钣金加工发展及工艺分析与改进研究

2022-08-22吕义伟邹剑秋解利伟中国华录松下电子信息有限公司

钣金与制作 2022年8期

文/吕义伟，邹剑秋，解利伟·中国华录·松下电子信息有限公司

导语

钣金加工具有加工灵活、适合小批量生产的特点，在机箱柜体、家电产品、五金制品等多个行业制造领域被广泛应用。本文主要针对小批量生产情况下，如何合理安排加工工艺及在钣金加工过程中可能出现的工艺问题进行分析并提出改进方案。

随着各种家电、仪器更新换代的速度加快，许多产品都是小型化、轻量化生产，钣金加工的优势尽显，如何快速满足各类产品需求是钣金加工过程中急需解决的问题。钣金加工工艺也随着社会的发展，不断突破传统的加工方式，由最初的手工钣金演变成冲压钣金，直至现阶段的数控钣金，使得钣金加工更精准、更智能。

钣金加工发展趋势设想

前些年，钣金加工设备主要是普通的冲床、激光机和折弯机，其缺点是加工定位精度低，加工尺寸往往依靠经验丰富的钣金加工操作人员来保证，这对于加工小而精的产品来说，难度很大。而随着自动化的发展越来越快，近些年，数控折弯机和激光冲床复合机被广泛应用到钣金制作行业，且随之演变出的编程软件更加提高了钣金加工的质量与加工效率。操作人员只需要调取编辑好的加工程序即可进行加工，对钣金加工操作人员的技能要求大大降低，也为加工出精度要求更高的产品提供了充分保障。

然而，现阶段数控钣金加工虽已普及，但在折弯工序中仍然以人力为主，在生产尺寸较长、重量较大的产品时，对于操作人员来说，劳动强度依然较大。虽然现阶段有折弯机械手的使用，但是受限于产品的特性，在钣金制作行业仍然未被广泛使用。能否在未来的发展中，设计出一种折弯随动装置，通过机床的API接口获取机床信号，辅助操作人员进行大尺寸产品的生产，这将大大降低操作人员的劳动强度。或者随着自动化的进一步发展，用折弯机械手完全替代人工作业也将是钣金制作行业发展的趋势。

钣金加工工艺介绍

钣金加工主要包括下料、折弯、焊接、铆接、成形等，而其中主要用到的工艺有下料、折弯和焊接。下文针对以上三项基础加工工艺进行简单介绍：

下料

钣金下料可分为冲切加工和激光加工两种。冲切加工是利用冲床结合模具进行加工的工艺。其优点是，加工的孔的尺寸精度和相对位置精度高，对于多孔的产品来说，加工效率高。但需要注意的是，使用的加工模具的间隙需要根据材料厚度及材料性质进行调整，若模具间隙过大，则冲切过后产品毛刺较大；若模具间隙过小，则会影响模具的使用寿命，严重时，造成模具损坏。进行产品的外形尺寸冲切时会有“接刀点”的残留，影响产品的外观。这样对于加工来说就会具有一定的局限性。而激光加工是利用聚焦的高功率光束照射到材料表面使其熔化，再利用辅助气体将熔融残渣吹掉的过程。其优点是节省购买加工模具的成本、加工速度快、切割不易变形、切割缝隙小且美观。随着激光冲床复合机的引入，大大提高了加工效率，且能更好地保证加工制品的尺寸精度，使得钣金下料工艺更精准，更高效。

折弯

钣金折弯要控制好最小折弯半径和折弯的延展系数。对于最小折弯半径而言，若半径过小，会使得材料拉伸延展性变强，当延展达到极限状态时，材料就会发生断裂。而对于折弯的延展系数，不同材料、不同V形槽宽度的折弯下模（图1）都会对其产生影响。就现阶段常用到的三种材料：铝板、钢板、不锈钢板来说，对于同种厚度，使用同种规格V形槽的折弯下模折弯时，不锈钢的延展系数最大，铝板的延展系数最小。且同种材料，选用的V形槽宽度不同，其折弯的延展系数也不同，通常V形槽宽度越大，延展系数越大。所以，要想折弯尺寸合格，在选用合适规格V形槽的前提下，计算好材料的延展系数是关键。但由于板材会有折弯回弹的属性，因此在折弯刀具的角度选择上，通常要选择小于折弯需求角度的刀具。现阶段最普遍的90°折弯，通常会选用86°的折弯刀具。

图1 不同V形槽宽度的折弯下模

焊接

在钣金加工过程中，为了增强连接处的强度，通常会进行焊接工艺处理。在钣金加工中常用到的焊接有气体保护焊、激光焊和电阻焊。但三种焊接的工艺不同，前两种焊接通常情况下会用到焊丝，但两者相比，后者的焊接效果更美观，但价格更高，且两种焊接的板材受热变形量大。电阻焊是利用上下电极头接触加热、加压的方式进行焊接的，如图2所示，其特点是不需要焊丝，焊接后板材变形量小。若零件焊接位置形状复杂，会对电极头形状有较高要求。

图2 电阻焊钣金件

钣金加工中的难点

在钣金加工过程中，无论是下料、折弯还是焊接工艺，都需要根据产品的特性，设计出合理、最优的加工工艺顺序，以确保产品在加工完成后符合产品的外观及质量要求。随着社会的快速发展，产品的结构逐渐向结构件的少量化、单个结构件的复杂化方向发展，因此，对钣金加工工艺的技术要求也越来越高。对于下料工艺而言，需要特别注意产品结构上的特殊工艺，如拉深工艺、凸包工艺等，这些工艺的成形方向、成形尺寸不同，机床在运动过程中对其结构的影响也不同，需要根据制品结构工艺的特点特殊处理；而对于折弯和焊接工艺，随着结构件的复杂化，非标刀具的使用也会越来越多，因此在加工编程中，要打破常规思维，可能需要设计出形式不同、非固定、非模式化的加工工艺程序。这就给钣金加工提出了许多难题，也成为了钣金加工工艺提升的难点。

钣金加工改进措施

钣金加工材料选择

在加工材料选择时，首先要确保所使用材料符合产品的材质及厚度要求。材料的厚度要在来料时做好测量确认，确保材料厚度在合理的公差范围内。在选择材料尺寸规格时，首先应考虑材料利用率，尽可能确保材料的高利用率；同时也要根据所加工同种材质、同厚度的产品综合考虑，同种材质、同厚度的板材规格最好不要多于三种，避免出现材料严重浪费，间接增加加工成本。其次，应从加工产品的实际情况出发，选取与其外形、轮廓尺寸相符的材料，确保整体产品的一体性和统一性；最后，为了进一步利用材料，大尺寸零件内部结构的废料部分可作为小尺寸零件的加工材料，这样可进一步提高材料利用率，节省加工材料。

孔缺结构设计

孔缺结构在钣金加工中不可或缺，在孔缺结构设计时，既要考虑产品的外观要求，同时也要满足产品的质量要求，便于加工的进行。应依据产品结构及产品的具体用途进行孔缺设计，要对孔缺位置、尺寸、形状、数量等作精准定位，为加工工序做好设计规划；为了更好地保证产品的强度质量，在孔缺结构设计时，要保证孔边距在两倍料厚之上；其次，应当依据具体问题具体分析，制定针对性优化加工工艺。如图3所示，在进行孔缺结构设计时，要控制好孔缺位置与折弯位置的距离，以免造成折弯后孔缺位置由于材料的延展而造成孔缺变形。