机床钣金件加工工艺的优化设计

周 讷

（城林环保技术（上海）有限公司，上海 200000）

钣金件是一种通过钣金工艺加工得出的产物，当前钣金件的应用十分广泛，在金属控制柜、电池包等领域当中都受到了人们的高度使用。同时，当前机械加工产业的发展不断加快，因此对于钣金工艺而言提出了更高的要求，选择一种最为恰当的钣金工艺，提高钣金件的质量和生产标准，是当前相关领域研究人员重点关注的话题。传统钣金件加工工艺需要使用的加工设备较多，并且针对不同类型的钣金件需要配备不同的处理方法[1]。由于不同处理方法在实际应用中会造成钣金件的质量以及性能都存在巨大差异，因此最终生产的同一批钣金件之间都会出现不同质量和性能，造成整个钣金件加工工艺的水平无法达到规定标准[2]。由于当前部分钣金件加工工艺设计人员的专业素质和水平都有待提升，相关企业也没有对工艺技术升级给予更多的重视，因此也造成了加工效率低、质量不过关的问题。由于上述各种原因的存在，使得当前机床钣金件加工工艺始终无法得到有效的发展[3]。基于此，本文开展机床钣金件加工工艺的优化设计研究。

1 机床钣金件加工工艺的优化设计

1.1 构建钣金件加工工艺信息模型

为了确保对机床钣金件加工工艺的优化设计具备有效性，可采用构建钣金件加工工艺信息模型的方式，为加工工艺的实施提供充足的信息作为支撑。在构建模型过程中，需要对模型构建信息进行获取，获取的信息应包括钣金件的几何数据、钣金件构成材料、加工钣金件所需要控制的精度、执行加工工艺过程中涉及的相关信息。综合上述分析，也可将建立本章提出模型的过程为将信息进行简化处理的过程[4]。常规情况下，对设计模型过程中涉及信息的有效表达是一件较为困难的工作，而产生此种问题的原因主要在于与钣金件加工的相关信息结构较为复杂，倘若直接将钣金件信息进行简化表达，又无法有效的为后期工作实施做出支撑。因此，在设计模型过程中，应选择一个信息的平衡切入点，以较为简单的信息数据，呈现一种较为复杂的钣金件加工过程。

目前，金属加工市场内较为常用的钣金件信息描述方法包括：零构件编码方法、元素性能描述方法等，而本章模型将集成多种方法所具备的优势，对钣金件特征进行描述，并根据不同定义间的拓扑关系，对钣金件加工工艺信息进行描述。综合上述分析，对本章提出的模型结构进行设计，如下图1所示。

图1 钣金件加工工艺信息模型示意图

按照上述图1所示的结构，在完成对钣金件加工工艺信息的相关描述后，对不同信息进行特征分类，考虑到在此过程中的特征信息存在固定性较强的特点，因此，可也在描述中采用链式码的方式，对模型进行表达。除此之外，在对信息进行诠释与描述的过程中，应尽量采用柔性的方式，对信息进行多维度的诠释[5]。例如，针对钣金件加工某个环节中的具体零构件，可从其设计精度（0.01范围内）、设计几何面数量、设计尺寸等层面进行分别描述，通过此种方面，确保模型中提供信息的全面性。

1.2 钣金件几何形状特征描述

为实现对钣金件的高精度加工，本文采用特征批核的方法对钣金件几何形状特征进行描述。首先，将钣金件划分为多个具有简单特征的结构，通过简单结构的组合表示该办几件的几何形状特征。在实际应用过程中，由于不同类型钣金件当中包含的几何形状特征通常差异较大，因此建立统一的钣金件加工工艺信息模型会造成大量信息冗余问题产生[6]。在优化设计过程中，钣金件的几何形状特征对加工方法的选择、工序的确定有着较大的影响。因此在对钣金件进行描述时，还需要从工艺性的相似度角度出发。在采用上述特征描述的基础上，结合决策树，构建几何形状特征树结构，并对其分别进行操作编码。表1为钣金件不同几何形状特征树定义表。

表1 钣金件不同几何形状特征树定义表

采用上述钣金件不同几何形状特征树定义的方式完成对多种不同几何形状特征的描述，并对所定义的几何形状特征进行数值描述。而这些几何形状特征的具体数值通常实在加工过程中进行描述。因此，针对简单结构可直接进行数值描述，而针对复杂结构还应当对其设置相应的几何形状特征编码。针对每一个钣金件加工设计图纸对应一个双向链表，一个几何结构特征对应一双向链当中的一个节点，以此完成对钣金件结构上所有结合形状特征的数值描述。在实际应用中不仅可以有效降低后续数控机床加工参数的计算量，同时还能够减少数控机床加工操作程序的开发工作量。

1.3 钣金件加工精度误差补偿

考虑到钣金件加工工艺对于精度的要求较高，此种高精度的需求也是确保钣金件加工件可实现保质保量完成的关键。在进行钣金件加工工艺精度的分析过程中，倘若忽视了对精度的控制，不仅会对连续生产行为的实施造成抑制，同时也会在一定程度上影响到钣金件加工件的脱膜处理行为，从而导致钣金件加工成本的显著性提升、钣金件加工件在投入市场后存在使用寿命等问题。因此，本章将结合GB/Ti工艺生产标准，对钣金件加工精度误差进行补偿，通过此种方式实现对钣金件加工件的高质量输出。

其一，在补偿精度误差过程中，可从钣金件加工模型的几何形状层面入手，对加工的钣金件在干燥且恒温的条件下，进行几何尺寸测量，并按照标准化的计算方式，对钣金件加工件的延展率与收缩率进行计算。在确保几何边平整光滑的前提下，预制补偿材料，即在完成对钣金件的加工后，控制其收缩率，并在钣金件加工件未完成脱模的前提下，对其进行收缩补偿[7]。对加工钣金件进行脱模处理属于优化工艺的最终环节，因此，此步骤误差补偿工作的实施是至关重要的。

其二，对钣金件存在的排水、排气、脱水等造成的现象进行精度补偿。常规情况下，在完成对钣金件的加工工艺处理后，需要将完成设计钣金件进行清洁处理。此过程将涉及到对钣金件的降温，而不同钣金件构成材质在受到温度变化的影响下，所产生的误差问题是不同的，因此，也综合钣金件的构成材料，分析不同材料的热胀冷缩性能，以此作为精度误差补偿的标准，从而降低外界相关影响因素对钣金件加工处理的精度影响。完成对传统工艺的优化设计。

2 对比实验

本文通过上述论述完成对机床钣金件加工工艺的优化设计，为进一步验证优化后的加工工艺在实际应用中的效果，将优化后的加工工艺与优化前的加工工艺按照相同的钣金件图纸设计要求对钣金件进行加工，从而验证本文优化后的加工工艺在实际应用中的优势。为保证本文完成对比实验后，得出的实验结果具有公正性，在分别利用优化前和优化后的加工工艺进行对钣金件加工室，除了本文上述优化的环节存在差异外，其余工艺条件应当保证基本完全相同。同时在实验过程中，两种加工工艺均采用统一型号的数控加工机床。设置实验过程中，数控加工机床的运行电压控制在22V，主转轴的转速控制在1500 r/min～2000 r/min范围以内，数控机床加工设备中的电解液内部配置压力为1.25MPa，脉冲的频率设置为27.25kHz。在实验过过程中，针对两种加工工艺的规程，本文利用解析器对其进行解析，以此方便对两种工艺的工艺效果进行评价。利用测量工具，对两种加工工艺生产的钣金件各个结构参数进行测量，并将其与设计图纸进行比较，计算得出加工误差，将所有结构的加工误差相加，并绘制成如表2所示的实验结果对比表。

表2 两种加工工艺实验结果对比表

从表2中的实验结果可以看出，本文加工工艺的加工误差明显小于传统加工工艺的加工误差。因此通过对比实验进一步验证，本文优化后的加工工艺具有更高的加工精度。

3 结束语

相关钣金件加工的研究，一直是工业化生产的关注重点，为了进一步提升钣金件加工的精度，本文开展了机床钣金件加工工艺的优化设计的研究。从多个角度完成对本文方法的设计后，提出对比实验，证明了本文设计的优化方法，在对钣金件进行实际生产与设计的过程中，设计成品误差较传统方法更低，因此，可认为本文设计的优化方法满足工业化生产需求。