焊接 | 使用钨电极和保护气体，最适合有色金属 |
笔记：
- 焊条焊接速度很快，但会使薄金属过热
- MIG 非常适合自动化，但不适合户外
- TIG 提供干净的焊接，但需要熟练的劳动力
4.2铆
铆接是一种半永久性、非热连接方法。它包括钻孔和形成铆钉尾部以固定板材。
类型：
| 类型 | 应用 |
| 热铆 | 适用于直径 >10 毫米的钢铆钉（1000–1100°C） |
| 冷铆 | 适用于铝或铜等轻金属或有色金属 |
优点：
- 经济高效且易于检查
- 适用于轻质金属
缺点：
- 增加体重
- 钻孔会削弱结构
- 在机械装配中产生噪音
5.0结论
钣金制造涵盖切割、成型、连接和精加工等工艺，用于生产各种工业和商业部件。选择合适的制造工艺取决于零件的几何形状、材料类型、成本和产量。随着机械和自动化技术的进步，钣金制造工艺不断发展，精度、速度和灵活性均有显著提升。
6.0关于钣金加工的常见问题 (FAQ)
Q1：激光切割和等离子切割有什么区别？
答：激光切割利用聚焦光汽化材料，实现高精度和干净的边缘切割，而等离子切割则利用电离气体熔化导电金属。激光切割更适合切割薄而复杂的部件；而等离子切割则更适合切割较厚、强度较高的金属。
问题2：钣金制造中最常用的材料有哪些？
答：最常见的材料包括不锈钢、铝、低碳钢、铜和黄铜。选择取决于强度、耐腐蚀性、成形性和应用。
问题3：金属板的典型厚度范围是多少？
答：金属薄片的厚度通常在0.006英寸（0.15毫米）到0.25英寸（6.35毫米）之间。较厚的材料被称为板材，较薄的薄片被称为箔材。
问题4：数控折弯在钣金成型中的精度如何？
答：CNC 折弯具有高重复性和严格的公差，通常在±0.1 毫米以内，具体取决于材料和设备。
Q5：钣金装配是焊接好还是铆接好？
答：焊接可提供更坚固、更持久的连接，是结构完整性的理想选择。铆接更适合轻量化、模块化设计，或必须避免热变形的情况。
