第1章 钣金加工技术基础
1.1 钣金加工技术的特点及工艺流程
钣金加工是对金属板材、型材和管材进行冷、热态成形，装配，并以焊接、铆接及螺栓连接等连接方式制造金属构件的方法，主要涉及钳工、冲压、金属切削、焊接、热处理、表面处理、铆接、装配等多种专业工种。
1．钣金加工技术的特点
钣金加工大多是在基本不改变金属板材、型材和管材等断面特征的情况下，对原材料进行冷、热态分离及成形的冲压加工，与切削加工方法相比较，冲压加工是被加工金属在再结晶温度以下产生塑性变形，不产生切屑，但在变形金属内会产生加工硬化。钣金加工的原材料多为塑性好的金属板材及型材，以及胶木板、橡胶板和塑料板等非金属板料。所用的设备多为压力机，所用的工具主要是各种形式的冲模，是依靠冲模对材料塑性变形加以约束，并直接使材料变成所需的零件。因此，钣金加工具有以下特点：
1）在材料消耗不大的前提下，制造出的零件重量轻、刚度好、精度高。由于在冲压过程中材料的表面不受破坏，使得制件的表面质量较好，外观光滑美观，并且经过塑性变形后，金属内部的组织得到改善，机械强度有所提高。
2）在压力机的简单冲击下，一次工序即可完成由其他加工方法所不能或难以制造完成的较复杂形状零件的加工，生产率高，每分钟一台冲压设备可生产零件从几件到几十件，高速压力机的生产率每分钟可高达数百件甚至一千件以上。
3）制件的精度较高，且能保证零件尺寸的均一性和互换性，不需进一步的机械加工即可以满足一般的装配和使用要求。
4）原材料是冶金厂大量生产的廉价的轧制板材或带材，可以实现零件的少切屑和无切屑加工，材料利用率一般可达75%～85%，可大量节约金属材料，制件的成本相应地比较低。
5）节省能源。冲压时可不需加热，也不像切削加工那样将金属切成碎屑而需要消耗很大的能量。
6）在大批量的生产中，易于实现机械化和自动化，进一步提高劳动生产率。
7）操作简单，对操作人员的技术要求不高。当生产发展需要时，新手通过短期培训即可上岗操作。
8）冲压加工一般需要有专用的模具。模具制造周期长、费用高，因此，只有在大批量生产条件下，冲压加工的优越性才能更好地显示出来。
由于在钣金结构制造过程中，需将组成结构的各个零件按照一定的位置、尺寸关系和精度要求，采用焊接、铆接、咬接或胶接等连接方法组合装配成构件，因此，钣金加工又具有以下特点：
1）相对于锻、铸件的生产加工，钣金构件具有重量轻，能节省金属材料，加工工艺简单，能降低生产成本，节省生产费用等优点。
2）经过焊接加工的钣金构件，大多加工精度低，且焊接变形大，因此，焊后变形与矫正量较大。
3）由于焊接件为不可拆卸连接，难以返修，因此，需采取合理的装配方法与装配程序，以避免或减少废品。对大型或特大型常要进行现场装配的产品，出厂前应先在厂内试装，且试装时宜用可拆卸连接临时代替不可拆卸连接。
4）装配过程中，常需经选配、调整与多次测量、检验才可保证产品质量。
2．钣金加工的应用
由于钣金加工具有生产效率高、质量稳定、成本低及可加工复杂形状工件等一系列优点，因此，在机械、汽车、飞机、轻工、国防、电机电器、家用电器以及日常生活用品等行业应用十分广泛，占有非常重要的地位。据统计，汽车中钣金件占整个汽车制造件的60%～70%；飞机中钣金件占整个飞机零件总数的40%以上；机电及仪器、仪表中钣金件占生产零件总数的60%～70%；市场上日用品的钣金件占到全部金属制品的90%以上。
随着科技的发展及加工技术的进步，一大批钣金计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺设计（CAE）等新技术及大量的数控下料、成形、焊接等新设备（如激光切割、等离子切割、水切割、数控回转头压力机及数控折弯、焊接机械手、焊接机器人等）在各行业得到广泛运用。目前，钣金加工技术正努力朝着高速、自动、精密、安全等方向发展，各种高速压力机，具备自动加工、自动搬运和储料等功能的冲压柔性制造系统（FMS），以及各种数控钣金加工用压力机相继得到开发与发展。可以预见，钣金加工技术水平将会得到进一步地提高，钣金构件的应用领域将会越来越广泛，应用数量将会越来越多。
3．钣金加工的工艺流程
钣金加工的工艺流程是指生产过程中，按一定顺序逐渐改变零件形状、尺寸、材料性能，直至制造出合乎形状及尺寸要求的钣金件所进行的加工全过程。对于一个较复杂的结构件，其生产加工一般要经过材料准备、展开放样、切割坯料、成形及装配等诸多工序才能完成。钣金加工的工艺流程如图1-1所示。
图1-1 钣金加工的工艺流程
工艺流程是指导整个零部件加工流程，组织和管理生产加工的重要技术文件。对于不在一个车间甚至一个工厂内完成加工的零件，它又是各车间工序流转、分工协作、相互衔接配合的重要依据。由于工艺流程是对构件中的每一个零部件从原材料到整个构件完成所规定通过的整个路线，所以也称为工艺路线。
4．钣金加工的工艺规程
工艺流程规定了零件的加工流程，而具体的加工内容则是由工艺规程进行指导和控制的。
通常，钣金加工的基本工序有原材料矫正、放样、下料、切割、成形、连接装配（包括焊接、铆接、咬接及螺纹连接等）等，按工序性质可分为备料、放样、加工成形和装配连接四大部分。工艺规程是工艺技术人员根据产品图样的要求和该工件的特点、生产批量以及本企业现有设备和生产能力等，在拟订出的几种可能工艺方案中进行周密的综合分析与比较之后，优选出的一种技术上可行、经济上合理的最佳工艺方案，它是指导零件生产过程的技术文件。在技术文件中，明确了该零件所用的毛坯和它的加工方式、具体的加工尺寸，各道工序的性质、数量、顺序和质量要求，各工序所用的设备型号、规格，各工序所用的加工工具（如辅具、刀具、模具等）形式，各工序的质量要求和检验方法等。一般说来，一个大型复杂的钣金结构件，钣金工往往需要在电焊工、起重工等专业工种的配合下来完成。对于采用压力加工（如压力机、油压机等）直接完成的加工工艺，往往称为冲压工艺；对于采用焊接进行构件组装的加工工艺，往往称为焊接工艺；对于组装加工中既要进行机械加工，又需要焊接、铆接等加工工艺组成时，则直接称为装配工艺。
需要注意的是，工艺规程不是一成不变的，在生产实践中要不断改进和完善，针对不同的企业、不同的生产工况，甚至不同的操作工人技术水平，其合理性也是不同的。但一个总的原则是，编制工艺规程应保证技术上的先进性、工艺上的可行性、经济上的合理性，同时保持良好的劳动条件。