钣金加工是一种对薄板状的金属施力而使之变形从而制作出立体形状的加工技术。钣金加工的加工方法大致分为手工钣金和机械钣金，手工钣金是用锤子等工具，手工对金属板施力而成形，机械钣金是将材料夹在模具之间，施加液压等机械力来成形。这次，我们将介绍设计人员应该知道的钣金加工基础知识，将工业产品中常用的一种加工方法即机械钣金称为“钣金加工”，将钣金加工制成的零件称为“钣金件”。
钣金加工的要点
在钣金加工中，以各种方法对板状金属施力，以形成目标形状，其原理与金属材料的特性有关。当对金属材料施加载荷时，材料会改变组成原子之间的距离，并在产生应变的同时变形。此时，从一开始金属试图恢复到原始状态的力（内力）就发挥作用，所以当载荷较小时，如果去掉载荷，金属会恢复原状（弹性变形）。当连续对金属施加载荷而超过某一点（屈服点）时，金属则无法复原（塑性变形）。如果继续施加负荷，就会不堪重负而断裂。在钣金加工中，重要的是要有边调整边加工的技术，以便通过塑性变形获得目标形状。
钣金加工的工序
钣金加工至出厂为止大致有8道工序。让我们具体看看各工序。
1. 展开/编程
设计图纸多使用3D CAD绘制，而钣金加工必须从一张板材进行加工，因此需要使用CAD、专用软件“展开”成加工前的一张板的状态的工序。一旦展开图纸，就进行“排版”，也就是对零件进行排版，以便能够高效地从标准尺寸的材料中获取零件，而不造成浪费，与此同时编制加工程序。
展开前后的图
排版
2. 冲裁/切割
在也被称为落料的裁切金属板的外周、内孔等的工序中，主要使用激光切割机和转塔冲床这两种加工设备进行加工。大致区分一下，激光加工机擅长外周和大孔的高速切割，转塔冲床还有能够处理大量的孔和成形加工等特点。还有一种“激光冲床复合机”，它同时实现了上述两者的优点，而且每个钣金厂所拥有的设备都不一样，所以在订货时，最好根据加工厂的设备来分类加工。
3. 去毛刺
无论前道工序采用哪种加工方式，都会在一定程度上产生激光切割毛刺（熔渣）、冲床剪切毛刺、飞边等。去除这些的就是去毛刺工序。 可以使用手动角磨机或锉刀手动完成，也可以使用旋转大砂纸的去毛刺机进行加工。
在钣金加工的去毛刺中，很难像切削加工那样进行C0.2、R0.2等精细的尺寸管理。在这方面，“没有毛刺”这样的图纸指示是模棱两可的，但若指示“希望去除毛刺至不会割伤手的程度”，似乎是有效的。下订单时，最好针对毛刺的允许范围与加工厂达成共识。
4. 折弯
机械钣金的一般折弯加工是将模具安装到称为弯板机的设备上，并对切割后的板材施加压力，使其以一定角度线性弯曲。在弯板机中，上摸（凸模）装在设备的上部，下模（凹模）装在下部，设备的上部上下移动来折弯金属板，但折弯得到的角度因材料批次和轧制方向而异，因此每次都需要进行微调，加工困难。 但是，它可以说是钣金加工中最重要的工序之一，因为在后续工序中焊接加工的难易程度和美观度会因折弯工序的精度而发生很大的变化。 此外，“弯板机”有时也称为“折弯机”、“弯曲机”等，它们都是指同一种设备。
5. 焊接
焊接加工是通过加热使金属熔融后冷却来接合金属的工艺，在钣金加工中主要使用TIG焊和激光焊。使用钨电极的 TIG 焊接有时也被称为“氩弧焊”，因为使用氩气作为保护气体。
TIG焊接可以通过在熔融部添加填充棒来进行堆焊，但另一方面，由于向材料输入大量热量，因此容易发生变形。加工结果在很大程度上取决于工匠的技能。激光焊接是一种可以抑制热应变的加工方法，具有加工工艺容易标准化的优点，但由于是以母材焊接为基础，对于有堆焊要求的零件，很难使用这种方法，需要改变加工方法。
6. 精加工(含表面处理)
钣金加工的精加工工序有去除焊接产生的热应变，用磨床削掉堆焊凸起的部位，用电解抛光去除焊接产生的烧伤以及表面抛光处理（研磨、抛光）等。
7. 组装
这是将多个零件组合在一起并主要使用螺栓、螺母和铆钉等紧固零件进行组装的工序。多用于不要求焊接强度或在稍后需要进行分拆作业的部位。组装工作也称为“装配”，涵盖了广泛的工作和工序，从零件的小型组装到中型单元以及整个机器、设备的最终装配。在钣金加工行业，一些企业将上述焊接组装工艺称为“组装”（焊接组装）。
8. 检查
在钣金加工品的出厂前检查中，通常对尺寸和外观都是目视检查。在尺寸检查中，我们主要使用卡尺、刻度尺、角度仪等，通过图纸与成品的对比来检查尺寸、孔位、精度是否有错误。在外观检查中，我们会目视检查产品是否有划痕和毛刺。一些工厂使用图像测量仪或三坐标测量仪进行检查。
钣金加工所使用的加工设备的种类
钣金加工中如上所述，在各工序中使用各种设备。这里将介绍钣金加工所使用的主要加工设备。
• 激光切割机
激光切割机是用高功率激光照射金属材料，使之局部熔融，用气体吹掉熔化的金属，然后进行切割的加工设备，擅长切割周长较长的外周、腰形孔等高速加工。另一方面，如果板的孔数较多，则开通孔（穿孔）的次数会增加，因此加工需要时间，但近年来因激光设备的高功率化，使得包括开孔加工在内的高速加工成为可能。但是不能进行螺纹孔、去毛边等成形加工。
• 转塔冲床
转塔冲床是一种将许多小模具安装在名为转塔的模具支架上以高速压制冲裁金属的加工设备。由于一次冲压开一个孔，因此适用于多孔零件的高速加工，并且可以进行攻丝、去毛刺、开沉孔和百叶窗加工等成形加工。另一方面，要冲裁出外周和腰形孔需要很多次冲孔，加工需要很多时间。
• 激光冲床复合机
这是同时配备有上述两种加工设备的复合机。冲裁和成形加工在一道工序中进行，例如用激光加工费时的外周和大孔，用冲床实施开孔和成形加工。由于不需要为每道工序更换设备，因此因换装而导致工件错位的机会较少。
• 去毛刺机
过去，钣金厂一般是用手动角磨机或锉刀手工去毛刺的，但近年来，越来越多的工厂引进了去毛刺机。去毛刺机使工件吸附在传送带上，旋转安装有砂纸的刷子，均匀地去除毛刺。
• 弯板机
在弯板机中，上摸（凸模）装在设备的上部，下模（凹模）装在下部，移动设备的上部并向下施加压力来折弯金属板。根据施加压力的方式，有机械式、液压式、伺服电机+滚珠丝杠式等，但现在常见的是可以通过NC调整压力大小的机型。 近年来，后挡规（撞块）按照程序自动移动的机型得以普及，在要求折弯精度的工厂中发挥着作用。可加工材料的材质、板厚、长度等由最大压力（吨数）和可加工长度决定。
• 激光焊接机
激光焊接是一种因熔深细而深、热影响层较小因此不易发生热应变的焊接方法。 在激光焊接中，最先普及的是“YAG激光”，作为抑制变形、保持美观的焊接方法而广为人知。2015年左右出现的“光纤激光焊接机”，因解决了YAG激光所存在的强度不足问题，实现低应变、高强度的焊接而迅速普及。激光焊接的最大优点在于即使是薄板也不易发生变形，是连不熟练的人也能实现TIG焊接中只有熟练工匠才能进行的加工和超薄板加工的加工方法。随着未来设备变得更轻，如果对薄板的使用增加，估计激光焊接将作为一般加工方法变得更加普遍。
• TIG焊接机
TIG焊是一种利用电的电弧焊，是目前机械钣金领域最常用的焊接方法。不活泼气体多使用氩气，有时也称为“氩弧焊”。TIG焊是对电极施加高压电，使金属熔融而接合，因此具有优良的气密性和水密性，焊接强度高。 另一方面，由于输入到金属的热量大，在熔池周围传热的热影响区的范围很大，从而导致产品的应变较大。尽可能抑制这种应变的焊接技术和消除所产生的应变的技术都是极难的，TIG焊被称为“匠人技艺”。
钣金加工所使用的材料和表面处理
钣金加工所使用的材料有不锈钢、碳钢（SPCC、SECC）、铝合金等种类。板厚也因材料而异，为t0.1～22mm。请考虑产品的用途、加工特性来选择。
钣金加工的优点和缺点
钣金加工的最大优点是适合小批量、多品种的生产。冲压加工是塑性加工的代表性加工方法，适用于制造许多相同形状的零件的批量生产，但由于需要为每个产品制造模具，因此除非进行大量生产，否则产品价格会很高。
在这方面，钣金加工在“冲裁”、“折弯”和“焊接”等所有工序中都使用通用设备，并且在折弯加工中也使用通用模具。因此除了能够应对小批量、多品种制造外，还可以灵活应对设计变更。另外，能够通过“冲裁”、“折弯”和“焊接”的组合从一张板中制作出形状复杂的产品也是其一大优点。
另一方面，其缺点是零件是一个一个加工的，因此如果制作大量相同的零件，就需要很多时间来生产。尤其是焊接等，还有很大一部分是靠匠人技艺，不是每个人都能加工的，所以不适合量产。
钣金加工的降低成本的方法
下面介绍一下四种用于在钣金加工中降低成本的方法。
• 根据加工制造商的擅长领域订购
虽然都叫“钣金加工制造商”，但每个公司的设备也各式各样。有可能仅根据加工设备的特性下单就可以降低成本。例如，如上所述，激光切割机擅长全周和腰形孔的高速加工，转塔冲床擅长大量的孔加工和成形加工。如果您向主要用激光切割机加工落料工序的制造商订购以孔加工和成形为中心的产品，则加工成本会增加，如果向主要使用转塔冲床的加工商订购大尺寸的外周切割，加工成本也往往会增加。只需了解加工制造商的擅长领域来下单，就很有可能降低成本。
• 减少焊接，能折弯的地方折弯
如“TIG焊接”一节所述，小批量、多品种的焊接很多地方都必须依靠工匠的熟练技术，加工成本往往较高。例如，当两张板90度对齐时，如果可以折弯，则折弯加工的单价往往会更低。 建议根据折弯加工的特性（材料、与模具等的干涉等）进行选择。除了折弯加工外，铆接也能降低成本，但需要在图纸中设定为全部无焊接。
• 重新审视去毛刺的要求
在图纸中明确标注“全周无毛刺”的要求，而加工厂家在去毛刺上也花费了相当多的设备和人工成本。通过将去毛刺要求缩小到真正需要的部分，工厂有可能减少去毛刺的人工成本。另外，不是胡乱地要求高精度，而是针对加工方实际能达到多少精度、订货方对去毛刺质量的容忍度如何等进行讨论，由此可能会找到降低成本的途径。
• 重新审视堆焊的必要性
在方形接头焊接等中，通常会要求堆焊以确保强度，但激光焊接可以轻松实现薄板的低应变焊接，却不擅长堆焊。近年来，即使是光纤激光焊接等母材焊接也能确保足够强度的加工方法普及起来，因此可以通过考虑转换加工方法来降低成本，而不是为了确保强度而坚持堆焊。
总结
钣金加工是一种可以灵活处理小批量、多品种加工的加工技术，但由于仍有许多部分需要依靠工匠的直觉，因此可以说是一个较难的加工领域。 此外，制造成本会因加工设备和加工方法的选择而变化，所以一定要了解钣金加工的特点，才能有效地进行设计。
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