浅议工程机械钣金件制造工艺

李艳萍

（宁夏六盘山水务有限公司，宁夏固原 756000）

我国经过近20 年以及多种方式的技术创新，已经提升了工程机械行业的技术水平，并逐渐接近国外先进水平，国产品牌已经占到我国工程机械市场的90%以上，同时我国工程机械产品源源不断的销往世界100 多个国家和地区，得到广大客户的青睐，产品的自主研发和创新已经成为我国工程机械产业实现由“制造大国”向“制造强国”转变的必经之路。

长期以来，工程机械生产企业都把对驾驶室、覆盖件的设计看作是整机设计的一项附属工作，近年来，随着工业造型设计在工程机械产品开发中的应用，才越来越被重视，驾驶室的人性化、安全性、舒适性设计，以及覆盖件空间自由曲面的流畅造型已列入新产品开发的重要内容。

尽管工程机械驾驶室设计和汽车车身设计有很多相同之处，但工程机械工作环境、作业特点和机械构造有很大差别，决定了工程机械驾驶室和覆盖件设计独有的特点，主要表现在：工程机械驾驶室大部分属于有骨架驾驶室，虽然都属于非承重结构，但对驾驶室承受侧载、垂直载荷、纵向载荷和侧向吸收变形能的要求要比汽车车身严格得多；出口产品的驾驶室必须有符合国际标准要求的ROPS 和FOPS。

工程机械覆盖件材料薄、结构尺寸大、形状复杂，一般多为空间自由曲面，覆盖件表面质量要求高，尺寸精度和表面粗糙度均要求较高，并且工程机械覆盖件多为小批量，多品种产品，不易实现自动化生产。

综上，如果采用简单模具成型，用三维激光切割机完成各种孔的加工，这样将大大降低模具开发、制造成本，更加符合小批量、多品种的生产需要。

1 驾驶室工艺

要完成钣金件的切割，首先要根据产品特点、使用要求设计出产品的数字模型，如某工程机械驾驶室，见图1。

图1 挖掘机驾驶室结构三维数字模型

这是一款骨架式驾驶室，将呈一定截面形状的型材，经过弯曲加工，焊合成驾驶室骨架，再将压制、切割成型的钣金件蒙于骨架上，焊接牢固即可成型。骨架图见2。

图2 驾驶室骨架

该驾驶室主要由以下钣金类零部件组成：顶蒙皮、右外蒙皮、左后蒙皮、后蒙皮和门内外蒙皮组成。（表1）

表1

我们以驾驶室顶蒙皮为例设计顶蒙皮数模，激光切割拉延边和天窗玻璃孔，见图3。实际压制成型的顶蒙皮是带有拉延片体的，见图4。模具成型后将这些拉延片体与孔洞一并切割。

图3 驾驶室顶蒙皮

图4 顶蒙皮拉延片体

设计完成数模后，还要设计出顶蒙皮的切割定位工装，使钣金工序件可靠的定位在三维激光切割机的工作平台上。见图5。

图5 顶蒙皮定位工装

2 切割工件材料及形状要求

本文所研究的对象是工程机械覆盖件，是使用厚度为3.0mm/2.0mm/1.5mm 的08AL 或ST14 等薄钢冷轧钢板材料制成，这种材料的化学成分，含C<0.08，Mn<0.40，P<0.020，S<0.030，Al>0.015，主要物理性能，屈服强度σs=130～210MPa，抗拉强度σb≥270MPa，断后伸长率≥34%，属于深拉伸级冷轧钢板，将这种薄板经过模具拉深，产生塑性变形，形成一定形状和尺寸的毛坯件。覆盖件多采用冲压成型，刚性好，外形尺寸由模具保证，零件冲压后再进行裁边处理即可使用，但是这种模具造价高，设计复杂，生产周期长，不适宜工程机械覆盖件多品种、多规格、小批量生产，这就决定了工程机械覆盖件生产不可能像汽车车身蒙皮那样采用大批量的冲压成型技术生产线。因此，此类工件经过简易模具压制成型后即可采用三维激光切割机进行孔洞切割，大大节省了复杂模具的资金投入。图6 所示三维激光切割机切割工程机械覆盖件实例，图是某小型中型挖掘机发动机罩侧面散热孔的切割加工。

图6 某型号挖掘机发动机罩散热孔切割实例

3 切割工艺特点

激光切割后的切口有一定的锥度，且断面会留下很浅的热影响层，但与其他切割方法比较，切割同等厚度的同种材料，利用激光切割速度最高，切口宽度最小。

同等厚度同种材料采用一定功率的激光切割时，辅助气体活性越大、压力越大，切口宽度越小。若焦点位于材料表面下方1/3 板厚处，切割深度最大，切口宽度最小。并且激光光束与喷气流同轴度越高，切口宽度越小，切割质量越高。

4 激光切割工艺流程

采用三维激光切割机切割工程机械覆盖件孔洞时，首先要建立三维数字模型，再依据三维数字模型设计拉伸模具和编制数控切割程序，然后压制产品毛坯件，最后进行切割加工。

具体工艺流程为：建立产品数模→编程→碰撞检测→确定定位点→模拟切割→设置切割参数→生成程序→实际加工。

5 结论与展望

三维激光切割技术在工程机械覆盖件上的应用广泛，质量稳定，适合多品种、小批量生产，模具设计制造周期短，模具结构简单，造价较低。由于工程机械覆盖件属于钣金件，品种多，批量小，并且近些年来人们不仅对设备的质量要求越来越高，而且对外观上要求也越来越高，自由曲面造型在各大品牌产品上的应用比比皆是，也各类工程机械上展示的淋漓尽致，因此，必须开发满足此类要求的模具来生产加工这些自由曲面零部件，模具的开发投入将相当巨大，模具也是相当的复杂，不仅要拉伸出复杂的曲面造型，还要冲裁出各类安装孔位。如果全部开发这样的模具这给工程机械生产企业带来巨大的资金压力，应综合考虑其经济性，并能满足市场需求，因此选择采用结构简单、造价低廉的模具冲压成型，再配合其它设备加工各种孔洞，一些尺寸较小是安装配合孔可以选择通用机床加工，但是也不能满足一些产品的生产需要，如果采用人工钻孔的形式则生产效率低，质量无法保证。在此背景下，某工程机械企业购买了一台上海团结普瑞玛生产的三维激光切割机，进行孔、洞的切割加工。经过一段时间的使用，该设备完全满足了该企业的生产需求，且生产任务饱和，设备利用率高。同时减少了开发模具上的投入，为企业的正常发展经营奠定了基础，提供了资金保障。该设备投入生产以来，未出现任何故障，生产效率大大提高，将难以加工的装配孔完美的解决。

虽然加工覆盖件上的孔洞使用三维激光切割机较为理想，可切割任意自由曲面的孔洞，但该设备价格昂贵，使用成本较高，生产之前需要建模和编程，对技术人员的要求高。

随着科技的不断发展和进步，三维激光切割机的应用范围会更加广泛，生产成本会逐步降低，操作会更加便捷。

在生产过程中要不断总结经验，探索更好更新的生产工艺和参数，拓展设备的使用范围，为企业创造更大的经济效益。