钣金折弯指南：工艺、工具和设计技巧

1.0什么是钣金折弯？

弯曲在产品开发中的作用

钣金折弯为工程师、产品设计师和制造商提供了极大的灵活性，使他们能够利用单个金属件创建复杂的几何形状，通常无需二次组装。这种方法具有以下几个关键优势：

• 减少对焊接和机械紧固件的需求
• 增强结构强度和零件一致性
• 降低装配成本和人工
• 通过最大限度地减少复杂工具的使用来简化制造

折弯通常与激光切割等其他工艺相结合，为中小批量生产提供高效的解决方案。它尤其适用于需要快速周转和跨多个产品变体进行设计迭代的应用。

2.0金属弯曲的基础知识

金属折弯是一种成形工艺，沿直线施加力，使平板塑性变形为特定角度或形状。它是钣金制造中广泛使用的方法，用于生产具有特定几何形状的部件。

定义： 金属折弯是指沿着折弯线重塑平板，以达到所需的角度或轮廓。在此过程中，材料内侧受到压缩，外侧受到拉伸。

晶粒结构变化： 金属在弯曲过程中，其内部晶粒结构会发生重新排列。这种重新排列会影响机械性能，可能导致局部加工硬化或延展性降低。

纹理方向很重要： 就像木材一样，金属也具有由其制造工艺决定的纹理方向。

• 弯曲 平行线 向谷物倾斜会增加开裂的风险。
• 弯曲 垂直地 纹理提供了更大的灵活性和强度。
• 选择正确的弯曲方向对于保持零件完整性和性能至关重要

弯曲半径注意事项：

• 弯曲半径太小可能会导致开裂或永久性材料失效。
• 半径太大可能会导致无法达到所需的角度或零件尺寸。
• 最佳最小弯曲半径取决于材料厚度、硬度和应用等因素。

3.0钣金折弯的关键设计考虑因素

在设计用于激光切割和数控折弯等制造工艺的钣金零件时，务必从早期阶段就考虑折弯的特性和局限性。以下是一些影响钣金折弯质量、可制造性和效率的关键因素。如需更深入的指导，请参阅我们的 钣金设计指南.

3.1弯曲半径

弯曲时，材料外表面被拉伸，内表面被压缩，形成弯曲的过渡区。弯曲半径是指弯曲内侧的曲率半径。

弯曲半径受材料类型、回火条件（例如，是否退火）和工具几何形状的影响。

设计提示： 在零件的所有弯曲处使用一致的弯曲半径，以简化工具设置、减少转换并降低制造成本。

3.2弯曲长度

弯曲长度由零件几何形状决定，但不得超过折弯机的最大成型宽度。

典型限制： 大多数 CNC 折弯机针对弯曲长度进行了优化，最大可达 2 米。

设计提示： 对于较长的零件，请咨询制造商以确认可行性和容量。

3.3折弯间隙

相邻折弯之间的紧密间距可能会导致工具干扰，尤其是在 U 形轮廓或具有长支撑腿的零件中。

解决方法： 考虑使用深偏移工具或重新设计零件以包括焊接或螺钉组件，其中单一弯曲操作是不可行的。

3.4孔到弯头距离

弯曲会导致弯曲线附近应力集中。如果孔或槽等结构距离弯曲处太近，则可能会破裂或变形。

经验法则： 保持至少 2.5×材料厚度+弯曲半径.

3.6弯曲公差

所有弯曲操作本质上都涉及尺寸公差，受材料厚度、公差等级和机器精度的影响。

范围	标准公差	高精度公差
线性尺寸	±0.1毫米	±0.05毫米
弯曲角度	±1°	±0.5°
弯曲长度偏差	每次弯曲±0.2 毫米	每次弯曲±0.1 毫米

在标准金属板材成型中，完美的 90° 角或无半径的尖角弯曲通常是无法实现的。

3.7弯曲力要求

所需的压力（吨位）取决于几个因素：

• 弯曲半径（半径越小→力越大）
• 材料类型和抗拉强度
• 板材厚度
• 弯曲长度

如果某些弯曲需要较高的成型压力，则必须提前验证折弯机的吨位容量。

3.8热影响区（HAZ）

激光或等离子切割等工艺会在切割边缘附近产生热影响区。这可能导致：

• 材料硬化导致弯曲不均匀
• 孔洞或边缘附近的微裂纹

采用激光切割时，避免将高精度弯头放置得离热影响区 (HAZ) 太近，以确保一致的成型质量。

弯道附近要素的最小距离指导原则

为避免折弯过程中出现变形或缺陷，某些特征应与折弯线保持最小安全距离。下表提供了基于行业最佳实践的推荐间距公式：

特征类型	最小距离指南*
在卷曲和内弯之间	±6 倍卷曲半径 + 材料厚度
在卷曲和外弯之间	±9 倍卷曲半径 + 材料厚度
在褶边和外弯之间	±8倍板材厚度
在下摆和内弯之间	±5倍板材厚度
沉孔与弯头之间	±4倍板材厚度+弯曲半径
在埋头孔和弯头之间	±3倍板材厚度
洞与弯道之间	±2.5倍材料长度+弯曲半径
在狭缝和弯道之间	±4倍板材厚度+弯曲半径
挤压孔和弯曲之间	±3倍板材厚度+弯曲半径
半穿孔和弯头之间	±3倍板材厚度+弯曲半径
在垂直平面的凹口和弯曲之间	±3倍板材厚度+弯曲半径
平行平面上的凹口和弯曲之间	±8倍板材厚度+弯曲半径
在凹陷和弯曲之间	±2 倍板厚 + 凹坑内半径 + 弯曲半径
肋骨与垂直于肋骨的弯曲处之间	±2 倍板厚 + 肋条半径 + 弯曲半径

4.0金属弯曲的主要类型

金属折弯工艺在方法、成形特性和应用范围方面各不相同。每种工艺都有其优缺点，具体取决于零件的几何形状、材料类型、精度和产量。

4.4折叠式的

板材被上下移动的横梁夹紧并折叠。

• 优势：适用于大型面板，表面损坏最小。
• 应用：外壳、暖通空调管道、大幅面零件。

4.6慢跑弯腰（慢跑）

采用逐步方法来创建 Z 形或偏移轮廓。

• 优势：灵活，适合较长的部件或增强件。
• 限制：潜在的表面磨损。
• 应用：连接件、加强筋、导轨。

5.0弯曲中的关键术语和几何参数

为了确保设计、仿真和制造的一致性，金属折弯工艺中通常使用一些标准术语和参数。以下是一些基本定义：

学期	定义
折弯线	平面图上发生弯曲的线；分隔两个凸缘。
弯曲轴	材料弯曲时围绕的直轴；垂直于弯曲线。
中性轴	弯曲过程中不受应力的材料内层。
弯曲系数 (BA)	两条折弯线之间的中性轴的弧长。
弯曲扣除（BD）	从总法兰长度中减去以获得平面图案的量。
K 因子	中性轴与内表面的距离除以材料厚度的比率。
内半径 (IR)	弯曲内表面的半径。
外半径 (OR)	弯曲外表面的半径。
腿长	从弯曲处延伸至法兰边缘的材料长度。
法兰	弯曲两侧零件的平坦部分。
弯曲角度	弯曲后两个法兰之间形成的角度（通常以度为单位）。

6.0关键弯曲术语和几何参数

学期	定义
折弯线	板材表面上的中心线指示弯曲发生的位置。
外模线 (OML)	两个法兰的延伸外表面形成的理论线。
法兰长度	从板材边缘到折弯线的直线距离。
模具线距离	从板材末端到 OML 的距离；用于平面图案计算。
挫折	从折弯线到 OML 的距离等于 MLD 减去凸缘长度。
弯曲轴	板材弯曲所围绕的轴，通常垂直于表面。
弯曲长度	沿弯曲轴弯曲所涉及的材料的实际长度。
弯曲半径	弯曲轴到弯曲内表面的距离。OR = IR + 厚度。
弯曲角度	弯曲后两个翼缘之间形成的角度。
补角	弯曲角的补角（例如，90°弯曲→90°补角）。

7.0常见金属的延展性比较及弯曲建议

材料	延展性	弯曲建议
6061铝合金	差——冷弯时容易开裂	建议在弯曲前进行退火以提高延展性。
5052铝合金	出色的	最适合弯曲的铝类型之一；很少开裂。
退火合金钢（例如 4140）	好，取决于合金	退火显著提高了延展性并降低了开裂的风险。
黄铜	中等 – 取决于锌含量	锌含量越高，延展性越低。适用于简单的折弯；复杂的折弯可能需要加热。
青铜	贫穷的	容易开裂；通常需要加热。
铜	非常好	延展性极佳；适合复杂的弯曲。
冷轧钢	缓和	延展性比热轧差，但尺寸稳定性更好。
热轧钢	好的	比冷轧钢更容易成型。
低碳钢	出色的	非常适合无需加热的冷弯。
弹簧钢	退火后效果良好	加工硬化后需要退火才能进一步弯曲。
不锈钢（304、430、410）	各不相同	304 和 430 可弯曲；410 较脆且易于加工硬化。
钛	贫穷的	强度高，不易弯曲。应使用较大的弯曲半径并补偿回弹。

笔记：

• 对于复杂的弯道，优先考虑 5052铝, 低碳钢， 或者 铜.
• 对于硬质合金（例如 6061、青铜、弹簧钢）， 退火或预热 是避免开裂的关键。
• 对于像 钛, 不锈钢， 和 高锌黄铜, 试弯 或者 FEA 模拟 建议评估回弹和开裂风险。

推荐阅读：什么是热轧卷（HRC）？

8.0金属折弯加工的常见挑战及解决方案

挑战	描述	解决方案
回弹	弯曲力释放后，金属弹性恢复，造成角度偏差。	– 设计中过度弯曲以补偿回弹 – 使用带有角度反馈的 CNC 折弯机 – 选择低抗拉强度或高延展性的材料
开裂	当半径太小或材料太脆时，外弯处就会形成裂纹。	– 使用较大的弯曲半径来减少应变 – 预先对材料进行退火 – 选择延展性材料，如退火低碳钢或软铝
变形/扭曲	弯曲过程中，不均匀的力或不对称的零件设计会导致弯曲或扭曲。	– 确保准确的模具对准和力分布 – 设计对称部分 – 检查不同批次材料的一致性
表面损伤	由于高压、模具磨损或摩擦，会出现划痕、凹痕或印记。	– 使用保护膜或聚合物垫 – 使用无痕或抛光模具 – 执行抛光或去毛刺等后处理
角度不准确	由于设备精度差、回弹或模具不一致，会出现偏差。	– 使用角度感应 CNC 系统 – 批量生产前验证和校准角度 – 设置特定于材料的补偿表
厚度不一致	板材厚度的变化会影响弯曲质量和均匀性。	– 实施严格的来料检验 – 使用厚度传感器和补偿算法 – 避免使用边界厚度的材料
刀具磨损	反复的压力（尤其是硬质材料的压力）会磨损模具，降低精度。	– 定期安排工具检查和抛光 – 使用耐磨材料或涂层模具 – 在高频作业中旋转模具

9.0钣金折弯机的类型

折弯机是使用冲头和模具组对金属板材进行精确折弯的专用设备。尽管操作简单，但保持角度精度、重复性和材料完整性却极具挑战性。折弯机主要根据驱动和控制类型进行以下分类：

• 机械折弯机：  使用飞轮驱动的冲压机和机械传动装置来执行弯曲冲程。
  优点和特点：
  速度高，适合高循环率应用；强大的机械刚性确保良好的重复性；不适合空气弯曲或精细控制任务；与现代机器相比安全性和灵活性较低。
• 气动折弯机：利用压缩空气驱动活塞，产生向下的力，适用于薄板和小零件。
  优点和特点：
  操作简便，性价比高；最适合低吨位、小批量生产；适合空间有限或低功率要求。
• 液压折弯机：  采用液压系统驱动冲头，提供更高、更稳定的弯曲力。
  优点和特点：
  压力和行程精确可控；适用于厚金属或高强度金属；可与 CNC 集成完成复杂的折弯任务；广泛应用于高精度应用。
• 数控折弯机: 最先进的折弯机，融合了液压、伺服、电气和计算机技术。
  优点和特点：
  高度自动化，具有程序控制的多弯曲序列；具有角度补偿和回弹校正功能，可获得一致的结果；非常适合多种产品类型和小批量的灵活制造。

10.0数控钣金折弯的优势

在所有钣金制造技术中， 数控折弯 它常常被低估，但它却提供了几个显著的好处：

• 无需专用模具： 与冲压工艺不同，CNC折弯不需要特殊工具，从而降低了模具开发和维护成本。
• 交货周期短： 非常适合快速完成订单，大大缩短从设计到成品的周转时间。
• 高重复性和准确性： CNC 设备能够对弯曲角度和尺寸进行一致控制，确保批次间质量的一致性。
• 强大的自动化能力： 轻松与自动装载/卸载系统和机器人折弯单元集成，以提高生产力。

11.0钣金折弯与其他制造工艺的比较

过程	最佳应用场景	典型精度（公差）	适用材料厚度（mm）	需要定制工具吗？	最小订购量	交付周期（CAD 到首件）
激光切割	几何形状复杂，批量大小从小到中，所有规模	±0.10 毫米	0.5 – 20.0	不	1 – 10,000 件	少于1小时
数控折弯	具有多个直角或弯曲的部件，中型到大型	±0.18 毫米	0.5 – 20.0	不	1 – 10,000 件	少于1小时
数控冲孔	带有许多孔洞、压花的部件，中型至大型部件	±0.12毫米	0.5 – 4.0*	否（特殊模具除外）	1 – 10,000 件	少于1小时
冲压	标准几何尺寸、高精度、大批量生产	±0.05 – ±0.10 毫米	0.5 – 4.0*	是（成本 $250 至 >$100,000）	≥5000件	25 – 40天
剪切	形状简单、直线切割、精度低的薄金属板	±0.50 毫米	0.5 – 4.0*	不	1 – 10,000 件	少于1小时

*注：标有*的厚度范围可能因材料类型和设备能力而异。

12.0适合钣金折弯的制造场景

钣金折弯是一种灵活高效的金属成形工艺，广泛应用于各工业制造领域。它尤其适用于中薄板的精密加工。随着自动化和数控技术的进步，其应用范围和成本效益不断提升。

适用材料和厚度范围广泛

钣金折弯可应用于多种金属，包括：

常见金属：碳钢、不锈钢、铝；

特种金属：铜、黄铜、钛、镍合金等。

虽然“金属板”一词通常指厚度小于 3 毫米的金属板，但现代折弯设备可以加工厚度达 20 毫米的材料，特别是对于需要大半径和高结构强度的工业零件。

跨多个行业的应用

钣金折弯在以下领域发挥着至关重要的作用：

• 汽车与运输： 车身板件、底盘支架、仪表板；
• 家用电器： 冰箱、洗衣机、空调器外壳；
• 办公和家用设备： 文件柜、金属桌椅、灯饰支架；
• 工业设备： 电气控制箱、柜、输送架；
• 建造： 管道系统、扶手、金属栅栏。

降本增效

现代的 数控折弯机 可以与激光切割机配合使用，通过切割和弯曲单个金属板来产生复杂的形状，通常无需额外的紧固件或焊接：

• 减少材料浪费；
• 简化装配过程；
• 缩短交货时间；
• 降低劳动力成本。

13.0常见问题 (FAQ)

弯曲金属板的基本规则是什么？

弯曲角度公差应控制在±1°以内。

保持螺纹孔或槽与折弯线之间的安全距离（一般不小于板料厚度加上折弯半径的2.5倍）。

尽可能对所有弯曲使用一致的弯曲半径。

建议法兰长度至少为板材厚度的4倍，以增强结构刚度。

如何弯曲轻质金属板？

• 手动弯曲： 使用钳子或锤子等简单工具对薄板进行小角度弯曲，适用于原型或小批量。
• 夹具弯曲： 将金属固定在虎钳中，并缓慢施加机械力使其弯曲。
• 精密折弯： 使用折弯机或滚压机等弯曲工具来精确控制弯曲角度。

钣金折弯的标准顺序是什么？
一般建议先折弯较短的边，再折弯较长的边，尤其是对于全封闭的四边形零件或稍后焊接的零件。这有助于减少干涉，提高装配效率。

哪些金属材料适合折弯？

• 低碳钢（低碳钢）： 最常见，易于成型，成本低。
• 冷轧钢（CRS）： 表面光滑，适合精密零件。
• 热轧钢（HRS）： 适合较厚的板材，性价比高。
• 退火合金钢： 韧性好，适合中等复杂程度的折弯。
• 铝合金（例如 5052、6061）： 重量轻，但需要考虑回弹和开裂风险。

14.0钣金折弯工艺指南 PDF

钣金工艺细节.pdf

 

参考：

fractory.com/sheet-metal-bending/

salamanderfabs.com/latest-news/what-is-sheet-metal-bending/

www.komaspec.com/about-us/blog/guide-to-sheet-metal-bending/