淺議工程機(jī)械鈑金件制造工藝

李艷萍

（寧夏六盤山水務(wù)有限公司，寧夏固原 756000）

我國經(jīng)過近20 年以及多種方式的技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)提升了工程機(jī)械行業(yè)的技術(shù)水平，并逐漸接近國外先進(jìn)水平，國產(chǎn)品牌已經(jīng)占到我國工程機(jī)械市場的90%以上，同時我國工程機(jī)械產(chǎn)品源源不斷的銷往世界100 多個國家和地區(qū)，得到廣大客戶的青睞，產(chǎn)品的自主研發(fā)和創(chuàng)新已經(jīng)成為我國工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)由“制造大國”向“制造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變的必經(jīng)之路。

長期以來，工程機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)都把對駕駛室、覆蓋件的設(shè)計看作是整機(jī)設(shè)計的一項附屬工作，近年來，隨著工業(yè)造型設(shè)計在工程機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用，才越來越被重視，駕駛室的人性化、安全性、舒適性設(shè)計，以及覆蓋件空間自由曲面的流暢造型已列入新產(chǎn)品開發(fā)的重要內(nèi)容。

盡管工程機(jī)械駕駛室設(shè)計和汽車車身設(shè)計有很多相同之處，但工程機(jī)械工作環(huán)境、作業(yè)特點(diǎn)和機(jī)械構(gòu)造有很大差別，決定了工程機(jī)械駕駛室和覆蓋件設(shè)計獨(dú)有的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：工程機(jī)械駕駛室大部分屬于有骨架駕駛室，雖然都屬于非承重結(jié)構(gòu)，但對駕駛室承受側(cè)載、垂直載荷、縱向載荷和側(cè)向吸收變形能的要求要比汽車車身嚴(yán)格得多；出口產(chǎn)品的駕駛室必須有符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的ROPS 和FOPS。

工程機(jī)械覆蓋件材料薄、結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜，一般多為空間自由曲面，覆蓋件表面質(zhì)量要求高，尺寸精度和表面粗糙度均要求較高，并且工程機(jī)械覆蓋件多為小批量，多品種產(chǎn)品，不易實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

綜上，如果采用簡單模具成型，用三維激光切割機(jī)完成各種孔的加工，這樣將大大降低模具開發(fā)、制造成本，更加符合小批量、多品種的生產(chǎn)需要。

1 駕駛室工藝

要完成鈑金件的切割，首先要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、使用要求設(shè)計出產(chǎn)品的數(shù)字模型，如某工程機(jī)械駕駛室，見圖1。

圖1 挖掘機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)三維數(shù)字模型

這是一款骨架式駕駛室，將呈一定截面形狀的型材，經(jīng)過彎曲加工，焊合成駕駛室骨架，再將壓制、切割成型的鈑金件蒙于骨架上，焊接牢固即可成型。骨架圖見2。

圖2 駕駛室骨架

該駕駛室主要由以下鈑金類零部件組成：頂蒙皮、右外蒙皮、左后蒙皮、后蒙皮和門內(nèi)外蒙皮組成。（表1）

表1

我們以駕駛室頂蒙皮為例設(shè)計頂蒙皮數(shù)模，激光切割拉延邊和天窗玻璃孔，見圖3。實(shí)際壓制成型的頂蒙皮是帶有拉延片體的，見圖4。模具成型后將這些拉延片體與孔洞一并切割。

圖3 駕駛室頂蒙皮

圖4 頂蒙皮拉延片體

設(shè)計完成數(shù)模后，還要設(shè)計出頂蒙皮的切割定位工裝，使鈑金工序件可靠的定位在三維激光切割機(jī)的工作平臺上。見圖5。

圖5 頂蒙皮定位工裝

2 切割工件材料及形狀要求

本文所研究的對象是工程機(jī)械覆蓋件，是使用厚度為3.0mm/2.0mm/1.5mm 的08AL 或ST14 等薄鋼冷軋鋼板材料制成，這種材料的化學(xué)成分，含C<0.08，Mn<0.40，P<0.020，S<0.030，Al>0.015，主要物理性能，屈服強(qiáng)度σs=130～210MPa，抗拉強(qiáng)度σb≥270MPa，斷后伸長率≥34%，屬于深拉伸級冷軋鋼板，將這種薄板經(jīng)過模具拉深，產(chǎn)生塑性變形，形成一定形狀和尺寸的毛坯件。覆蓋件多采用沖壓成型，剛性好，外形尺寸由模具保證，零件沖壓后再進(jìn)行裁邊處理即可使用，但是這種模具造價高，設(shè)計復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，不適宜工程機(jī)械覆蓋件多品種、多規(guī)格、小批量生產(chǎn)，這就決定了工程機(jī)械覆蓋件生產(chǎn)不可能像汽車車身蒙皮那樣采用大批量的沖壓成型技術(shù)生產(chǎn)線。因此，此類工件經(jīng)過簡易模具壓制成型后即可采用三維激光切割機(jī)進(jìn)行孔洞切割，大大節(jié)省了復(fù)雜模具的資金投入。圖6 所示三維激光切割機(jī)切割工程機(jī)械覆蓋件實(shí)例，圖是某小型中型挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)罩側(cè)面散熱孔的切割加工。

圖6 某型號挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)罩散熱孔切割實(shí)例

3 切割工藝特點(diǎn)

激光切割后的切口有一定的錐度，且斷面會留下很淺的熱影響層，但與其他切割方法比較，切割同等厚度的同種材料，利用激光切割速度最高，切口寬度最小。

同等厚度同種材料采用一定功率的激光切割時，輔助氣體活性越大、壓力越大，切口寬度越小。若焦點(diǎn)位于材料表面下方1/3 板厚處，切割深度最大，切口寬度最小。并且激光光束與噴氣流同軸度越高，切口寬度越小，切割質(zhì)量越高。

4 激光切割工藝流程

采用三維激光切割機(jī)切割工程機(jī)械覆蓋件孔洞時，首先要建立三維數(shù)字模型，再依據(jù)三維數(shù)字模型設(shè)計拉伸模具和編制數(shù)控切割程序，然后壓制產(chǎn)品毛坯件，最后進(jìn)行切割加工。

具體工藝流程為：建立產(chǎn)品數(shù)?！幊獭鲎矙z測→確定定位點(diǎn)→模擬切割→設(shè)置切割參數(shù)→生成程序→實(shí)際加工。

5 結(jié)論與展望

三維激光切割技術(shù)在工程機(jī)械覆蓋件上的應(yīng)用廣泛，質(zhì)量穩(wěn)定，適合多品種、小批量生產(chǎn)，模具設(shè)計制造周期短，模具結(jié)構(gòu)簡單，造價較低。由于工程機(jī)械覆蓋件屬于鈑金件，品種多，批量小，并且近些年來人們不僅對設(shè)備的質(zhì)量要求越來越高，而且對外觀上要求也越來越高，自由曲面造型在各大品牌產(chǎn)品上的應(yīng)用比比皆是，也各類工程機(jī)械上展示的淋漓盡致，因此，必須開發(fā)滿足此類要求的模具來生產(chǎn)加工這些自由曲面零部件，模具的開發(fā)投入將相當(dāng)巨大，模具也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，不僅要拉伸出復(fù)雜的曲面造型，還要沖裁出各類安裝孔位。如果全部開發(fā)這樣的模具這給工程機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的資金壓力，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性，并能滿足市場需求，因此選擇采用結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的模具沖壓成型，再配合其它設(shè)備加工各種孔洞，一些尺寸較小是安裝配合孔可以選擇通用機(jī)床加工，但是也不能滿足一些產(chǎn)品的生產(chǎn)需要，如果采用人工鉆孔的形式則生產(chǎn)效率低，質(zhì)量無法保證。在此背景下，某工程機(jī)械企業(yè)購買了一臺上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪生產(chǎn)的三維激光切割機(jī)，進(jìn)行孔、洞的切割加工。經(jīng)過一段時間的使用，該設(shè)備完全滿足了該企業(yè)的生產(chǎn)需求，且生產(chǎn)任務(wù)飽和，設(shè)備利用率高。同時減少了開發(fā)模具上的投入，為企業(yè)的正常發(fā)展經(jīng)營奠定了基礎(chǔ)，提供了資金保障。該設(shè)備投入生產(chǎn)以來，未出現(xiàn)任何故障，生產(chǎn)效率大大提高，將難以加工的裝配孔完美的解決。

雖然加工覆蓋件上的孔洞使用三維激光切割機(jī)較為理想，可切割任意自由曲面的孔洞，但該設(shè)備價格昂貴，使用成本較高，生產(chǎn)之前需要建模和編程，對技術(shù)人員的要求高。

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，三維激光切割機(jī)的應(yīng)用范圍會更加廣泛，生產(chǎn)成本會逐步降低，操作會更加便捷。

在生產(chǎn)過程中要不斷總結(jié)經(jīng)驗，探索更好更新的生產(chǎn)工藝和參數(shù)，拓展設(shè)備的使用范圍，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。