计算机辅助设计（CAD） 它如此神奇，能够帮助人们更好地进行金属加工。但事实上，精密金属冲压也存在一些同样的问题。解决这些问题的一种方法是在设计过程的早期就与金属冲压工程师合作。
金属冲压工艺虽然精密，但也有其局限性。材料的厚度、硬度和晶粒取向会对最终产品产生重大影响。常见的加工材料包括黑色金属、有色金属、不锈钢和其他材料。当制造商选择合适的材料时，工程师可以帮助他们确保材料满足其需求，并且不会出现开裂等问题。
如果你了解金属冲压的工作原理，就能避免犯错。这可以避免花费大量金钱，并确保生产过程更加顺畅。
目录
什么是金属冲压？
金属冲压是一种用途广泛的制造方法它可以将扁平的金属板加工成复杂的部件。它是一种工业过程，使用专门的工具和模具将扁平的金属板塑造成所需的形状。
金属冲压工艺包括将扁平金属板放入冲压机。金属可以是卷材，也可以是毛坯。冲压机配备模具和表面，将金属压制成所需形状。金属冲压工艺包括冲孔、弯曲、压花、落料、翻边和压印。
金属冲压在制造业中的优势
金属冲压具有多种优势这些优势包括大批量生产的成本效益、始终如一的零件质量，以及制造公差严格的复杂几何形状的能力。这种制造方法在汽车、航空航天、电子和医疗器械制造等许多行业中至关重要。因为这些行业需要精密的金属零件。
金属冲压设计标准
在金属冲压过程中，金属卷材或板材被压制并切割成特定形状。冲压包括多种不同的成型方法，例如冲孔、落料、压花和级进模冲压。根据工件的复杂程度，这些方法可以单独使用或组合使用。为了获得最佳效果，工程师应遵循 金属冲压设计细节.
槽和孔
在金属冲压过程中，人们使用称为冲头的钢制工具来冲孔金属，形成孔和槽。在此过程中，冲头将金属板或金属条压入模具的孔中。当材料开始在冲头的力作用下变形时，材料就会被切断和剪断。最终，材料在冲头和模具边缘接触处完全断裂。
这会形成一个顶部光滑、底部锥形的孔，并在材料断裂处留下毛刺。由于此工艺的工作原理，槽和孔并非完全笔直。可以通过额外的加工步骤使其壁面完全相同。然而，二次加工会增加成本。
最小直径
最小直径的设计标准取决于所选材料。对于铝等延展性材料，孔的最小直径应至少为材料厚度的1.2倍。对于抗拉强度更高的材料，例如不锈钢合金，建议最小直径为材料厚度的2倍。
此外，槽宽至少应为材料厚度的1.5倍。虽然可以使用较小的直径，但这需要昂贵的特殊工艺或刀具。这会增加零件成本，并增加刀具损坏的可能性。
距边的距离
凹槽和孔可以靠近边缘，但它们与边缘之间的距离应至少为材料厚度的两倍。如果不这样做，孔和边缘之间的材料可能会向外凸出。如果孔太靠近边缘，则在冲压过程中可能会凸起或变形。这些特征需要返工或经过其他步骤，这会增加成本。
距弯道的距离
孔或槽的宽度或厚度应小于0.100英寸，间距至少为材料厚度的两倍（2x MT）加上形状半径。对于大于此值的孔或槽，最小间距应为材料厚度的2.5倍加上形状半径。如果孔或槽的间距小于建议标准，则可能会出现变形、膨胀或拉伸。
弯曲和成型
折弯和其他成形特征通常出现在级进模冲压的最后阶段。考虑折弯特征时，材料晶粒的方向是一个关键因素。当材料的晶粒方向与折弯方向一致时，材料容易开裂，尤其是在高强度材料中，例如不锈钢合金或回火材料。设计折弯时，应考虑材料晶粒的方向以获得最佳效果，并应在图纸上注明晶粒方向。
弯曲高度
确保有足够的材料来正确完成折弯至关重要。提供足够材料以正确完成折弯的一种方法是遵循最小折弯高度标准。折弯特征的推荐高度为材料厚度与折弯半径之和的2.5倍。更短的折弯高度也可以，但需要额外的操作。
边缘弯曲
靠近边缘的折弯特征应增加材料偏移量或在折弯处设置释放切口。否则，可能会导致折弯件两侧的材料撕裂。增加材料偏移量时，偏移量应至少与折弯半径相同。或者，设计人员可以在折弯区域附近创建一个凹槽。凹槽宽度应至少为材料厚度的两倍，长度应为折弯半径与材料厚度之和。
防止变形和膨胀
泄压槽也有助于防止弯曲较厚材料时可能发生的变形或鼓胀。材料越厚，弯曲量越小，鼓胀的可能性就越大。在弯曲处两侧设计泄压槽有助于减少鼓胀。建议在图纸上标记不允许鼓胀的区域，以提醒注意。
尺寸和公差
对于冲孔、穿孔和压印特征，尺寸特征应从切割边缘开始测量。内部尺寸沿切割方向的最短部分测量，外部尺寸从最长部分测量。如果关键特征无法承受边缘破损或锥度，制造商可以通过二次加工获得直边。然而，这会增加项目成本。
对于成形特征，设计人员应始终给出特征内部的尺寸。对于位于成形件外端的特征，应考虑折弯的角度公差（通常为±1度）和折弯处的距离。当特征包含多个折弯时，应考虑并计算公差的叠加。
材料选择及其影响
在精密五金冲压领域， 材料的选择非常重要仅仅选择一种金属是不够的，还需要了解它在冲压过程中的作用以及最终产品的要求。由于材料的特性会对最终结果产生很大影响，因此了解不同金属的作用并听取专家的建议至关重要。
不同金属的作用
金属冲压可以加工各种不同的金属，无论是黑色金属、有色金属、不锈钢还是铝。每种金属都有其独特的性能。了解这些细微差别对于获得理想的结果至关重要。
金属特性及其对冲压结果的影响：
- 金属的硬度影响其在冲压过程中成型的难易程度。
- 晶粒的方向影响最终产品的强度。
- 金属的厚度也会影响其成型的难易程度。
精密金属制造可使用多种不同的材料。以下是一些最常用的材料：
- 黑色金属和有色金属：黑色金属和有色金属。不同类型的金属各有优势。例如，黑色金属磁性更强，而有色金属不易生锈或腐蚀。
- 不锈钢：以坚固和防锈而闻名。
- 铝：非常轻且易于成型，非常适合创建复杂的图案。
- 钛和贵金属：这些金属以坚固、抗氧化和抗腐蚀而闻名。
- 预镀金属和聚酯薄膜：为冲压件提供额外的保护或某些特性。
- 电线：通常用于需要灵活性的特定任务。
材料选择专家指导
仅仅选择合适的金属加工材料是不够的。专家的建议对于确保材料满足设计和生产需求非常有帮助。
咨询金属冲压工程师的重要性：
- 工程师的专业知识有助于将设计目标与生产挑战联系起来。
- 他们可以为您提供有关材料在冲压过程中如何反应的信息，从而确保最终产品满足您的需求，而不会牺牲质量或实用性。
某些材料和替代品可能存在的问题：
- 金属的种类繁多，有些金属在冲压过程中更容易开裂。
- 过于脆弱的材料可能不适合需要高柔韧性的设计。在这种情况下，金属冲压工程师可以提供更符合设计需求的替代方案。
- 工程师的专业知识可以帮助公司避免造成经济损失和生产延误的错误，最终确保产品从设计到加工的整个过程更加顺畅。
揭穿金属冲压的迷思
金属冲压是一种多功能且高效的工艺然而，人们并不总是能够正确理解这一点。一些常见的误解可能会导致决策失误或无法获得最佳结果。如果我们能够纠正这些误解，就能确保金属冲压项目更顺利、更准确地进行。
替代其他材料和工艺
很多人认为金属加工可以取代其他材料和方法。这是因为它看起来很美好，但事实并没有那么复杂。
当使用金属冲压工艺替代人造或铸造零件时，会出现许多问题。金属冲压虽然精准快速，但并非解决所有问题的最佳方法。成型和铸造各有优势，直接用冲压工艺替代它们可能比较困难。例如，一个复杂的塑料成型零件可能不容易转化为金属冲压件。这是由于材料性质和制造方法的不同。
现实生活中的例子可以说明问题的复杂性。例如，一家制造商想要制造一个塑料成型零件的金属版本。用塑料成型很容易制作复杂的图案，但用金属冲压制作却成本高昂。它需要多个模具工位，这增加了生产时间和成本。因此，金属工艺并不能取代所有其他加工方法。
解决关键问题
金属冲压工艺要求极高的精度。然而，如果设计不清晰，或者在最后一刻更改重要细节，就可能出现问题。
一些重要问题必须从一开始就明确。在设计冲压金属零件时，尽早确定关键尺寸至关重要。这些尺寸对于零件的加工和配合至关重要。通过提前确定这些尺寸，金属冲压制造商可以确保生产方法和工具符合要求，从而生产出符合用户要求的零件。
在模具开发甚至制造完成后，更改重要尺寸的成本可能会高得令人望而却步。这些更改需要修改模具，并可能导致工期延误。例如，如果零件设计已经完成，并且 工具 已完成。
然而，如果质量部门增加了更多关键尺寸，则可能需要更换模具。此类变更可能会增加成本并延长生产时间。由此可见，从一开始就进行清晰的沟通和周密的规划至关重要。
设计中的精度和公差
要实现金属冲压的精确度，需要在设计师的要求和实际制造之间取得谨慎的平衡。了解公差的细节以及设计过程中使用的工具至关重要，这样才能确保成品性能良好且成本更低。
计算机辅助设计的作用
计算机辅助设计 (CAD) 改变了我们设计和制造产品的方式。然而，了解它的局限性及其可能引发的问题也至关重要。
CAD 设计有时会过于严格，设计师有时会误解 CAD 软件的准确性。虽然可以在计算机上创建公差极小的零件，但实际生产或加工具有相同精度的金属冲压件却困难重重，成本高昂。例如，CAD 可能会将小数位数设置为特定值。这在计算机上可能有效，但在大批量生产中却行不通。
在金属加工过程中，复制切合实际且经济高效的标准至关重要。追求完美固然好，但找到设计目标与现实之间的平衡也同样重要。如果公差过于具体，会增加生产成本，最终产品的价值也不会提升。
在设计阶段与金属冲压专家沟通，有助于确保 CAD 设计切实可行。这将使生产流程更加顺畅，并确保产品符合标准，且成本不会过高。
设计安全有效的边缘
金属冲压件的侧面和边缘对其工作性能和安全性至关重要。制造这些部件时必须小心谨慎。最终，重要的是确保部件正常工作，且不危及人身安全。
在尝试解决尖锐的侧面和边缘问题时，问题就会出现。尖锐的侧面和边缘可能非常危险，尤其是在零件组装或首次使用时。此外，过于尖锐的形状可能会在冲压过程中引发问题。例如，模具磨损更快或更容易出错。
获得更安全、更有效的设计解决方案。设计师不应该只是说“去除所有锋利的边缘”。相反，他们应该根据零件的工作原理，明确零件的哪些部分需要特定的边缘条件。
例如，如果某个角的锋利可能会割伤或磨损其他部件，那么最好在该角设置一个圆角。咨询金属冲压专家可以帮助您找到兼具安全性、实用性和易于生产性的最佳边缘设计。
支持面向制造设计 (DFM)
面向制造设计 (DFM) 是一种积极主动的设计方法。它确保产品不仅实用美观，而且制造简单且成本低廉。通过在设计流程的早期阶段考虑制造问题和机会，DFM 可以帮助更好地构建产品，更快地将其推向市场，并降低成本。
全面的DFM审查
为了在设计过程中尽早发现可能出现的制造问题和机会，必须进行全面的DFM检查。此检查可确保方案是快速且经济高效地生产产品的最佳方案。
全面的DFM审查流程包括以下步骤：
- 审查客户要求：了解该部件的用途、使用寿命以及是否还有其他要求。
- 必须遵守的规则和法律：确保设计遵循适用于组织的任何规则或标准。
- 评估材料及其功能：根据零件的用途和制造方法选择合适的材料。
- 工具：确保可以使用现有的工具和机器快速轻松地完成计划。
- 最终组装和包装需求：考虑如何将零件组装成整个产品，以及在运输或包装方面有哪些限制。
制造商和金属冲压公司之间合作的重要性：
- 当双方合作时，可以确保双方都知道设计的目标和局限性。
- 金属冲压公司可以提供有关如何生产设计的有用信息。
- 反过来，制造商可以澄清任何功能或美学需求。
- 这种协作方法可以帮助人们做出更好的设计选择，从而减少设计方面的变更，并使生产流程更加顺畅。
原型设计的作用
制作原型是DFM流程的重要组成部分。这是因为它允许公司在投入量产之前进行测试并确保其设计能够正常工作。
何时以及为何要制作原型：
- 如果对设计在现实世界中如何发挥作用存在疑问，原型可以帮助解决这些问题。
- 对于复杂或创新的设计，原型可以向您展示您未曾预料到的任何问题或机会。
- 在将新产品投入大规模生产之前，您还可以使用原型来观察市场对新产品的反应。
使用模拟软件检查计划是否可行的好处：
- 仿真软件可以生成模型，展示设计在不同情况下的运行情况。这有助于发现薄弱环节或可以改进的地方。
- 设计师可以通过模拟生产过程在规划过程的早期发现并解决生产中的问题。
- 使用仿真软件可以减少对真实原型的需求，从而节省时间和金钱。然而，当需要实际验证时，仿真和原型设计可以协同工作。最终，它可以全面展现设计的运行情况。
总结
在设计阶段了解金属冲压的方方面面，有助于提高生产效率，从而节省时间、金钱和资源。专家的协作和建议是确保创意创新并最终实现的关键。
Yonglihao Machinery 可以为您提供高品质 金属冲压服务。我们的合作伙伴遍布欧洲和美国，能够为您的任何需求提供完美的解决方案。
常问问题
五金冲压常用哪些材料？
金属冲压常用的材料包括不锈钢、铝、铜和碳钢。每种材料都因其独特的性能和用途而被广泛选用。
材料厚度如何影响金属冲压工艺？
材料厚度在金属冲压中至关重要，因为它会影响工装、模具设计和整体制造工艺。较厚的材料可能需要更坚固的工装和更高吨位的压力机。
金属冲压中孔和槽的设计主要考虑哪些因素？
设计孔和槽时，请考虑其尺寸、形状和位置。这可确保它们与所选材料和冲压工艺兼容。应遵循最小孔尺寸和间距准则，以防止材料变形。
如何防止金属冲压过程中材料变形？
为了防止材料变形，请考虑材料选择、零件设计和模具等因素。合理的可制造性设计原则以及保持足够的材料厚度有助于最大限度地减少变形。
金属冲压设计中弯曲半径有什么意义？
弯曲半径在金属冲压中至关重要，因为它会影响零件的结构完整性和外观。合适的弯曲半径有助于防止开裂并确保表面光滑。
如何在金属冲压设计中节省成本？
通过优化材料使用、简化零件设计和选择最高效的制造工艺，可以节省成本。可制造性设计原则有助于降低生产成本。