淺議工程機械鈑金件制造工藝

李艷萍

（寧夏六盤山水務有限公司，寧夏固原 756000）

我國經過近20 年以及多種方式的技術創新，已經提升了工程機械行業的技術水平，并逐漸接近國外先進水平，國產品牌已經占到我國工程機械市場的90%以上，同時我國工程機械產品源源不斷的銷往世界100 多個國家和地區，得到廣大客戶的青睞，產品的自主研發和創新已經成為我國工程機械產業實現由“制造大國”向“制造強國”轉變的必經之路。

長期以來，工程機械生產企業都把對駕駛室、覆蓋件的設計看作是整機設計的一項附屬工作，近年來，隨著工業造型設計在工程機械產品開發中的應用，才越來越被重視，駕駛室的人性化、安全性、舒適性設計，以及覆蓋件空間自由曲面的流暢造型已列入新產品開發的重要內容。

盡管工程機械駕駛室設計和汽車車身設計有很多相同之處，但工程機械工作環境、作業特點和機械構造有很大差別，決定了工程機械駕駛室和覆蓋件設計獨有的特點，主要表現在：工程機械駕駛室大部分屬于有骨架駕駛室，雖然都屬于非承重結構，但對駕駛室承受側載、垂直載荷、縱向載荷和側向吸收變形能的要求要比汽車車身嚴格得多；出口產品的駕駛室必須有符合國際標準要求的ROPS 和FOPS。

工程機械覆蓋件材料薄、結構尺寸大、形狀復雜，一般多為空間自由曲面，覆蓋件表面質量要求高，尺寸精度和表面粗糙度均要求較高，并且工程機械覆蓋件多為小批量，多品種產品，不易實現自動化生產。

綜上，如果采用簡單模具成型，用三維激光切割機完成各種孔的加工，這樣將大大降低模具開發、制造成本，更加符合小批量、多品種的生產需要。

1 駕駛室工藝

要完成鈑金件的切割，首先要根據產品特點、使用要求設計出產品的數字模型，如某工程機械駕駛室，見圖1。

圖1 挖掘機駕駛室結構三維數字模型

這是一款骨架式駕駛室，將呈一定截面形狀的型材，經過彎曲加工，焊合成駕駛室骨架，再將壓制、切割成型的鈑金件蒙于骨架上，焊接牢固即可成型。骨架圖見2。

圖2 駕駛室骨架

該駕駛室主要由以下鈑金類零部件組成：頂蒙皮、右外蒙皮、左后蒙皮、后蒙皮和門內外蒙皮組成。（表1）

表1

我們以駕駛室頂蒙皮為例設計頂蒙皮數模，激光切割拉延邊和天窗玻璃孔，見圖3。實際壓制成型的頂蒙皮是帶有拉延片體的，見圖4。模具成型后將這些拉延片體與孔洞一并切割。

圖3 駕駛室頂蒙皮

圖4 頂蒙皮拉延片體

設計完成數模后，還要設計出頂蒙皮的切割定位工裝，使鈑金工序件可靠的定位在三維激光切割機的工作平臺上。見圖5。

圖5 頂蒙皮定位工裝

2 切割工件材料及形狀要求

本文所研究的對象是工程機械覆蓋件，是使用厚度為3.0mm/2.0mm/1.5mm 的08AL 或ST14 等薄鋼冷軋鋼板材料制成，這種材料的化學成分，含C<0.08，Mn<0.40，P<0.020，S<0.030，Al>0.015，主要物理性能，屈服強度σs=130～210MPa，抗拉強度σb≥270MPa，斷后伸長率≥34%，屬于深拉伸級冷軋鋼板，將這種薄板經過模具拉深，產生塑性變形，形成一定形狀和尺寸的毛坯件。覆蓋件多采用沖壓成型，剛性好，外形尺寸由模具保證，零件沖壓后再進行裁邊處理即可使用，但是這種模具造價高，設計復雜，生產周期長，不適宜工程機械覆蓋件多品種、多規格、小批量生產，這就決定了工程機械覆蓋件生產不可能像汽車車身蒙皮那樣采用大批量的沖壓成型技術生產線。因此，此類工件經過簡易模具壓制成型后即可采用三維激光切割機進行孔洞切割，大大節省了復雜模具的資金投入。圖6 所示三維激光切割機切割工程機械覆蓋件實例，圖是某小型中型挖掘機發動機罩側面散熱孔的切割加工。

圖6 某型號挖掘機發動機罩散熱孔切割實例

3 切割工藝特點

激光切割后的切口有一定的錐度，且斷面會留下很淺的熱影響層，但與其他切割方法比較，切割同等厚度的同種材料，利用激光切割速度最高，切口寬度最小。

同等厚度同種材料采用一定功率的激光切割時，輔助氣體活性越大、壓力越大，切口寬度越小。若焦點位于材料表面下方1/3 板厚處，切割深度最大，切口寬度最小。并且激光光束與噴氣流同軸度越高，切口寬度越小，切割質量越高。

4 激光切割工藝流程

采用三維激光切割機切割工程機械覆蓋件孔洞時，首先要建立三維數字模型，再依據三維數字模型設計拉伸模具和編制數控切割程序，然后壓制產品毛坯件，最后進行切割加工。

具體工藝流程為：建立產品數模→編程→碰撞檢測→確定定位點→模擬切割→設置切割參數→生成程序→實際加工。

5 結論與展望

三維激光切割技術在工程機械覆蓋件上的應用廣泛，質量穩定，適合多品種、小批量生產，模具設計制造周期短，模具結構簡單，造價較低。由于工程機械覆蓋件屬于鈑金件，品種多，批量小，并且近些年來人們不僅對設備的質量要求越來越高，而且對外觀上要求也越來越高，自由曲面造型在各大品牌產品上的應用比比皆是，也各類工程機械上展示的淋漓盡致，因此，必須開發滿足此類要求的模具來生產加工這些自由曲面零部件，模具的開發投入將相當巨大，模具也是相當的復雜，不僅要拉伸出復雜的曲面造型，還要沖裁出各類安裝孔位。如果全部開發這樣的模具這給工程機械生產企業帶來巨大的資金壓力，應綜合考慮其經濟性，并能滿足市場需求，因此選擇采用結構簡單、造價低廉的模具沖壓成型，再配合其它設備加工各種孔洞，一些尺寸較小是安裝配合孔可以選擇通用機床加工，但是也不能滿足一些產品的生產需要，如果采用人工鉆孔的形式則生產效率低，質量無法保證。在此背景下，某工程機械企業購買了一臺上海團結普瑞瑪生產的三維激光切割機，進行孔、洞的切割加工。經過一段時間的使用，該設備完全滿足了該企業的生產需求，且生產任務飽和，設備利用率高。同時減少了開發模具上的投入，為企業的正常發展經營奠定了基礎，提供了資金保障。該設備投入生產以來，未出現任何故障，生產效率大大提高，將難以加工的裝配孔完美的解決。

雖然加工覆蓋件上的孔洞使用三維激光切割機較為理想，可切割任意自由曲面的孔洞，但該設備價格昂貴，使用成本較高，生產之前需要建模和編程，對技術人員的要求高。

隨著科技的不斷發展和進步，三維激光切割機的應用范圍會更加廣泛，生產成本會逐步降低，操作會更加便捷。

在生產過程中要不斷總結經驗，探索更好更新的生產工藝和參數，拓展設備的使用范圍，為企業創造更大的經濟效益。