什么是钣金加工？

精密钣金弯曲

钣金加工是将金属板材进行成型、切割、弯曲和连接，最终制成各种零部件和功能部件的过程。钣金加工的例子包括建筑装饰板和飞机侧面的大型铆接板，这些都体现了钣金的定制应用。 

虽然钣金加工看起来很简单， 钣金制造商 喜欢 Proleantech 提供材料指导、先进的钣金加工技术、面向大批量钣金生产的 DFM 支持，以及使用顶级钣金加工设备的渠道。了解更多：精密钣金制造

 

钣金加工工艺

工艺设计

良好的钣金加工始于实用的设计。遵循基本的设计准则有助于避免生产问题，并提高生产效率。 钣金成型 更简便、更精准。以下是需要考虑的关键设计参数。

材料厚度均匀性

钣金加工工艺要求板材厚度分布均匀，因为不同的厚度会导致板材成形过程中变形不均匀。材料的标准厚度范围为0.5毫米至6毫米，但任何超过5%的偏差都会导致弯曲断裂。

弯曲半径和余量

钣金弯曲应力

在钣金加工中，最小内弯半径通常等于材料厚度 (1t)。这有助于减少裂纹和过度弯曲。 金属薄板拉伸 弯曲过程中。高强度钢可能需要更大的弯曲半径以避免材料失效。K 系数（通常） 0.33然后使用该值，通过以下公式计算弯曲补偿：

容许量 = π/180 × 弯曲角度 × (半径 + K × 厚度)

对于 K 值为 0.40 的 2 毫米铝材，90° 弯曲的计算结果为 3.5 毫米。

孔和切口位置

精密弯曲部件

在钣金加工中，孔之间的距离（由……形成） 钣金加工冲压为防止形状变形，折弯线的宽度应至少为材料厚度的两倍。此外，应在这些位置添加半径为 0.5 毫米的减压槽。冲压的最小直径应为 1 毫米，但对于更小的孔，则需要采用激光或钻孔方法。

角度和公差

弯曲几何参数

在钣金加工中，空气弯曲的最大弯曲角度应保持在 165° 以下，因为这有助于控制回弹，这需要在钣金弯曲过程中通过过度弯曲进行 0.5-3° 的补偿。 

标准角度公差为±1°，但用户可通过冲压操作实现±0.5°的精度。整体零件公差体系ISO 2768-m规定，长度小于100毫米的零件公差为±0.1毫米。

特征对称性和嵌套

设计过程中应创建相互镜像的特征，因为这种方法可以减少刀具旋转的需求。设计应包含便于高效嵌套的凸耳，同时力求在嵌套展开图中实现超过 85% 的材料利用率。

材料选择和准备

在钣金加工中，钣金材料的选择取决于其机械性能，包括屈服强度、延展性和耐腐蚀性，同时还要考虑环境因素和载荷条件。准备工作首先是开卷和卷取，然后进行矫平和清洁，以去除可能导致成形失败的表面缺陷。

• 低碳钢： 低碳钢轧制后需在 650°C 下进行退火处理，才能在保持 250 MPa 屈服强度的同时，获得 20% 以上的延伸率。
• 不锈钢 304： 304不锈钢需要用硝酸钝化去除游离铁，才能达到耐腐蚀性，同时提供205兆帕的屈服强度。
• 铝 5052： 成型过程需要用碱性增溶剂润滑铝 5052 材料，以防止其发生粘着，同时其屈服强度达到 193 MPa。
• 镀锌钢： 镀锌钢涂层含有 60-100 克/平方米的锌，需要用盐酸酸洗去除锌，才能获得均匀的焊接效果。
• 铜 C110： C110 需要进行氢气中的光亮退火才能保持其高导电性，其导电性超过 100% IACS。
• 黄铜 260： 此 钣金工程图 处理 黄铜板材加工 黄铜 260 在 300°C 下进行应力消除处理时，不易开裂，同时​​保持其屈服强度在 100 至 150 MPa 之间。

相关： 钣金设计

 

金属的切割和成型（切割和成型技术小标题）

激光切割

激光切割作业

钣金加工中的激光切割利用高功率激光，激光束穿过光学系统产生热量，熔化、燃烧或汽化材料，从而使材料表面变得粗糙。 定制切割金属板材 部件。 

气体辅助装置随后清除切割路径上的熔融碎屑。切割过程采用二氧化碳光束切割厚度达 20 毫米的钢材，采用光纤光束切割厚度达 25 毫米的钢材，同时更好地控制反射面。切割过程可产生 0.1 毫米至 0.3 毫米的切缝宽度，切割速度为 50 至 200 米/分钟（切割 1 毫米厚的铝板时速度为 100 米/分钟）。该系统可保持 ±0.05 毫米的精度，同时产生的热影响区宽度为 0.2 毫米至 0.5 毫米。

该工艺允许零件嵌套，从而将材料浪费降低到5%以下。该工艺还允许用户在薄层材料内创建复杂的形状。

等离子切割

等离子切割工艺

等离子切割利用导电等离子弧产生极高温度的电弧来切割材料，同时压缩气体清除熔渣。等离子弧温度可达 20,000°C 至 30,000°C，能够切割厚度达 50 毫米的导电金属。切割 10 毫米厚的低碳钢材料，切割速度为 0.5 毫米/分钟，边缘倒角角度为 1 至 3 度，表面粗糙度 Ra 为 12 至 25 微米。

等离子切割设备的成本仍然低于激光系统所需的设备成本。 该工艺在切割厚度超过 25 毫米的厚板时表现出卓越的性能。

水刀切割

磨料水射流切割

水刀切割工艺利用含有磨料颗粒的水流，通过喷嘴切割材料，且不产生热量。该系统在300至600兆帕的压力下运行，使用石榴石磨料（80-120目），可切割厚度达200毫米的材料。切割10毫米厚的钢材时，切割速度为0.5毫米/分钟，精度可达±0.1毫米，锥度为0.1-0.5度，需要进行CAD补偿。

该工艺不会产生热影响区，从而保持材料的原始特性。 该系统适用于不能耐热的敏感材料以及非金属物质。

冲孔

转塔冲压作业

钣金加工中的冲孔工艺利用压力机内的模具和冲头组剪切材料，从而产生孔和冲头。 钣金冲裁 高速运转。液压和伺服压力机以每分钟 500 次冲程的速度运行，可制造出厚度达材料六倍的孔，同时产生的毛刺小于 0.05 毫米，使用硬质合金刀具可承受 10,000 至 500,000 次冲击。

在钣金加工中，钣金冲压工艺在执行大量相同任务时，在大规模钣金生产中以最高速度运行。 该工艺使用户能够在每次操作周期内创建多个成型零件。

成型和弯曲

折弯机折弯

折弯机弯曲工艺利用吨位将板材推入冲头和模具之间，通过空气弯曲、底部弯曲和压印等技术形成角度。该设备的工作范围为 50-100 毫米，可加工长度为 3-4 米的板材，弯曲半径从材料厚度的 0.5 倍起步。加工铝材时，回弹效应会导致角度偏差 0.5-3 度，但为了在底部弯曲时达到 ±0.5 度的精度，该工艺需要 1-3 度的过弯。

该工艺使用户能够通过空气弯曲操作，创建半径超过材料厚度两倍的弯曲。 该系统使用户能够对生产复杂多弯零件的序列进行编程。

滚压成型

辊压成型工艺

辊压成型工艺利用一系列连续的辊轮工位，将带材加工成最终的型材形状。生产系统以10-30米/分钟的速度运行，最多可处理20个工位的卷材，从而生产出横截面公差为±0.5毫米、宽度最大可达1,500毫米的槽型材和定制型材。

该工艺使制造商能够在连续生产过程中生产超过 10 米长的超长产品。 该工艺可在生产过程中使用最少的原材料，同时获得均匀的型材。

冲压

钣金加工中的冲压工艺使用高吨位压力机配合级进模或传送模，实现同步切割、成形和冲压。 修整过程 操作。该工艺以每分钟 1,000 次冲程的速度运行，每小时生产 1,000 个零件，用于支架生产。通过使用润滑剂，在厚度为 0.5 至 6 毫米的材料上，以高达 2:1 的拉拔比，保持摩擦系数低于 0.1。

• 冲压工艺使用户能够在单个生产工位上执行冲孔、成型和修边操作。
• 当钣金制造商生产超过 10,000 件产品时，该工艺就具有成本效益。

焊接和装配 

MIG焊接组件

MIG焊接

MIG焊接的工作原理是：将焊丝穿过焊枪，同时惰性保护气体在焊丝连续沉积过程中保护焊缝。该工艺沉积 5–10公斤/小时 材料的 200–300 安 送丝速度为 5–15 米/分钟，实现 2–5毫米 使用搭接接头进行穿透 Ar/CO₂ 保护气体。它广泛用于…… 钣金组件 因为它能为各种金属零件提供快速、稳定的焊接。

• 该工艺能够快速焊接厚度为 1 至 20 毫米的钢结构。
• 焊接技术可实现接缝的自动化生产，从而获得一致的结果。

TIG焊接

氩弧焊（TIG焊）工艺采用非消耗性钨电极，使用单独的填充材料，并在惰性气体保护下进行焊接。焊接电流为50-200 A，使用与母材成分匹配的填充材料（例如ER316L），并在纯氩气保护下，形成宽度小于1 mm的热影响区。

• 该工艺在加工薄型不锈钢或铝材料时，可形成变形最小、表面光滑的焊缝。
• 该工艺可在需要高精度的应用中保持防腐蚀性能。

点焊

点焊工艺通过电极电阻加热将金属薄片连接起来，在特定点形成微小焊点。该焊接工艺使用5-10 kA的电流，持续0.1-0.5秒，在2-5 kN的力作用下形成直径为4-6 mm的焊点，从而获得剥离强度高于3 kN的焊接接头。

• 该工艺可实现汽车制造作业中大量零件的快速组装。
• 该工艺无需填充材料，因为它能产生干净的重叠接缝。

钎焊

钎焊工艺使用熔融的填充材料，通过毛细作用流入微小缝隙，在不达到母材熔点的情况下连接部件。钎焊工艺使用银合金，需要在 600–800°C 的温度下进行，才能在 0.05–0.2 mm 的间隙范围内形成剪切强度为 100–200 MPa 的接头，同时还需要使用助焊剂来防止氧化物的形成。

• 该工艺能够将不同的金属材料连接起来，同时保持它们原有的形状。
• 这种连接工艺最适用于承受剪切力的搭接或对接接头。

处理

表面处理工艺既能提升表面质量和防护性能，又能赋予表面更美观的外观。该工艺需要根据基材的不同进行特定的调整。

去毛刺工艺可去除尺寸大于 0.1 毫米的毛刺。该工艺需要采用滚筒研磨或电化学方法。 该工艺可形成半径为 0.2 毫米的边缘。粉末涂装工艺通过静电作用形成厚度为 50 至 100 微米的薄膜。固化温度介于 180°C 至 200°C 之间。 

铝金属的阳极氧化表面可承受超过1000小时的盐雾试验。铝的阳极氧化过程是在硫酸溶液中进行的。在此过程中，氧化层厚度在10至25微米之间。材料的硬度可达300 HV。

不锈钢材料需经过电抛光处理。该工艺可去除表面材料至5-10微米的深度。此工艺可使表面粗糙度低于0.4微米，适用于医疗植入物应用。 （阅读我们的指南，了解 14） 钣金精加工方法 （用于定制零件）

 

定制金属加工工艺： 设计和原型制作

原型制作的设计规则侧重于制造能力。当弯曲角度超过 180° 时，材料会承受反向弯曲应力；因此，设计人员必须控制在这个范围内。通过 CAD 展开模拟平面图时，使用钢材来计算钢材的弯曲损耗，损耗值介于 0.4 到 0.5 吨之间。

在混合原型制作过程中，Proleantech 的工程师利用 3D 打印模具进行初始弯曲，从而测试回弹性能。有限元分析 (FEA) 验证了这一结果，网格尺寸为 1 毫米或更小。在软模具开发的每次迭代中，原型公差均保持在 ±0.05 毫米以内。

 

数控加工（钣金加工）

数控激光切割

CNC激光切割使用G代码控制激光束路径，同时通过功率调制来调整切割参数以适应不同的材料厚度。它的运行速度为 50–200 毫米/分钟 - 2–6 kW 光纤激光器 以及自动对焦控制，保持 ±0.1毫米 焦距精度高。这可以产生精确的轮廓。 0.1毫米切缝宽度， 多于 筑巢效率90%并且失真极小。它被广泛用于 钣金切割 在需要精确度和复杂配置文件的情况下， 金属板剪切 对于简单的直线切割，通常是首选。

CNC折弯

数控折弯机采用伺服电动压力机执行预先设定的角度序列。该系统保持…… ±0.01毫米 后挡料定位精度和支撑 8轴操作 在工具更换方面 1分钟它可以生产深度达 10 毫米 同时保持 ±0.25° 角度精度。这些特性使其适用于 快速周转制造 复杂的钣金零件。

CNC冲孔

数控冲压采用转塔刀具，一次装夹即可完成多个特征加工。该系统运行速度为 每分钟 800 次点击 - 20-40 个工具生产百叶窗、沉头孔和各种材质的部件，最大可达 6 毫米 浓稠 360°自动刀具分度它还支持小批量生产，可实现不同的孔型，同时减少二次加工。

 

钣金加工材料

不同 金属板材的类型 根据所需的强度、耐腐蚀性和成型性能进行选择。

低碳钢（1018）的屈服强度为 250 MPa，具有良好的延展性，延伸率为 25%，但由于其在建筑框架中的成本效益，需要防锈保护涂层。 304和316不锈钢因其耐腐蚀性而被广泛应用。 16–18％铬 该成分可防止生锈，而316还含有 2–3% 钼 为了在氯化物环境中获得更好的性能。它们的抗拉强度范围为 515-620兆帕铝5052的密度为 2.7克/厘米3，以 1吨最小弯曲半径以及疲劳强度 160兆帕因此，它是成型作业的理想选择，包括 金属板压花。

镀锌钢上的保护性锌涂层厚度为 20-100 克/平方米，可提供 500-1000 小时的耐盐雾性能，但在焊接作业期间需要进行烟雾抽排。 铜 C110 的材料特性包括 400 W/mK 的热导率和抗菌性能；然而，它在 200°C 时会软化，这限制了热影响区的操作。

黄铜 260 在 100% 加工条件下表现出优异的可加工性，同时具有防水性，其 8.5 g/cm³ 的密度使其适用于装配应用。

材料	密度g /cm³	拉伸强度（MPa）	屈服强度 (MPa)	伸长率（％）	常用厚度（mm）	主要应用
低碳钢	7.85	400-550	250	20-25	0.5-6	外壳、支架
不锈钢304	8.00	515-620	205	40-60	0.4-3	医疗器械、排气系统
铝5052	2.70	228-310	193	12-25	0.6-6.3	航空航天面板
镀锌钢	7.85	350-500	200	20	0.5-4	暖通空调管道
铜C110	8.96	220-280	70	45	0.3-3	热交换器
黄铜260	8.53	300-400	100-150	65	0.5-2	电连接器

常见钣金零件及应用

空气弯曲操作

汽车行业

车身面板和底盘框架由冲压钢制成，可在保持厚度在 0.7 至 1.2 毫米之间时吸收碰撞能量。 排气系统中的 304 不锈钢消音器能够承受高达 800°C 的温度。 发动机部件采用 6061 铝合金支架和安装件，与铸铁部件相比，重量减轻了 40%。

航空航天工业

机身蒙皮由 2024 铝板构成，通过铆接来保证结构完整性，同时保持 450 MPa 的抗拉强度。 机翼肋条由钛合金 5 级成型梁构成，其密度为 1.8 克/立方厘米，实现了最大的强度重量比。 采用 Inconel 625 材料制成的涡轮机壳体可在高达 1000°C 的温度下运行。

医疗行业

手术器械采用 316L 不锈钢制成，这种材料经过电抛光处理，可达到 Ra 0.2 µm 的表面光洁度。 成像设备和生物相容性医疗器械采用符合 ISO 10993 生物相容性标准的阳极氧化铝外壳。 体温使镍钛诺薄片能够作为植入式支架材料发挥作用。

 

钣金加工成本

因素/方法	钣金加工（按零件计，1000 件）	数控加工（单件，1000 件）	主要差异
材料费用	0.50美元至2.00美元（钢/铝）	1.00美元至5.00美元（块状股票）	片材可最大限度地减少浪费（5-10% 对比 50-70%）
设置/工具	500-2000美元（模具可重复使用）	200-1000美元（铣刀，一次性费用）	金属板材的初始成本较高，但对于500件以上的批量来说经济实惠。
人工/机器时间	每分钟 0.20 至 0.50 美元（激光/打孔）	每分钟 0.50 美元至 1.50 美元（研磨）	对于薄片零件，数控加工速度较慢。
每部分总计（简单括号）	$ $ 3 8-	$ $ 5 15-	大规模生产成本降低 30-50%。
公差影响	标准精度为±0.1毫米（精度越高，成本增加10%）	±0.01 毫米标准	精密数控切割会增加成本

 

如何提高钣金加工的成本效益

设计优化

使用 0.8 毫米至 1.6 毫米之间的标准厚度，避免因使用定制库存材料而产生额外成本。设计应包含多种功能，以减少零件数量，从而缩短 20% 至 30% 的生产时间。应采用可制造性设计 (DFM) 方法，在保证每个零件折弯次数不超过八次的前提下，实现 85% 以上的材料利用率，以进一步缩短生产时间。

材料和采购策略

批量采购卷材可享受 10% 至 15% 的价格折扣，并选择预涂层材料，无需额外的表面处理工序。有限元分析有助于确定合适的材料强度等级，从而在耐腐蚀性要求允许的情况下，可以使用 304 不锈钢代替 316 不锈钢，进而降低 15% 至 25% 的成本。

工艺和设备效率

多功能数控系统的应用使操作人员能够同时进行切割和折弯操作，从而减少40%的零件搬运次数。该系统应进行预测性维护，以实现低于5%的停机时间，并遵循从内部特征开始的加工顺序，以减少设置需求。小批量生产中使用软模具和3D打印夹具可降低50%的初始成本。

质量和减少浪费

模拟验证流程有助于将返工率降低至 2% 以下，同时实现 90% 的废料回收率。Proleantech 拥有训练有素的员工，并采用精益流程优化技术，从而降低了仓储成本。

公司应在不同的项目中使用相同的组件，以将模具费用分摊到更大的生产批次中。 重复性操作的自动化系统应用可使生产速度提高 25-35%。 该系统应跟踪两个关键绩效指标，包括废物产生率低于 5% 和运行可用性高于 95%。

 

金属加工中的重要技能

钣金加工专家需要将技术知识与实践技能相结合才能达到熟练水平。通过阅读蓝图，用户可以理解几何尺寸和公差 (GD&T) 符号，从而将特征对齐精度控制在 ±0.05 毫米的位置公差范围内。由于铝的熔点较低（660°C），焊工必须将氩弧焊电流控制在 150 安培以下，以防止气孔的产生。

焊接技术包括选择合适的MIG焊丝（例如钢材用ER70S-6焊丝）以及通过45度坡口进行适当的接头准备，以确保完全熔透。CAD建模软件SolidWorks和AutoCAD使用户能够添加K系数，从而生成精确的展开图。三坐标测量系统（CMM）使用户能够以0.01毫米的精度验证尺寸。2000 CFM的烟尘抽排系统作为一项安全措施，用于保护工人免受六价铬的危害。

解决问题的能力和协作能力是回弹补偿的关键软技能，尤其是在压印技术和装配顺序管理方面。运用G代码嵌套编程等数控编程技能，可使生产速度提高20%至30%。

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结语

钣金加工利用先进的数控技术和气动弯管机，为各行各业生产精密耐用的零件。钣金加工还包括铆接和焊接等连接和紧固技术。 

 

常见问题解答

什么是钣金加工？

钣金加工是一种加工技术，包括切割、弯曲、成型和焊接薄金属板，制成成品零件、组件和外壳。