钣金设计
对钣金原型和小批量生产零件的材料、制造工艺、设计考虑和精加工选择的探索
而不是从一块材料开始，其中大部分将被加工掉，金属片让你购买你需要的，使用你需要的。金属片的剩余部分仍然可以使用，而铁屑(在加工过程中去掉的刨花)必须回收利用。
和许多现代制造技术一样，金属板制造可以自动化，零件直接从CAD模型生产。该技术使用多种材料和一系列工艺来塑造成品部件和产品。也许最重要的是，在一个大规模生产的世界里，金属板制造是高度可扩展的。虽然第一块的安装可能会很昂贵，但每一块的价格会随着体积的增加而迅速下降。当然，许多工艺都是如此，但与机械加工等减法工艺相比，薄板每件成本的下降幅度更大。
如何使用钣金?
钣金切割，冲压，冲孔，剪切，成型，弯曲，焊接，轧制，铆接，钻孔，攻丝，加工。硬件可以插入钣金组件。部件可拉丝、电镀、阳极氧化、粉末喷涂、喷漆、丝印或其他标记。当然，零件可以用铆接、拧接或焊接成复杂的组件。
像当今大多数其他技术一样，钣金制造也在不断发展。材料、设备和工具比以往任何时候都更加专业化。为了充分利用钣金，至关重要的是，您利用正确的供应商和制造方法为您的零件和他们的应用程序。沿着这些路线，本白皮书探讨了钣金制造的关键组件:
- 材料
- 生产流程
- 设计注意事项
- 完成选择
钣金加工技术
根据定义，金属薄板一开始是平的，但是可以有很多不同的塑造方式满足多种不同的需求。虽然这篇论文关注的是沿单轴弯曲金属板材的技术，但有多种技术可以将材料塑造成多轴形式，而不是由平面或沿单轴弯曲的形式。这些包括拉深、液压成形、旋压和冲压等冷热成形技术。这些就是制造现代汽车车身面板、金属水槽和铝饮料罐等复杂形状物体的过程。在许多情况下，这些技术是迭代的，通过多次重复这个过程来塑造金属，以增量改变金属的形状。
这里介绍的冷成型工艺有:
切割
- 剪切曾经是切割钢板的主要方法，但现在已经被更快更精确的方法所取代。
- 一个冲床可用于冲床和模组切割金属。这是特别有效的切割相对简单的部分比将切割激光或水射流。因为冲床每分钟可以操作数百次冲程，所以可以快速制造出合适的零件。冲孔也可以用来在零件上打孔或其他切口。结合冲床和激光切割，可以创建具有尺寸限制的冲压特征的复杂平面图案。
- 数控激光切割与氧，氮，氦，或二氧化碳的喷流一起工作，燃烧金属，产生一个干净的，完成的边缘。这个过程的速度随着金属厚度的不同而不同，但是切割可以相当复杂，在±0.005英寸的公差下。或者更好，是相当精确的。因为没有接触，刀具不会像机械刀具那样磨损。两种类型的激光器用于钣金制造。光纤激光用于更薄、反射性更强的材料，以实现精确切割。此外,公司2激光功率更大，适用于较厚的压力表。
- 光化加工是一种控制蚀刻的过程，使用cad生成的模板留下一个图案，通过化学激活去除多余的金属。
弯曲。大多数金属可以用各种压力机沿直轴弯曲。弯曲的形状可以是平缓的曲线，比如沿着钢罐的垂直轴，也可以是上、下或右90度的尖角。压刹是用来制造这些相对急弯的。轧制和成形方法在连续弯曲操作中产生开式或闭式单轴曲线。
卷边。这涉及到滚动金属形状的边缘，以提供更平滑，更强的边缘。折边可以打开，在弯曲处留下一个空间，也可以关闭，折叠的金属紧紧地压在自己身上。卷边产生一个圆的边缘，一块金属，也称为桶边。这可以用来简单地消除尖锐的边缘或服务于一个特定的操作功能，如在门铰链的情况下，它持有销，铰链旋转围绕。
| 《钣金简史 |
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金属薄片已经使用了几千年，据报道，它曾出现在古埃及的珠宝中。在金属制造还是一种昂贵的手工工艺时，它是中世纪盔甲的支柱。在工业革命时期，钣金加工出现了大爆发。今天，它存在于我们的汽车和家用电器中，几乎可以在家庭或办公室的任何房间中找到，它包裹着计算机硬件，并通过飞机、火箭和卫星在世界各地旅行。 经过几个世纪的锤形成型，第一台轧钢机于公元16年出现th用了一个世纪的时间来生产金属板材，至少有一次使用了源自列奥纳多·达·芬奇的设计。17th这个世纪见证了钣金制造业的工业化，在英国建立了第一家冷轧厂。18世纪的工业革命th世纪见证了流水线生产、冲压制动器和液压机的出现。在19th在上个世纪，铝被引入，贝西麦转炉允许大规模生产钢，蒸汽锤也被引入。影响钣金生产和使用的发展在20世纪继续以不断增长的速度th和21圣几个世纪以来制造的金属薄板如今已成为价值数百亿美元的产业。 |
有哪些类型的钣金?
各种金属和金属合金可以成形成薄板，并用于制造薄板金属零件。的选择的材料取决于应用的要求，材料选择的因素包括成形性、可焊性、耐腐蚀性、强度、重量和成本。流行的钣金材料包括:
不锈钢。在钣金制造中使用了两种不锈钢-标准和弹簧-类。
- 标准的不锈钢可以是非磁性的——300系列钢中的任何一种——是最常用的一种不锈钢。它在制造过程中不需要热工或其他压力缓解。316级是不锈钢等级中最耐腐蚀的，在高温下保持其强度。304级是应用最广泛的，虽然它的耐腐蚀性稍差，但提供了良好的成形性和焊接性。
- 标准型磁性不锈钢用于钣金加工的是400系列。410级提供较低的耐腐蚀性，但可热处理。430级是其他不锈钢的廉价替代品，可用于对耐腐蚀性能要求不高的应用场合，如刷漆家电表面。因为这些材料趋向于弹性变形，而不是塑性变形，它们必须过度弯曲才能达到最终的形状。
- 弹簧状钢工件会很快变硬，成型时必须加热以减轻应力。等级包括301、17-4、1095和1075。像弹簧一样的不锈钢通常需要专门的设备和工艺，并且必须明显地过度弯曲以达到最终的形状。
冷轧钢材(CRS)。冷轧钢的工艺是用来使热轧钢的光洁度变得平滑，以及在成形时保持更紧的公差。CRS有1008和1018合金可供选择。
使用钢。这种金属薄板材料是热镀锌钢或镀锌钢，镀锌后再退火。
铝。作为一种价格适中的材料，铝具有跨越几个等级的一系列特性，以满足应用要求。1100级提供相对较低的强度，但耐化学和耐候性，可焊接和延展性，允许拉深。3003级更强，可成形，可焊接，耐腐蚀，价格合理。5052级明显更强，同时仍然可成形，可焊接，耐腐蚀。6061级是一种结构合金，耐腐蚀，强度高，但不成形。它是可焊接的，尽管它在焊接时牺牲了一些强度。
铜/铜．想要“红色”金属的设计师和工程师通常会选择电解韧度(ETP)铜，C110或C101。在不太频繁的情况下，铜弹被用作替代。
钣金制造的设计考虑?
钣金加工是一个非加、非减的过程。它从平面材料开始，根据定义，在整个零件中保持恒定的材料厚度。在某些情况下，可以通过焊接多个金属薄板来选择性地加厚一个零件的区域，但这是一种昂贵和不常见的做法。
钣金设计有自己的标准，不同于其他生产工艺。在设计的早期阶段，对零件的特性和功能了解得越多，可制造设计就能越早完成。然而，如果一个设计有问题，制造供应商应该能够指出这些问题，并提出解决它们的方法。在某些情况下，供应商甚至可能拥有设计分析软件，可以快速突出设计改进的问题。一些设计考虑:
- 钣金制造是最经济的配置，当它使用“通用”工具，而不是部分特定的工具。如果单个部件变得过于复杂，可以考虑用通用工具将部件焊接或铆接在一起。
- 因为弯曲拉伸金属，特征必须远离弯曲，以避免变形。一个有用的惯例是4t - 4倍的材料厚度。
- 折弯机通过线性冲床将金属板材压入模具，从而产生弯曲，因此设计不允许产生封闭的几何形状。
- 钣金公差远比加工或3D打印公差慷慨。影响公差的因素包括材料厚度、使用的机器和零件生产中的步骤数。供应商通常会提供详细的公差信息。
- 弯曲半径均匀，如0.030 in。(行业标准)应在单个部件上使用，以减少机器设置的数量，并加快生产。
- 在可能的情况下，保持从弯曲到边缘的标准距离为材料厚度的四倍。这将消除需要去除多余的材料，以使弯曲。
- 焊接薄材料会导致开裂或翘曲。其他组装方法更可取。
- 当使用PEM硬件时，总是考虑制造商对安装位置和材料厚度的最低要求。
如何完成钣金件?
由于不同的原因，钣金可以用几种方法完成。有些饰面可以保护脆弱的材料不生锈或腐蚀，还有一些则是出于美观的考虑。在某些情况下，结束可以达到两种目的。有些处理只是简单地改变金属表面本身;另一些则由另一种材料或工艺组成，应用到金属上。完成治疗方法包括:
- 喷砂，它包括向金属喷射磨料以使表面粗糙和清洁。喷砂通常用于不锈钢和碳钢上，通常是涂装前去除杂质和提高附着力的初步步骤。
- 刷牙在功能上类似于喷砂，但使用研磨刷来清洁和划伤金属表面。它可以作为铝和不锈钢等材料的最终表面处理，通常用作电器表面处理。
- 抛光产生光滑的表面，并用于金属如不锈钢，铝和铜。它可以作为最后的表面处理，也可以作为其他表面处理(如电镀)的准备。由于它不能增强附着力，所以一般不适用于要涂漆的金属。
- 粉末涂料静电将干粉(通常是热塑性或热固性聚合物)涂在金属表面，然后加热固化。这种工艺的结果是表面比传统油漆更耐用，但可能没有油漆的美学品质。
- 电镀可进行电解或化学处理，用于各种用途。它可以抑制腐蚀，提高可焊性，硬化表面，防止磨损，减少摩擦，或帮助油漆附着力。钣金电镀工艺包括:
- 钝化这是一种清洗过程，通过去除材料表面的游离铁来防止不锈钢的腐蚀
- 铬酸盐涂层，一种用于铝上防止腐蚀的导电涂层。
- 阳极氧化，一种用于铝和其他有色金属的电化学过程，提供绝缘和防止腐蚀
- 锌钢的一种自我牺牲的防腐蚀涂层(通过镀锌或镀锌)，通常与锌表面的铬酸盐涂层结合在一起
- 镍通常是一种装饰性的涂层，可以作为不能附着在特定金属上的电镀过程的基材
- 锡，一种可焊的导电涂层
关于选择钣金加工的最后思考?
决定在应用程序中使用(或仅仅考虑使用)金属片是过程的第一步。当然，这个过程始于功能，而功能又决定了设计。选择材料和规格是至关重要的步骤，涉及到平衡强度、重量和成本等因素。这不是一个简单的过程，但它可以通过使用CAD模型和有限元分析(FEA)工具简化。然而，真正的考验是原型设计。
虽然今天的工程工具很强大，但只有当你看到并处理一个部件时，才能知道设计是否符合预期。它够结实吗?光线足够了吗?它看起来、感觉和平衡的方式应该是吗?它会影响到其他部件吗?即使是相对简单的组件，也可以在使用数百或数千个部件之前进行真实世界的试用。在某些情况下，可能需要几次原型迭代才能得到正确的钣金零件，在这种情况下，零件的生产和测试速度成为影响上市速度的主要因素。
但是，即使设计已经完成、制作原型并进行测试，将小批量的原型变成小批量的、最终使用的生产部件也有很多选择。同一零件通常可以用几种不同的方法以不同的成本生产。如果所有的金属商店都提供相同的功能范围，选择就很容易了。不幸的是，他们没有，所以从多个供应商寻求报价是有意义的，因为每个供应商都将带来自己的专业知识和能力。
| 钣金的常见应用 |
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金属薄板是当今世界上用途最广泛的材料和工艺之一。设计师和工程师开发小到垫圈大到整个屋顶的部件。它出现在商品产品和高度专业化的一种应用。利用钣金可能性的产品:
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