機(jī)床鈑金零件基礎(chǔ)構(gòu)造與其工藝

摘要：機(jī)床鈑金零件在制造和加工過程中具有一定的特殊性，加工出來的鈑金零件與機(jī)床的外觀、加工設(shè)備和加工工藝要求有直接關(guān)系，本文結(jié)合機(jī)床鈑金零件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)對加工機(jī)床外觀進(jìn)行研究分析，探析在設(shè)計(jì)機(jī)床鈑金零件時(shí)要注意哪些問題，針對這些問題提出建議，從而完善機(jī)床鈑金零件基礎(chǔ)構(gòu)造與工藝。

關(guān)鍵詞：機(jī)床鈑金；零件；基礎(chǔ)構(gòu)造；工藝

前言

機(jī)床鈑金零件制造主要分為三個(gè)步驟：第一步是對飯料進(jìn)行控剪、切割、折彎；第二步是對切割好的零件焊接成型；第三步是對焊接好的零件進(jìn)行噴涂。在整個(gè)機(jī)床鈑金零件的加工與制造過程中，由于沒有固定的模具，在生產(chǎn)過程中無法實(shí)現(xiàn)大量的生產(chǎn)，一般都是少量的生產(chǎn)加工[1]。本文通過研究機(jī)床鈑金零件機(jī)構(gòu)與工藝，為機(jī)床鈑金零件的加工提出參考建議。

1.機(jī)床的外觀對鈑金零件設(shè)計(jì)要求

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，對機(jī)床鈑金零件加工工藝的進(jìn)步產(chǎn)生極大影響。為了滿足機(jī)床外觀的要求，在設(shè)計(jì)機(jī)床鈑金零件時(shí)應(yīng)該采用隱蔽的設(shè)計(jì)方法，可采用內(nèi)折邊的方法將相鄰的鈑金件的邊緣朝著里面進(jìn)行折邊，再進(jìn)行包邊處理。這樣能夠提高鈑金零件的強(qiáng)度，提升鈑金零件防塵防水的效果[2]。例如：鈑金上下殼的防水設(shè)計(jì)、氣象預(yù)警發(fā)布機(jī)的防水外殼設(shè)計(jì)等，都采用了隱蔽的設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法上，通過使用計(jì)算機(jī)完成對鈑金零件的計(jì)算，這就是最常見的CAD法，這種方法運(yùn)作高效、操作可靠，是值得推廣的方法。機(jī)床的外觀要求鈑金零件棱邊要光滑，接縫要求整齊均勻，并且鈑金零件的棱邊和接縫不能出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象。圓弧面在焊接時(shí)也不能出現(xiàn)接縫，在處理時(shí)要采用斜接縫的方法。

以CAD和CAM進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)能夠提高設(shè)計(jì)過程的智能化和數(shù)字化，從而加快設(shè)計(jì)的進(jìn)程，同時(shí)還能夠?yàn)殁k金類零件的更新提供更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方案[3]。基于現(xiàn)階段鈑金類零件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)可將其分為2D造型和3D造型，兩種方法比較起來，2D造型僅需要三種設(shè)計(jì)方法即可實(shí)現(xiàn)，其中包括面素拼正法、編碼法和尺寸輸入法；而3D造型則相對復(fù)雜，其中以體素拼正法為主要設(shè)計(jì)方法。由于在設(shè)計(jì)中采用不同的CAD和CAM設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其功能體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)方式間均存在一定的差異性，同時(shí)在參數(shù)設(shè)定過程中也可以根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，另外還能夠?qū)?shù)的變化范圍進(jìn)行限制，比如說，在采用目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化法進(jìn)行排樣時(shí)，通過對X軸參數(shù)移動的范圍和Y軸參數(shù)移動的范圍進(jìn)行限定，之后在對模塊類型進(jìn)行選擇即可通過算法得出函數(shù)的關(guān)系式，進(jìn)而對鈑金零件的規(guī)格進(jìn)行設(shè)定。

在參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)中所采用的三種算法分別為計(jì)算法、查表法和公式計(jì)算法，其中第一種和第三種算法是通過自行設(shè)計(jì)而得出零件的規(guī)格和三維模型，而查表法則是將工具書中給定的參數(shù)直接按照要求輸入軟件生成零件的模型，可通過調(diào)節(jié)參數(shù)值改變零件的規(guī)格。

綜上分析能夠看出，在鈑金零件的設(shè)計(jì)過程中，簡單的設(shè)計(jì)方法通常也能夠?qū)崿F(xiàn)零件的設(shè)計(jì)，但是零件的規(guī)格則很難控制，若設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)相對不足則很有可能導(dǎo)致零件規(guī)格不合乎實(shí)際要求，造成設(shè)計(jì)失敗。故在設(shè)計(jì)過程中一定要多借鑒前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)的鈑金零件設(shè)計(jì)。

2.機(jī)床的加工能力對鈑金類零件構(gòu)造的影響

機(jī)床鈑金零件在設(shè)計(jì)時(shí)，零件的構(gòu)造一定要在機(jī)床設(shè)備的加工能力范圍之內(nèi)，如模具的最大抗壓力、折彎的最大值等，因?yàn)槿绻k金零件的構(gòu)造超出了機(jī)床設(shè)備的承受范圍，就會損壞機(jī)床和模具[5]。一般情況下，制作鈑金零件的材料厚度相同時(shí)，折邊的最小長度一般要保持在折彎開口允許的最小范圍內(nèi)。如果加工的鈑金零件在折邊上有孔，在折彎時(shí)出現(xiàn)孔拉伸變形的問題，那就要注意了在

調(diào)整尺寸時(shí)把握好大小，這對鈑金零件的制造有著重要的影響。因此，在對鈑金零件彎折過程中不能對下模有任何影響，可以利用下模的V形槽，實(shí)現(xiàn)了鈑金零件加工范圍的擴(kuò)大，滿足了對一些特殊鈑金零件加工的需要。

2.1如何計(jì)算折彎時(shí)的壓力

我們以C620型號的鈑金零件為例，按照折彎壓力計(jì)算方法，我們用A代表折彎過程中承受壓力的大小，L表示需要進(jìn)行折彎的板料的寬度，用C表示鈑金零件折彎過程中V形模具開口的尺寸，得出的折彎壓力公式是A=2*650LC。在對板料進(jìn)行折彎處理時(shí)，施加的壓力不能大于折彎設(shè)備所能承受的壓力，如果在折彎過程中超出了設(shè)備所都能承受的壓力范圍，那會對機(jī)床減少機(jī)床的使用壽命，嚴(yán)重的還會直接破壞機(jī)床，影響生產(chǎn)的進(jìn)行[6]。

2.2 V形開口于折邊尺寸的關(guān)系

我們還是以C620型號的鈑金零件為例，在對板料進(jìn)行折彎處理時(shí)，模具的V形開口一般情況要比需要加工的板料厚7倍左右，以此我們可以得出模具V形開口與鈑金零件的折邊尺度B的關(guān)系，我們用C表示V形開口的尺寸，如果鈑金零件板料的厚度不一樣，它的折邊尺寸也會不一樣，通常情況如果鈑金零件的板料厚度相同，那么就會選擇使用最小允許范圍的折彎V形開口能夠使用的長度[7]。

通過對C620型號鈑金零件的分析能夠看出，在制造過程中，機(jī)床的加工能力直接決定了其對設(shè)計(jì)元素的表現(xiàn)力，若機(jī)床的加工能力不能夠滿足設(shè)計(jì)的需求則會導(dǎo)致設(shè)計(jì)雖然成功但制造失敗，進(jìn)而造成產(chǎn)品生產(chǎn)失敗。這就需要在設(shè)計(jì)的過程中充分考慮到機(jī)床的加工能力，避免設(shè)計(jì)與制造的對接出現(xiàn)問題。

3.加工工藝對機(jī)床鈑金零件結(jié)構(gòu)的影響

加工工藝對機(jī)床鈑金零件基礎(chǔ)構(gòu)造有非常重要的影響，在零件基礎(chǔ)構(gòu)造的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該對加工工藝考慮充分認(rèn)真研究，使零件達(dá)到能夠加工的效果[8]。例如，在加工某一腔型結(jié)構(gòu)的鈑金零件時(shí)，在處理零件表面時(shí)為了避免槽液造成的污染，在對零件的溢水孔設(shè)計(jì)時(shí)就要認(rèn)真研究。懸掛噴涂零件表面的過程中需要對零件已有孔加以利用，但是對于比較重的鈑金零件來說，使用已有孔并不適合，還需要加設(shè)工藝孔以滿足吊裝的需要。同時(shí)還要充分考慮到零件的重心位置，以免因重心偏移引起零件傾斜、磕碰影響加工質(zhì)量。為了減小零件焊接引起的變形，對于薄板類鈑金零件的加工，最好選擇點(diǎn)焊或者氣體保護(hù)焊這兩種方式進(jìn)行焊接。

而對于零件制造過程中切削工藝來說，我國目前的實(shí)際制造過程中，最常用的一種方法仍是直接用切削，但是現(xiàn)代工藝制造中，對于產(chǎn)品的表面粗糙程度以及產(chǎn)品整體的精確度有著極高的要求，因此在實(shí)際操作中就必須要排除機(jī)器、工件以及外界種種因素的影響[9]。比如說要想提高機(jī)床的加工精度，就必須要保證機(jī)床在剛度上符合要求，同時(shí)不會受到溫度的影響而產(chǎn)生變形現(xiàn)象，還要具備良好的抗震性。想要滿足這些要求，要從兩方面著手：一是在具體切削中要提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速，能夠達(dá)到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)；二是要采用更加先進(jìn)的技術(shù)，比如空氣靜壓軸承技術(shù)、精密控制技術(shù)等來達(dá)到要求[10]。

通過以上理論的分析能夠看出，在鈑金零件的制作過程中，若加工工藝不能夠達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的需求，則會造成零件設(shè)計(jì)過程中的所有高水準(zhǔn)設(shè)計(jì)很難實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)中不能夠符合設(shè)計(jì)的初衷，造成鈑金零件的制造失敗。

4.機(jī)床鈑金類零件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

機(jī)床鈑金零件在基礎(chǔ)構(gòu)造和工藝的設(shè)計(jì)中要注意以下問題：

4.1提高鈑金零件的強(qiáng)度

可以把鈑金零件的折邊尺寸加大或者增加鈑金零件的尺寸，也可以采用增加槽鋼或增加筋板的加工方法，達(dá)到鈑金零件強(qiáng)度和硬度的提高[11]。但是，在這個(gè)過程中要注意不能為了提高鈑金零件的強(qiáng)度，把鈑金零件的材料厚度增高，雖然這樣能夠提高鈑金零件的強(qiáng)度，但是會使鈑金零件的重量增加。這就需要在未來的鈑金零件設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行新材料的開發(fā)，通過開發(fā)新型材料提高鈑金零件的強(qiáng)度，避免為提高零件強(qiáng)度而增加其厚度的情況出現(xiàn)，從而提高零件的適用性。

4.2控制切割和研磨

在對鈑金零件進(jìn)行拆解時(shí)，應(yīng)該注意要在材料上直接將孔給出，避免人工進(jìn)行材料的配孔，這樣就避免在數(shù)控沖床或者切割過程中，出現(xiàn)不能對板料直接進(jìn)行切割的情況[12]。同時(shí)在超精密研磨技術(shù)中，要使加工物體的表面粗糙度能夠達(dá)到1～2um，并進(jìn)行原子級的研磨拋光硅片。傳統(tǒng)方法中的磨削、研磨和拋光等工藝已經(jīng)無法滿足時(shí)代的要求。在切割的過程中則需要采用現(xiàn)代的制造工藝，以提高產(chǎn)品的整體精確度，在這一過程中首先應(yīng)該提高機(jī)床的加工精度，通過計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)進(jìn)行精度調(diào)節(jié)，同時(shí)以先進(jìn)的精度修正技術(shù)將誤差控制在極小的范圍之內(nèi)，盡最大可能提高鈑金零件的制造精度，以提高零件的整體質(zhì)量。

4.3了解折彎加工能力

在進(jìn)行折彎的零件的設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對現(xiàn)有設(shè)備所具有的折彎加工能力進(jìn)行了解，清楚現(xiàn)有的設(shè)備加工能力是否能夠滿足板材直接折彎成形的需要[13]。注意不能人為的對零件進(jìn)行拆分，然后再將各分件進(jìn)行拼裝接焊。了解折彎加工能力，對提高鈑金零件的韌性和韌性的應(yīng)用有直接關(guān)系，在零件設(shè)計(jì)過程中，材料的選擇對零件最終的折彎加工有著極其重要的意義，同時(shí)對現(xiàn)有的設(shè)備加工能力要有一個(gè)充分的了解，使其能夠滿足設(shè)計(jì)中對零件折彎成形的需求。換言之則是需要在設(shè)計(jì)的過程中充分考慮設(shè)備的加工能力，避免因設(shè)計(jì)要求較高而導(dǎo)致生產(chǎn)失敗。

4.4以制造能力調(diào)整設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行機(jī)床鈑金零件設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際情況的需要對零件的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，對于某些零件的加工，因?yàn)閷α慵Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的調(diào)整，即使加工時(shí)間增加了一些，但是材料利用率卻有了大幅度的提高，整體算下來成本節(jié)約了很多[14]。單純追求設(shè)計(jì)的先進(jìn)性而不考慮制造能力，會造成設(shè)計(jì)出來的圖紙?jiān)趯?shí)際制造過程中無法應(yīng)用的情況，這就是設(shè)計(jì)人員對制造能力了解的不夠充分。故在零件的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮實(shí)際制造能力，以制造能力為基礎(chǔ)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，從而使設(shè)計(jì)出來的圖紙能夠滿足實(shí)際的需求，同時(shí)制造機(jī)床也能夠滿足零件的生產(chǎn)需求，從而保證零件制造過程的順利進(jìn)行。

5.結(jié)論

綜上所述，機(jī)床鈑金零件的基礎(chǔ)構(gòu)造及其工藝受機(jī)床外觀、設(shè)備加工能力以及加工工藝等多方面的影響。鈑金零件在設(shè)計(jì)的階段就要對其結(jié)構(gòu)的影響因素加以充分的考慮，使得零件設(shè)計(jì)具有可加工性。工藝師們在實(shí)際的工作中要善于總結(jié)問題，積極分析，找到解決方案，不斷的對鈑金零件的加工進(jìn)行優(yōu)化，使得機(jī)床鈑金零件的結(jié)構(gòu)和工藝不斷完善，創(chuàng)造更高的價(jià)值。本文針對機(jī)床鈑金類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對其零件的加工設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析，總結(jié)出了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，對機(jī)床鈑金類零件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)有著一定的理論支持。幫助進(jìn)一步完善機(jī)床鈑金類零件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝。

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作者簡介：周海鑫（1979-），工程師，現(xiàn)從事電力行業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝方面的研究工作。