金工实习钣金加工工艺设计附具体实例

金工实习—钣金加工

1 钣金加工简介

1.1钣金介绍

钣金至今为止尚未有一个比较完整的定义，根据国外某专业期刊上的一则定义可以将其定义为：钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致，其中包括钢板、镀锌（锡）钢板、高力钢板、烤漆钢板、铝板、铜板及不锈钢板等。

钣金的应用围非常广泛，包括办公家具、运动器材、厨具、箱柜、计算机机壳、电器产品、车辆、飞机、船舶、钢建筑及工作母机外壳等。

1.2钣金加工工艺

钣金作业是利用手工工具或机器，将金属塑性变形加工成所需的形状及大小，并配合机械式结合（如铆钉、螺栓、胀缩、压接及接缝等）或冶金式结合（如气焊、铜焊、手工电焊、CO2焊接及氩弧焊等）的方式，将其连接组合成一体的金属加工方法。

按钣金件的基本加工方式分类，主要有下料、折弯、拉伸、成型、焊接。

对于任何一个钣金件来说,它都有一定的加工过程,也就是所谓的工艺流程.不同结构的钣金件,工艺流程可能也各不相同,一般钣金件按以下流程：

绘制展开图下料

2 钣金工程识图基本知识

2.1机械制图简介

钣金加工工程图也属于机械制图的畴，机械制图是用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科。图样由图形、符号、文字和数字等组成，是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件，常被称为工程界的语言。

在机械制图标准中规定的项目有：图纸幅面及格式、比例、字体和图线等。在图纸幅面及格式中规定了图纸标准幅面的大小和图纸中图框的相应尺寸。比例是指图样中的尺寸长度与机件实际尺寸的比例，除允许用1:1的比例绘图外，只允许用标准中规定的缩小比例和放大比例绘图。在中国，规定汉字必须按长仿宋体书写，字母和数字按规定的结构书写。图线规定有八种规格，如用于绘制可见轮廓线的粗实线、用于绘制不可见轮廓线的虚线、用于绘制轴线和对称中心线的细点划线、用于绘制尺寸线和剖面线的细实线等。

机械图样主要有零件图和装配图，零件图表达零件的形状、大小以及制造和检验零件的技术要求；装配图表达机械中所属各零件与部件间的装配关系和工作原理；表达零件结构形状的图形，常用的有视图、剖视图和剖面图等。

视图是按正投影法即零件向投影面投影得到的图形。按投影方向和相应投影面的位置不同，视图分为主视图、俯视图和左视图等。视图主要用于表达机件的外部形状。图中看不见的轮廓线用虚线表示。零件向投影面投影时，观察者、机件与投影面三者间有两种相对位置。机件位于投影面与观察者之间时称为第一角投影法。投影面位于机件与观察者之间时称为第三角投影法。两种投影法都能同样完善地表达机件的形状。中国国家标准规定采用第一角投影法。

2.2三视图简介

三视图是观测者从三个不同位置观察同一个空间几何体而画出的图形。

将人的视线规定为平行投影线，然后正对着物体看过去，将所见物体的轮廓用正投影法绘制出来该图形称为视图。一个物体有六个视图：从物体的前面向后面投射所得的视图称主视图——能反映物体的前面形状，从物体的上面向下面投射所得的视图称俯视图——能反映物体的上面形状，从物体的左面向右面投射所得的视图称左视图——能反映物体的左面形状，还有其它三个视图不是很常用。三视图就是主视图、俯视图、左视图的总称。

一个视图只能反映物体的一个方位的形状，不能完整反映物体的结构形状。三视图是从三个不同方向对同一个物体进行投射的结果，另外还有如剖面图、半剖面图等做为辅助，基本能完整的表达物体的结构。

三视图的投影规则是：

主视、俯视长对正

主视、左视高平齐

左视、俯视宽相等

2.3识图方法

拿到一三视图，如何看懂它的空间形状呢？这是一个由平面到空间的过程，钣金图纸相对来说是比较简单的，这里介绍一种看图的基本方法—-形体分析法。所谓形体分析法，就是分析物体是由哪些基本形状组合而成的，逐一找出每个基本形体的投影，想清楚它们的空间形状，再根据基本形体的组合方式和各形体之间的相对位置，相像出整体的空间形状。

三视图是采用正投影原理画出来的，每一个视图只能表达物体的一个方向的形状，而不能反映物体的全部，所以看图的时候必须几个视图联系起来看。对于一些形状比较复杂

的物体，只采用三个视图都还不能清楚的表达出物体的形状，这就需要借助其它面的投影视图：右视图、仰视图、后视图，及辅助视图：如剖视图、剖面图、局部放大图等。

2.4第三角投影法简介

三视图有两种画法：第三角投影法和第一角投影法，这两种投影法均符合ISO国际标准。目前，中国、德国等国家采用第一角投影法，美国、日本等国家

则采用第三角投影法，在实际生产过程中我们也经常会见到第三视角

的图纸。

两种投影法的不同之处：

第一角投影法是将物体放在投影面与观察者之间

第三角投影法是将投影面放在物体与观察者之间

所以两种投影法所得的视图，在表示物体前后位置关系上是相反的：

第一角视图：左视图放右边，右视图放左边，俯视图放下面，依此类推；

第三角视图：左视图放左边，右视图放右边，俯视图放上面，依此类推；

在国际标准中，为区别两种画法，规定了两种画法的标记符号，如右图。

3 钣金展开计算

3.1展开计算原理：

板料在弯曲过程中外层受到拉应力，层受到压应力，从拉到压之间有一既不受拉力又不受压力的过渡层---中性层，中性层在弯曲过程中的长度和弯曲前一样，保持不变，所以中性层是计算弯曲件展开长度的基准。中性层位置与变形程度有关，当弯曲半径较大，折弯角度较小时，变形程度较小，中性层位置靠近板料厚度的中心处,当弯曲半径变小，折弯角度增大时，变形程度随之增大，中性层位置逐渐向弯曲中心的侧移动。

3.2计算方法

钣金展开的计算方法有很多，现介绍比较简单实用的折弯扣除法来计算展开尺寸。

展开尺寸

=A+B-（K

展开尺寸

=(A-R-T)+(B-R-T)+3.14*R+0.

5T)/180°

1. 当H ＜2T 时，

a. 当

≤70° L=A+B+C+0.2 b. 当

＞70°L=A+B+K

(K 值查3.2.4表参考数值，即按直边段差展开)

2. 当H ≧2T 时，分两次成型，按

两次非直角折弯计算；

表3-4直边段差展开系数表(单位:mm)

3.3展开计算常用数学知识

3.3.1尺寸单位

中用国际的米制单位，换算关系为：

1米（m）=100厘米（cm）

1厘米（cm）=10毫米（mm）

1毫米（mm）=1000微米（μm）

在英美等国使用英制长度单位，其进位关系是：

1码=3英尺

1英尺（1′）=12英寸（12″）

英寸与毫米的换算关系：1英寸（1″）=25.4mm 3.3.2常用计算公式

勾股弦定理

=+ a=

b=

c=

弓形尺寸计算L=0.017453* R R=57.296*L/

57.296*L/ R C=

H=R-

直角三角函数计算公式

正弦：sinA=a/c

余弦：cosA=b/c

正切：tanA=a/b

余切：cotA=b/a

4常用钣金材料介绍

4.1常用板材介绍

4.1.1 冷轧普通薄钢板，

冷轧普通薄钢板是普通碳素结构钢冷轧板的简称，简称：冷板，它是由普通碳素结构钢热轧钢板经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板，由于在常温下轧制，不产生氧化皮，因此，表面质量好，尺寸精度高，再加之退火处理，其机械性能和工艺性能良好，是钣金加工最常用的一种金属材料。

常用牌号：国标GB（Q195、Q215、Q235、Q275）

4.1.2 连续电镀锌薄钢板

连续电镀锌薄钢板俗称电解板，是指在电镀锌作业线上在电场作用下，锌从锌盐的水深液中沉积到预先准备好的冷板表面上，钢板表面就会产生一层镀锌层，使钢板具有良好的耐腐蚀性。

牌号：国标GB（DX1、DX2、DX3、DX4）

4.1.3 连续热镀锌薄钢板

连续热镀锌薄钢板，一般简称镀锌板或白铁片，钢板表面美观，有块状或树叶状镀结晶花纹，且镀层牢固，有优良的耐大气腐蚀性能，同时，钢板还有良好的焊接性能和冷加工成型性能，与电镀锌板表面相比，其镀层较厚，主要用于要求耐腐蚀性较强的钣金件。

牌号：国标GB（Zn100-PT、Zn200-SC、Zn275-JY）

4.1.4 不锈钢板

不锈钢板是一种耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。

不锈钢通常按基体组织分为：

1、铁素体不锈钢。含铬12％～30％。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。

2、奥氏体不锈钢。含铬大于18％，还含有8％左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。

3、奥氏体- 铁素体双相不锈钢。兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。

4、马氏体不锈钢。强度高，但塑性和可焊性较差。

需要注意的是：不锈钢板的强度较高，对数控冲床的刀具磨损较大，一般不合适数冲加工。

牌号：不锈钢的种类有很多，钣金加工常用的是一种奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）4.1.5铝板

铝是一种银白色的轻金属，具有良好的导热性、导电性和延展性。纯铝强度很低，无法作为结构材料使用，钣金加工一般用到的是铝合金板，根据合金元素含量不同，铝板可以分为8个系列，分别为1000系列、2000系列～8000系列，常用的有2000系列，3000系列和5000系列。2000系列是一种铜铝合金，特点是硬度较高，又称硬铝；可用作各种中等强度的零件和构件，3000系列是一种锰铝合金，防锈性能较好，所以又称防锈铝；5000系列是一种镁铝合金，主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列。

常用牌号的有：3A21(老牌号LF21) 、5A02(老牌号LF2) 、2A06(老牌号LY6)

4.1.6 紫铜板

紫铜是纯铜的俗称，外观呈紫色，具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性，但价格昂贵，主要用作导电、导热材料，一般用于电源上需要承载大电流的零件，紫铜的强度低，一般不能做结构件。

牌号：T1﹑T2﹑T3

4.1.7 黄铜板

黄铜是一种铜锌合金，具有较高的强度和优良的冷、热加工性，但易产生腐蚀破裂，价格相对便宜，应用广泛。

常用牌号：H59﹑H62﹑H70

4.2 常用板材重量的计算

基本计算公式：材料重量=长（m）*宽（m）*料厚（mm）*材料密度

4.3 常用紧固件资料

紧固件为将两个或两个以上零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。常用紧固件包括：螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销等。

4.3.1螺纹加工

普通螺纹的表示：

粗牙普通螺纹用字母“M”及公称直径表示，如公称直径为24mm的粗牙普通螺纹的代号为M24。

细牙普通螺纹用字母“M”及公称直径*螺距表示,如M24*1.5。

攻螺纹前钻底孔直径尺寸计算公式：底孔直径=螺纹外径-螺距

也可按下表直接查出：

4.3.3铆螺钉，铆螺母，铆松不脱螺钉

其工作原理是，先在工件上预加工相应大小的孔，然后通过冲床或压铆机等设备施加压力，使铆螺母、铆螺钉的齿边挤入板，导致孔的的周边产生塑性变形，变形物被挤入导向槽，从而产生锁紧的效果。

5 主要工艺介绍

5.1放样与下料

放样就是我们根据设计图纸中的产品的形状和尺寸进行几何展开并计算出下料尺寸。产品的几何展开，主要有以下几种常用类型：(1)多而体的展开：把各个面的投影呈水平或垂直展开。(2)圆柱体的展开：用素线将平行的柱形几何形体表面展开。(3)圆锥体的展开：主要区分正网锥展开和正圆锥斜截展开。(4)三角形法展开：将几何形体表面划分出依次相连的三角形。(5)天圆地方类的展开：一般采用三角形长的方法。(6)封头接管的展开：通过平行线法与变换投影面法共同应用进行展开。(7)球罐的分辨展开：根据球的大小有分块展开和分带展开。

下料就是通过产品几何展开后，根据相应的计算公式的计算，把下料尺寸计算出来，即可进行下料T序。要注意的是：影响下料的因素有壁厚处理、气割间隙、剪切硬化层、

成形方法与成形中的变形程度、焊接变形、焊缝分布、材料利用率等各种因素．都要认真对待。下料顺序应当遵循先大后小、合理排料、套裁下料的节约原则。

下料工艺主要有以下几种形式：(1)剪板机下料，适用于薄钢板下料(基本厚度l一5mm)。

(2)氧气切割下料，适用于厚钢板下料(基本厚度10mm以上)。(3)等离子切割机下料，适用于不锈钢和有色金属下料。(4)高压水切割机床下料，适用于不锈钢、钛合金等对热敏感的材料。(5)线切割机床下料，适用于制作模具及批量要求精度高的材料。(6)冲床下料，适用于薄钢板大批最成型产品的下料。正确选择下料工艺可以提高工作效率，降低生产成本，节省材料，缩短生产周期。

下料根据加工方式的不同，可分为普冲、数冲、剪床开料、激光切割、风割，由于加工方法的不同，下料的加工工艺性也有所不同。钣金下料方式主要为数冲和激光切割。

数冲是用数控冲床加工，板材厚度加工围为：冷扎板、热扎板小于或等于3.0mm,铝板小于或等于4.0mm，不锈钢小于或等于2.0mm。

5.1.1 冲孔最小尺寸要求

由于受到冲孔凸模强度限制，孔径不能过小，冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关。

图5-1冲孔形状示例

具体参数参考表5-1。

表5-1 冲孔最小尺寸列表

冲孔的最小直径或最小边长(t为材料厚度)

腰圆孔、矩形孔b 材料

圆孔D（D为直径）方孔L（L为边长）

（b为最小边长）高、中碳钢≥1.3t ≥1.2t ≥1t

低碳钢及黄铜≥1t ≥0.8t ≥0.8t

铝、锌≥0.8t ≥0.6t ≥0.6t

5.1.2 冲孔最小孔距

零件的冲孔边缘离外形的最小距离随零件与孔的形状不同有一定的限制，其值见图5-2。

图52 冲裁件的孔与孔、孔与边缘之间的距离

5.1.3 冲孔搭边要求

采用复合模加工的孔与外形、孔与孔之间的精度较易保证，加工效率较高，但孔与孔

之间，孔与外形之间的距离必须要能满足复合模的最小壁厚要求，如图5-3所示：

5.1.4先冲孔后折弯

先冲孔后折弯，为保证孔不变形，孔与弯边的最小距离，见图5-4。

公式：X≥2t+R

5.1.5

在拉深零件上冲孔时，见图5-5，为了保证孔的形状及位置精度以及模具的强度，其孔壁与零件直壁之间应保持一定距离，即其距离a1及a2应满足下列要求：a1 ≥R1+0.5t，

a2≥R2+0.5t.

式中R1，R2－圆角半径；t－板料厚度。

5.1.6

1)厚度0.6mm以下材料易变形，加工围受模具，夹爪等限制，一般不适合用数冲加工；

2)适中的硬度和韧性的材料有较好的冲裁加工性能；硬度太高会使冲裁力变大，对冲头

和精度都有不好的影响；硬度太低，使冲裁时变形严重，精度受到很大的限制；

3)材料的高塑性对成形加工有利，但不适合于蚕食、连续冲裁，对冲孔和切边也不太合

适；适当的韧性对冲裁是有益的，它可以抑制冲孔时的变形程度；韧性太高则使冲裁后反弹严重，反而影响了精度。

4)冲压普通低碳钢板时，模具直径和宽度必须大于料厚，比如Φ1.4的模具不能冲1.5mm

的材料，冲压铝合金板和铜合金板的模具可以小一些，但冲压不锈钢和高碳钢板的模具就需用更大一些，否则模具容易断裂损坏；

5)不锈钢板一般不宜用数冲加工。当然，厚度0.8mm～2.5mm的不锈钢板可以用数冲

加工，但对模具的磨损大，且加工的废品率也比普通钢板要高很多；

5.2折弯工艺

钣金的折弯，是指改变板材或板件角度的加工。如将板材弯成V形，U形等。一般情况下，钣金折弯有两种方法:一种方法是模具折弯，用于结构比较复杂，体积较小、大批量加工的钣金结构；另一种是折弯机折弯，用于加工结构尺寸比较大的或产量不是太大的钣金结构。此次金工实习折弯主要采用折弯机加工。

5.2.1折弯加工顺序的基本原则：

1）由到外进行折弯；

2）由小到大进行折弯；

3）先折弯特殊形状，再折弯一般形状；

4）前工序成型后对后继工序不产生影响或干涉。

5.2.2 折弯半径

材料弯曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，层则受到压缩。当材料厚度一定时，r越小，

材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件的结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。常用材料的最小弯曲半径见表5-3。

表5-3 常用金属材料最小折弯半径列表

●弯曲半径是指弯曲件的侧半径,t是材料的壁厚。

●t为材料壁厚，M为退火状态，Y为硬状态，Y2为1/2硬状态。

5.2.3 钢板折弯的最小折弯边尺寸参考表

5.2.4孔、长圆孔离折弯边最小距离

如图5-6所示折弯处孔边离折线太近，折弯时料无法带起，产生孔形状变形；因此，孔边与折弯线要求大于最小孔边距X≥t+R。

工艺孔工艺缺口

图5-8 加冲工艺孔、工艺槽或工艺缺口

工艺孔的直径≥t；

工艺缺口的宽度≥t，深度≥1.5t

5.2.6弯曲件的直边高度

一般情况下，弯曲件的直边高度不宜太小，最小高度按（图5-9）要求：h＞2t。

（图1.10）

h

＞2

t

图5-9 弯曲件的直边高度最小值

5.2.7 打死边的设计要求

打死边的死边长度与材料的厚度有关。如图5-10所示，一般死边最小长度L≥3.5t+R。

其中t为材料壁厚，R为打死边前道工序的最小折弯半径，如图5-10中的有图所示。

图5-10 死边的最小长度L

5.3拉伸

5.3.1 拉伸件各部分结构的尺寸要求

1．底部与直壁之间的圆角半径大小要求

如图5-11所示，拉伸件底部与直壁之间的圆角半径应大

于板厚，即r1≥t 。为了使拉伸进行得更顺利，一般取r1=(3

—5)t，最大圆角半径应小于或等于板厚的8倍，即r1≤8t。

2．拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径

拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径应大于板厚的2倍，即r2≥2t，为了使拉伸进行得更顺利，一般取r2=(5—10)t，最大凸缘半径应小于或等于板厚的8倍，即r2≤8t。（参见图5-11）3．圆形拉伸件的腔直径

圆形拉伸件的腔直径应取D ≥d+10t，以便在拉伸时压板压紧不致起皱。（参见图5-11）4．矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径图5-11 拉伸件圆角半径大小

如图5-12所示，矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径应取r3 ≥3t，为了减少拉伸次数应尽可能取r3 ≥H/5，以便一次拉出来。

图5-12 矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径

5．圆形无凸缘拉伸件一次成形时，其高度与直径的尺寸关系要求

圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度H和直径d之比应小于或等于0.4，即H/d ≤0.4，如图5-13所示。

图5-13 圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度与直径的尺寸关系

5.3.2 拉伸件设计图纸上尺寸标注的注意事项

拉伸件由于各处所受应力大小各不相同，使拉伸后的材料厚度发生变化。一般来说，底部中央保持原来的厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料变厚，矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。

5.3.3 拉伸件产品尺寸的标准方法

在设计拉伸产品时，对产品图上的尺寸应明确注明必须保证外部尺寸或部尺寸，不能同时标注外尺寸。

5.3.4 拉伸件尺寸公差的标注方法

拉伸件凹凸圆弧的半径以及一次成形的圆筒形拉伸件的高度尺寸公差为双面对称偏差，其偏差值为国标(GB)16级精度公差绝对值的一半，并冠以±号。

5.4 焊接

焊接方法主要有电弧焊、电渣焊、气焊、等离子弧焊、熔化焊、压力焊、钎焊，钣金产品焊接主要为电弧焊、气焊。

电弧焊具有灵活、机动，适用性广泛，可进行全位置焊接；所用设备简单、耐用性好、维护费用低等优点。但劳动强度大，质量不够稳定，决定于操作者水平。适用焊接3mm以上的碳钢、低合金钢、不锈钢和铜、铝等非铁合金。

气焊火焰温度和性质可以调节，于弧焊热源比热影响区宽，热量不如电弧集中，生产率低。应用于薄壁结构和小件的焊接，可焊钢，铸铁，铝，铜及其合金，硬质合金等。