钣金制造设计

材料的探索, 生产流程, 设计注意事项, 以及钣金原型和小批量生产部件的整理选项

钣金是制造业中用途最广泛的材料之一. 它由钢、铝、黄铜、铜、锡、镍、钛或贵金属制成. 它的厚度从纤细的叶子到轻箔到厚板不等. 它采取各种形式:平面,压花,蚀刻,罗纹,波纹,穿孔. 它的应用扩展到包括交通运输在内的许多不同行业, 航空航天, 设备制造, 消费电子产品, 工业家具, 机械, 和更多的.

为什么金属板?

取决于应用程序, 钣金提供优势, 不仅仅是非金属替代品,也包括其他类型的金属制造. 与机械加工相比,一般材料成本要低得多.

而不是从一块材料开始, 其中大部分将被机械加工掉, 金属片可以让你买你需要的东西,用你需要的东西. 金属片的剩余部分仍然可用, 而切削时去除的刨花必须回收.

和许多现代制造技术一样, 金属板制造 可以自动化并直接从CAD模型生产零件吗. 该技术使用多种材料和一系列工艺来成型成品部件和产品. 也许最重要的是,在一个大规模生产的世界里, 金属板 制造是高度可伸缩的. 而设置为第一件可能是昂贵的, 随着数量的增加,每件产品的价格迅速下降. 这是, 当然, 许多过程都是如此, 但与切削加工等减法工艺相比,金属板材的每件成本下降幅度通常更大.

金属板材是如何被使用的?

钣金切割, 印, 穿孔, 剪, 形成, 弯曲, 焊接, 滚, 铆接, 钻, 利用, 和加工. 硬件可以插入钣金组件. 组件可以刷, 镀, 阳极氧化膜, 粉末涂层, 喷漆, 丝绸放映, 或其他标志. 当然,部件可以用铆钉、螺丝或焊接成复杂的组件.

与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. 充分利用金属板材, 至关重要的是,您要为您的部件及其应用利用正确的供应商和制造方法. 沿着这些思路,本白皮书探讨了钣金制造的关键部件:

  • 材料
  • 生产流程
  • 设计注意事项
  • 完成选择

钣金制造技术

金属片,根据定义,一开始是平的,但是 有很多不同的塑造方式吗 以满足许多不同的要求. 而本文的重点是通过沿单轴弯曲成形金属板材的技术, 有多种技术可以将材料塑成多轴形式,而不是由平面组成或沿单个轴弯曲. 这些包括拉深、液压成形、旋压和冲压的冷热成形技术. 这就是制造现代汽车车身面板的过程, 形状复杂的物体,比如金属水槽, 铝饮料罐. 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逐步改变金属的形状.

这里讨论的冷成形工艺有:

切割

  • 剪切 长时间是切割钢板的主要方式,但现在被更快的方式取代了吗, 更精确的方法.
  • A 冲床 可用于冲压和模组切割金属. 这是特别有效的切割相对简单的部分比用激光或水射流切割. 因为它每分钟能划几百下, 冲床可以快速地制造出合适的零件. 冲孔也可以用来在零件上打孔或其它切割. 结合冲床和激光切割允许创建一个复杂的平面图案与尺寸有限的冲压特征.
  • 数控激光切割 在氧气喷射下工作, 氮, 氦, 或者用二氧化碳烧掉金属,产生一种清洁, 完成的边缘. 这一过程的速度因金属的厚度而异, 但是切割是很复杂的, 公差为+/- 0.005 in. 或者更好的,是非常精确的. 而且因为没有接触,工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. 光纤激光器用于更薄和更反光的材料,以提供精确的切割. 此外,公司2 激光更强大,适合较厚的仪表.
  • 光化加工 是一种受控的蚀刻过程,使用cad生成的模板留下一个图案,通过化学激活去除不需要的金属.

弯曲. 大多数金属可以用各种压力机沿直线弯曲. 弯道的形状可以是平缓的曲线, 就像钢罐的垂直轴, 在上面的角上的尖角, 下面, 或者在90度. 冲床制动器被用来制造这些相对尖锐的弯曲. 轧制和成形方法在连续的弯曲操作中产生开或闭的单轴曲线.

卷边. 这涉及到滚动金属形状的边缘,以提供更平滑、更坚固的边缘. 折边可以打开, 在弯道内留下空气空间, 或关闭, 其中折叠的金属被紧压在自身上. 卷边在金属上产生一个圆形的边缘,也称为桶边. 这可以用来简单地消除锋利的边缘或云顶集团游戏app于一个特定的操作功能,如在一个门铰链的情况下,它持有的销铰链旋转.

 

薄板金属简史“,

金属片已经使用了数千年,据报道,古埃及珠宝中就出现了金属片. 它是中世纪盔甲的支柱,当时制造金属还需要昂贵的手工工艺. 工业革命时期开始出现了大量的钣金制品. 今天,它存在于云顶集团App下载的汽车和电器中, 在家里或办公室的任何房间都能找到吗, 它包含计算机硬件, 它乘坐飞机环游世界,乘坐火箭和卫星穿越太空.

经过几个世纪的锤锻,第一个轧钢机出现在16世纪th 世纪来生产钣金坯料, 至少有一个案例使用了列奥纳多·达·芬奇的设计. 17th 世纪见证了钣金制造业的工业化,并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、折弯机和液压机的出现. 在19th 世纪, 介绍了铝, 贝塞麦转炉允许大量生产钢铁, 蒸汽锤也被引进. 影响钣金生产和使用的事态发展一直以不断增长的速度持续到20世纪th 和21st 几个世纪的金属薄板制造,如今已成为价值数百亿美元的产业.


激光切割钣金机

数控激光切割燃烧掉的板材,以产生一个干净的,完成的边缘.

钣金冲床

一个冲床, 对于用激光或水射流切割的相对简单的部分是否特别有效.

机器压弯钣金件

用不同的压力机,大多数金属都可以沿直线弯曲.

什么类型的钣金有?

各种金属和金属合金可以制成薄板,并用于制造薄板金属零件. 的 选择的材料 这取决于应用程序的需求, 材料选择的因素包括可成形性, 可焊性, 耐蚀性, 强度, 重量, 和成本. 流行的钣金材料包括:

不锈钢金属板不锈钢. 不锈钢有两种系列,一种是标准不锈钢,一种是弹簧不锈钢.

  • 标准的不锈钢 300系列的任何一种钢都可以是无磁性的吗?最常用的是哪种不锈钢. 它在制造过程中不需要热加工或其他应力消除. 316级是最耐腐蚀的不锈钢等级,并在高温下保持其强度. 304级是使用最广泛的, 但它的耐腐蚀性较差, 具有良好的成形性和焊接性.
  • 标准型磁性不锈钢 对于钣金制造是400系列. 410级的耐腐蚀性较低,但可热处理. 430级是一种廉价的替代其他不锈钢的选择,并用于腐蚀性不是主要要求的应用,如刷饰器具表面. 因为这些材料倾向于弹性变形,而不是塑性变形, 它们必须过度弯曲才能形成最终的形状.
  • 弹簧状钢 工件会很快变硬吗?成型时必须加热以减轻压力吗. 301、17-4、1095、1075. 弹簧状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才能达到最终的形状.
预镀金属板与弯曲

冷轧钢材(CRS). 采用冷轧钢工艺是为了使热轧钢表面光洁度更光滑,同时在成形时保持更大的公差. CRS可用于1008和1018合金.

带弯管的冷轧镀锌钢板

使用钢. 这种金属板材既可以是热镀锌钢,也可以是镀锌钢, 哪一种是镀锌然后退火的.


铝板带弯管铝. 
一种价格适中的材料, 铝有一系列跨越几个等级的特性,以满足应用要求. 1100级强度相对较低,但具有耐化学和耐候性, 可焊接,延展性好, 使拉深. 3003级更坚固,可成型,可焊接,耐腐蚀,价格实惠. 5052级明显更强,同时仍然可成型,可焊接,耐腐蚀. 6061级是一种结构合金,耐腐蚀,强度高,但不能成形. 它是可焊的,尽管在焊接时它牺牲了一些强度.


铜和黄铜板金属弯曲铜/铜
. 想要一种“红色”金属的设计师和工程师通常会选择电解硬沥青(ETP)铜, C110或C101. 在不常见的情况下,弹壳黄铜被用作替代.

在钣金加工过程中,工程师用卡尺测量弯曲精度
弯曲精度的卡尺测量是整个钣金质量控制过程的一部分.

钣金制造的设计考虑?

钣金制造是一种非加成、非减法的工艺. 它从平面材料开始, 通过定义, 在整个零件中保持恒定的材料厚度. 在某些情况下, 通过将多个金属片焊接在一起,可以使零件的区域选择性增厚, 但这是一种代价高昂且不常见的做法.

钣金制造设计 有自己的标准,不同于那些其他的生产过程. 在设计的早期阶段,对部件的特性和功能了解得越多, 可制造的设计就会越早完成. If, 然而,一个设计有问题的特点, 制造供应商应该能够指出这些问题,并提出解决方法. 在某些情况下, 供应商甚至可能有设计分析软件,可以快速突出问题,以改进设计. 一些设计考虑:

  • 钣金制造是最经济的,当它使用配置的“通用”工具,而不是部分特定的工具. 如果一个部分变得太复杂, 考虑焊接或铆接可以用通用工具制造的部件.
  • 由于弯管拉伸金属,特征必须远离弯管以避免变形. 一个有用的惯例是4t - 4倍的材料厚度.
  • 折弯机通过用线性冲头将金属板压入模具中产生弯曲, 所以设计不允许创造封闭的几何图形.
  • 钣金公差远比机械加工或3D打印公差慷慨. 影响公差的因素包括材料厚度, 机器使用, 零件生产的步骤数. 供应商通常会提供公差的详细信息.
  • 均匀的弯曲半径,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,加速生产.
  • 在可能的情况下,保持从弯曲到边缘四倍于材料厚度的标准距离. 这将消除需要去除多余的材料,以使弯曲.
  • 焊接薄材料可能导致开裂或翘曲. 最好采用其他组装方法.
  • 使用PEM硬件时, 始终考虑制造商对安装位置和材料厚度的最低要求.
钣金涂装工艺有几种方式:粉末涂料或常规涂料
钣金有几种加工方法, 包括粉末涂料, 正如云顶集团App下载所见, 这使得表面比传统的油漆更耐用, 我觉得它可能缺乏绘画的美感.

如何完成钣金件?

钣金可以通过几种方式和不同的原因完成. 有些饰面可以保护易受伤害的材料免受锈蚀或腐蚀,还有一些是出于美观的考虑而应用的. 在某些情况下,完成这两个目的. Some treatments are simply alterations to the metal surface itself; others consist of another material or process that is applied to the metal. 完成治疗方法包括:

  • 喷砂,它包括喷射磨料射流金属粗糙和清洁表面. 喷砂通常用于不锈钢和碳钢,通常作为涂装前的第一步,以去除杂质和提高附着力.
  • 刷牙 功能是否与喷砂相似, 但要用研磨刷清洁金属表面并在其上划痕. 它可以作为铝和不锈钢等材料的最终表面处理,通常用于家电表面处理.
  • 抛光 产生光滑的表面,用于金属,如不锈钢,铝和铜. 它可以作为最后的表面处理或作为其他表面处理过程的准备,如电镀. 一般不适合涂漆的金属,因为它不能增强附着力.
  • 粉末涂料 静电法是将干粉(通常是热塑性塑料或热固性聚合物)应用于金属表面,然后加热固化. 这个过程的结果是表面比传统的油漆更耐用,但可能没有油漆的审美品质.
  • 电镀 可以用电解法或化学法进行各种用途吗. 它能抑制腐蚀, 提高可焊性, 变硬的表面, 防止磨损, 减少摩擦, 或辅助油漆附着力. 钣金电镀工艺包括:
    • 钝化, 通过去除不锈钢表面的游离铁来防止不锈钢腐蚀的一种清洁工艺
    • 铬酸盐涂层一种用于铝上的导电涂层,以防止腐蚀.
    • 阳极氧化, 一种电化学方法,用于铝和其他有色金属,提供绝缘和防止腐蚀
    • , 一种自我牺牲的防腐蚀涂层(通过镀锌或镀锌应用),通常与锌表面的铬酸盐涂层结合在一起
    • , 通常是一种化妆品涂层,可以作为电镀工艺的基板,不能附着在给定的金属上
    • ,可焊接,导电涂层
技术人员使用钣金机压机

最后关于选择钣金加工的思考?

决定在应用程序中使用或仅仅考虑金属薄板是过程中的第一步. 当然,这个过程从功能开始,而功能又决定了设计. 选择材料和量规是涉及平衡强度等因素的关键步骤, 重量, 和成本. 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)工具来实现流线型. 然而,真正的考验在于原型设计.

而今天的工程工具是强大的, 只有当您能够看到并处理某个部分时,才能知道设计是否符合预期. 够浓吗?? 足够轻? 它的外观、感觉和平衡是否合理? 它会影响其他组件吗? 即使是相对简单的组件,在交付成百上千个部件之前,也可以通过真实世界的试验获得好处. 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部分, 在这种情况下,零件生产和测试的速度将成为市场速度的主要因素.

但即使设计完成之后, 原型, 和测试, 将少量原型转化为少量原型的方法有很多, 最终用途生产零件. 同一个零件通常可以用几种不同的方法以不同的成本生产出来. 如果所有的金属车间都提供相同的功能范围,那么选择就很容易了. 不幸的是他们不, 因此,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.

钣金的常用应用

钣金是当今世界上最通用的材料和工艺之一. 设计师和工程师开发的部件小到垫圈大到整个屋顶. 它出现在商品产品和高度专业化的独一无二的应用中. 利用钣金的可能性的产品:

  • 汽车零部件
  • 冰箱、冰柜和其他家用电器
  • 飞机零部件
  • 底盘
  • 括号
  • 金属水槽
  • 电器附件
  • 橱柜
  • 汇流
  • 挂载