南 昌 尚 为 钣 金 公 司

Nanchang Sunway Sheet Metal Co. , Ltd.

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浅析钣金工艺设计现状及发展方向(新余钣金加工,新余激光切割加工)
来源: | 作者:jxjiangyou | 发布时间: 2019-06-24 | 480 次浏览 | 分享到:

浅析钣金工艺设计现状及发展方向

钣金与制作

18-03-1209:31
李季霞,华立学院管理学部部长,高工

作者简介 李季霞,华立学院管理学部部长,高级工程师,主要从事教学和工商管理研究。近年来,主持并参与了省级教改教研项目7项,在省级刊物发表论文5篇,指导国家级、省级大学生创新创业训练项目6项,2015年被评为广东省南粤优秀教师。

钣金工艺设计是指根据钣金件的工艺要求,为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序,实现对企业各种制造资源的合理调度,进而提高生产效率,实现生产效益的最大化。工艺设计的前端为零件设计,后端则为零件制造,因而钣金工艺设计作为中间环节连接钣金设计和制造。

钣金零件具有形状复杂多变、精度要求高、加工方法多种多样、生产批量小的特点,通常是通过采用不同的成形方法使毛胚产生塑性变形,以获得一定形状、尺寸和性能的零件。因此,钣金工艺设计主要有以下内容:确定成形方法,安排成形与辅助加工工序,选择加工设备与检测方法,确定工艺参数与条件,提出模具的设计任务等。

钣金工艺设计

钣金零件广泛用于家电、电工电器、汽车、航空航天、轨道交通、船舶、电站设备、医疗器械、容器封头制造等多种行业。近年来随着需求的增加,钣金加工发展快速,涉及从原材料到成品加工的各个过程。

钣金件工艺设计的决策

针对同样零件,不同工艺人员编制的工艺规程也有差异,但通常都会先进行图纸分析,确定毛坯类型,标识材料和确定毛坯尺寸;然后确定零件的特征元素,比如主要形状特征、辅助特征以及周边特征等。再依据特征制定粗略工艺流程,诸如成形过程、表面处理工序和工艺流程。最后确定具体的加工工序,像机床的选择、夹具的选择以及工序内容的编写等,如图1所示。

钣金加工基本工艺流程及主要加工工艺

钣金加工是针对6mm以下的金属板材,其加工工艺包括剪切、激光切割、数冲、折弯、焊接、铆接及表面处理等,如图2所示。目前的加工方式是非模具加工和模具加工并存,前者通过数控冲床、激光加工机、折床、铆钉机等加工工具对钣金进行加工的工艺方式,一般用于样品、多品种小批量零件的制作,成本相对较高。后者通过特定的模具进行加工,一般有落料模、成形模,主要用于批量生产,成本较低。

图1 钣金工艺规划

钣金工艺设计现状

⑴计算机辅助设计的广泛应用,使钣金工艺设计的质量得到大幅提高。

随着市场对钣金件需求量的增大,钣金设计已较普遍地使用软件,如SOLIDWORKS、RANDA、UG、PRO/E、CATIA、PROCAM 等, 这 些 软 件都能与数控机床集成,并能根据钣金件的三维信息,自动生成二维图,包括三视图,实现钣金件由建模-展开-排样,到最终生成数控代码,减轻了技术人员的工艺设计工作量,避免了人工计算展开时的出错,保证了工艺设计质量和加工质量。

⑵CAPP(计算机辅助工艺过程设计)系统逐步推广应用,有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平。

借助CAPP系统,使工艺人员从繁杂的工艺设计工作中解放出来,可以进行工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总、工艺流程和权限的管理与控制,解决了人工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定等问题,缩短了工艺设计决策过程,有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平。

同时,CAPP系统还可实现与企业其他应用系统CAD/CAM/PDM/ERP/MES等的集成,实现了工艺业务的信息化、集成化,并且实现了生产准备、制造过程、质量控制等领域的信息化,缩短了产品研发和生产周期,提高了产品质量,取得了显著的经济效益,促进了企业信息化建设,大大提升了企业核心竞争力。

但目前很多企业对CAPP系统的应用还停留在基础功能上,应用的深度还不够,对“设计经验”、“设计知识”得不到有效体现,不能解决企业有经验的工艺人员缺乏的问题。

图2 钣金加工工艺流程图

⑶钣金加工新技术及装备的应用,提升了钣金产品的加工工艺,提高了产品质量和生产效率。

对于现代钣金工艺来说,数控剪、冲、折和近些年发展起来的激光切割设备仍是钣金行业的首选设备,而作为钣金加工新技术装备的钣金柔性生产线,也呈现了需求增速,成为新技术、新工艺应用的亮点。

激光切割工艺作为传统“剪-切-冲”的替代工艺出现,具有灵活、柔性高的特点。随着小批量生产越来越普及,激光切割的需求也日益上升。由于激光切割的高柔性、高精度,三维设计技术的成熟与普及,用户可从中获益,从而达到降低成本、缩短工期的要求。

数控复合生产线是真正的实现了无人在旁留守的加工生产线,是由数控冲床、上下料系统、数控剪板以及板材仓库所组成的柔性加工生产线。其自动上料系统是通过吸盘把仓库板材吸到数控冲床上,并自动定位板材,通过电子感应器进行控制,不仅感应敏捷、正确而且降低了出错概率。另外,整张板材编程和加工一次性完成,可省去在不同工序反复上下料的过程,可实现套料加工,从而节省了材料,有效地提高了生产效率。

⑷现代技术装备的应用突破了传统工艺下的设计思想,降低了生产成本。

1)传统工艺下由几个工件组成的零件,现可以变成一个零件,数冲或激光切割+折弯一次完成,可减少工序,缩短制造工期,降低生产成本。

2)传统工艺下几个零件的焊接要配置专用夹具,利用激光切割加工,可使部件间采用类似木工榫的工艺,定位准,省时,焊接夹具简单,产品变形小,达到了缩短工期,降低成本,提高质量的目的。

3)多重折弯工艺在制造业已经比较普及,既消除了传统的加强筋,也可保证零件的刚性,从而达到产品质量高、制造成本低的目的。

4)利用激光切缝细、精度高的特点,一次切割(带微连接)配合四次折弯,完成四个工件,大大地缩短了制造工期。

5)随着榫卯结构的设计,使工件折弯后配合点焊工艺,就可完成整个流程,工件变形小,省去整形、打磨这些传统工序。

⑸我国钣金加工工艺整体水平相比发达国家还有差距。

近年来,尽管我国钣金工艺水平和工艺装备有了很大提升,但大多限于长三角、珠三角的大型企业,行业整体与美国、日本的同行比,还相对落后,且信息化程度比较低,于规模化、批量化乃至个性化生产而言,还需不断改进并采用先进制造工艺。

⑹工艺技术人员的短缺和钣金工艺技术培训跟不上形势,制约钣金产业的升级。

工艺技术人员的短缺,很多企业出现了青黄不接的现象,现有人员的专业水平跟不上知识结构的变化,大大折损了工作效率,制约了行业工艺水平的提高。钣金培训仍处于简单的机器操作和针对一些钣金工艺基本知识的教育上,还没有形成可持续发展的行业规范,技术工人短缺问题,使数控化、自动化水平程度不高的企业,其产品质量得不到保证,已经成为制约产业升级的突出因素之一。

钣金工艺设计发展方向

⑴建立“模块化工艺流程”和“典型工艺”,为钣金CAPP的通用化、自动化和集成化提供基础,通过“工艺的模块化”能有效地缩短工艺编制的时间,降低工艺编制过程出现问题的概率,减少工艺编制所需要的人力、物力,以更好地满足钣金生产制造“品种多、继承性强”的特点。

⑵在工艺设计上充分利用产品设计三维模型,结合CAPP系统的应用,实现产品、工艺、工装、制造以及检测调试等信息的传送和贯通。

⑶对于零件加工工艺,充分利用数控加工仿真系统、钣金加工仿真系统或者CAD/CAM系统等,实现与其集成,传递工艺技术参数信息,并引入机床设备和工艺装备的三维模型,利用工艺仿真过程和仿真结果,作为零件加工工艺过程模型。

⑷随着科技的发展,对钣金产品加工工艺要求大大提高,加工工艺多元化发展是趋向。数控复合生产线的普及,是钣金加工行业的发展趋势,可极大简化工艺,提高效率。

⑸激光加工信息智能化是未来发展趋势。激光加工技术是现代科学发展的产物,诸如激光切割技术、激光焊接技术、激光打孔技术和激光成形技术越来越多地应用于钣金加工。

⑹钣金制作工艺技术正朝着数字化、集成化和智能信息化的方向发展。体现为钣金加工设备由单机型向数控多机复合型转化,由多工序加工、人工辅助操作型向全过程一体化加工方式转化,由一般的过程自动化控制向网络化、智能化的自治管理的方向发展。

⑺钣金制作行业面临逐年降低制造成本的压力,工艺技术上的革新也是重要的方法之一。产品零件的设计工艺朝着低碳、环保、节能、节材的设计制造和消费理念发展,形成钣金工艺新特点。

⑻可视化工艺在线执行系统的开发与应用逐渐推广。该系统利用基于三维模型的工艺信息,通过三维可视化工艺过程模型或动画引导、控制操作人员进行生产。将条码技术应用于制造执行过程,严格执行工艺要求,强化对工艺执行过程的控制。

结束语

随着我国汽车、通信、轨道交通、航空航天、家电、医疗器械、容器封头制造等行业的快速发展,我国已经成为世界制造业中心,钣金加工也取得了空前发展,国外先进设备的引进,使装备与工艺技术也得到不断发展。全自动化的数控设备取代了过去简单的、精度低的半自动化钣金加工设备,钣金制造技术正朝着数字化、集成化和智能信息化的方向发展,作为连接钣金零件设计与制造的钣金工艺设计,也应顺应其发展变化,不断改善和提升。