淺析鈑金工藝設計現狀及發展方向

作者簡介 李季霞，華立學院管理學部部長，高級工程師，主要從事教學和工商管理研究。近年來，主持并參與了省級教改教研項目7項，在省級刊物發表論文5篇，指導國家級、省級大學生創新創業訓練項目6項，2015年被評為廣東省南粵優秀教師。

鈑金工藝設計是指根據鈑金件的工藝要求，為被加工零件選擇合理的加工方法和加工順序，實現對企業各種制造資源的合理調度，進而提高生產效率，實現生產效益的最大化。工藝設計的前端為零件設計，后端則為零件制造，因而鈑金工藝設計作為中間環節連接鈑金設計和制造。

鈑金零件具有形狀復雜多變、精度要求高、加工方法多種多樣、生產批量小的特點，通常是通過采用不同的成形方法使毛胚產生塑性變形，以獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。因此，鈑金工藝設計主要有以下內容：確定成形方法，安排成形與輔助加工工序，選擇加工設備與檢測方法，確定工藝參數與條件，提出模具的設計任務等。

鈑金工藝設計

鈑金零件廣泛用于家電、電工電器、汽車、航空航天、軌道交通、船舶、電站設備、醫療器械、容器封頭制造等多種行業。近年來隨著需求的增加，鈑金加工發展快速，涉及從原材料到成品加工的各個過程。

鈑金件工藝設計的決策

針對同樣零件，不同工藝人員編制的工藝規程也有差異，但通常都會先進行圖紙分析，確定毛坯類型，標識材料和確定毛坯尺寸；然后確定零件的特征元素，比如主要形狀特征、輔助特征以及周邊特征等。再依據特征制定粗略工藝流程，諸如成形過程、表面處理工序和工藝流程。最后確定具體的加工工序，像機床的選擇、夾具的選擇以及工序內容的編寫等，如圖1所示。

鈑金加工基本工藝流程及主要加工工藝

鈑金加工是針對6mm以下的金屬板材，其加工工藝包括剪切、激光切割、數沖、折彎、焊接、鉚接及表面處理等，如圖2所示。目前的加工方式是非模具加工和模具加工并存，前者通過數控沖床、激光加工機、折床、鉚釘機等加工工具對鈑金進行加工的工藝方式，一般用于樣品、多品種小批量零件的制作，成本相對較高。后者通過特定的模具進行加工，一般有落料模、成形模，主要用于批量生產，成本較低。

鈑金工藝設計現狀

⑴計算機輔助設計的廣泛應用，使鈑金工藝設計的質量得到大幅提高。

隨著市場對鈑金件需求量的增大，鈑金設計已較普遍地使用軟件，如SOLIDWORKS、RANDA、UG、PRO/E、CATIA、PROCAM 等， 這 些 軟 件都能與數控機床集成，并能根據鈑金件的三維信息，自動生成二維圖，包括三視圖，實現鈑金件由建模-展開-排樣，到最終生成數控代碼，減輕了技術人員的工藝設計工作量，避免了人工計算展開時的出錯，保證了工藝設計質量和加工質量。

⑵CAPP（計算機輔助工藝過程設計）系統逐步推廣應用，有效地提高了工藝設計的效率和標準化水平。

借助CAPP系統，使工藝人員從繁雜的工藝設計工作中解放出來，可以進行工藝卡片的編輯、工藝信息的統計匯總、工藝流程和權限的管理與控制，解決了人工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩定等問題，縮短了工藝設計決策過程，有效地提高了工藝設計的效率和標準化水平。

同時，CAPP系統還可實現與企業其他應用系統CAD/CAM/PDM/ERP/MES等的集成，實現了工藝業務的信息化、集成化，并且實現了生產準備、制造過程、質量控制等領域的信息化，縮短了產品研發和生產周期，提高了產品質量，取得了顯著的經濟效益，促進了企業信息化建設，大大提升了企業核心競爭力。

但目前很多企業對CAPP系統的應用還停留在基礎功能上，應用的深度還不夠，對“設計經驗”、“設計知識”得不到有效體現，不能解決企業有經驗的工藝人員缺乏的問題。

⑶鈑金加工新技術及裝備的應用，提升了鈑金產品的加工工藝，提高了產品質量和生產效率。

對于現代鈑金工藝來說，數控剪、沖、折和近些年發展起來的激光切割設備仍是鈑金行業的首選設備，而作為鈑金加工新技術裝備的鈑金柔性生產線，也呈現了需求增速，成為新技術、新工藝應用的亮點。

激光切割工藝作為傳統“剪-切-沖”的替代工藝出現，具有靈活、柔性高的特點。隨著小批量生產越來越普及，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，三維設計技術的成熟與普及，用戶可從中獲益，從而達到降低成本、縮短工期的要求。

數控復合生產線是真正的實現了無人在旁留守的加工生產線，是由數控沖床、上下料系統、數控剪板以及板材倉庫所組成的柔性加工生產線。其自動上料系統是通過吸盤把倉庫板材吸到數控沖床上，并自動定位板材，通過電子感應器進行控制，不僅感應敏捷、正確而且降低了出錯概率。另外，整張板材編程和加工一次性完成，可省去在不同工序反復上下料的過程，可實現套料加工，從而節省了材料，有效地提高了生產效率。

⑷現代技術裝備的應用突破了傳統工藝下的設計思想，降低了生產成本。

1)傳統工藝下由幾個工件組成的零件，現可以變成一個零件，數沖或激光切割+折彎一次完成，可減少工序，縮短制造工期，降低生產成本。

2)傳統工藝下幾個零件的焊接要配置專用夾具，利用激光切割加工，可使部件間采用類似木工榫的工藝，定位準，省時，焊接夾具簡單，產品變形小，達到了縮短工期，降低成本，提高質量的目的。

3)多重折彎工藝在制造業已經比較普及，既消除了傳統的加強筋，也可保證零件的剛性，從而達到產品質量高、制造成本低的目的。

4)利用激光切縫細、精度高的特點，一次切割（帶微連接）配合四次折彎，完成四個工件，大大地縮短了制造工期。

5)隨著榫卯結構的設計，使工件折彎后配合點焊工藝，就可完成整個流程，工件變形小，省去整形、打磨這些傳統工序。

⑸我國鈑金加工工藝整體水平相比發達國家還有差距。

近年來，盡管我國鈑金工藝水平和工藝裝備有了很大提升，但大多限于長三角、珠三角的大型企業，行業整體與美國、日本的同行比，還相對落后，且信息化程度比較低，于規?；?、批量化乃至個性化生產而言，還需不斷改進并采用先進制造工藝。

⑹工藝技術人員的短缺和鈑金工藝技術培訓跟不上形勢，制約鈑金產業的升級。

工藝技術人員的短缺，很多企業出現了青黃不接的現象，現有人員的專業水平跟不上知識結構的變化，大大折損了工作效率，制約了行業工藝水平的提高。鈑金培訓仍處于簡單的機器操作和針對一些鈑金工藝基本知識的教育上，還沒有形成可持續發展的行業規范，技術工人短缺問題，使數控化、自動化水平程度不高的企業，其產品質量得不到保證，已經成為制約產業升級的突出因素之一。

鈑金工藝設計發展方向

⑴建立“模塊化工藝流程”和“典型工藝”，為鈑金CAPP的通用化、自動化和集成化提供基礎，通過“工藝的模塊化”能有效地縮短工藝編制的時間，降低工藝編制過程出現問題的概率，減少工藝編制所需要的人力、物力，以更好地滿足鈑金生產制造“品種多、繼承性強”的特點。

⑵在工藝設計上充分利用產品設計三維模型，結合CAPP系統的應用，實現產品、工藝、工裝、制造以及檢測調試等信息的傳送和貫通。

⑶對于零件加工工藝，充分利用數控加工仿真系統、鈑金加工仿真系統或者CAD/CAM系統等，實現與其集成，傳遞工藝技術參數信息，并引入機床設備和工藝裝備的三維模型，利用工藝仿真過程和仿真結果，作為零件加工工藝過程模型。

⑷隨著科技的發展，對鈑金產品加工工藝要求大大提高，加工工藝多元化發展是趨向。數控復合生產線的普及，是鈑金加工行業的發展趨勢，可極大簡化工藝，提高效率。

⑸激光加工信息智能化是未來發展趨勢。激光加工技術是現代科學發展的產物，諸如激光切割技術、激光焊接技術、激光打孔技術和激光成形技術越來越多地應用于鈑金加工。

⑹鈑金制作工藝技術正朝著數字化、集成化和智能信息化的方向發展。體現為鈑金加工設備由單機型向數控多機復合型轉化，由多工序加工、人工輔助操作型向全過程一體化加工方式轉化，由一般的過程自動化控制向網絡化、智能化的自治管理的方向發展。

⑺鈑金制作行業面臨逐年降低制造成本的壓力，工藝技術上的革新也是重要的方法之一。產品零件的設計工藝朝著低碳、環保、節能、節材的設計制造和消費理念發展，形成鈑金工藝新特點。

⑻可視化工藝在線執行系統的開發與應用逐漸推廣。該系統利用基于三維模型的工藝信息，通過三維可視化工藝過程模型或動畫引導、控制操作人員進行生產。將條碼技術應用于制造執行過程，嚴格執行工藝要求，強化對工藝執行過程的控制。

結束語

隨著我國汽車、通信、軌道交通、航空航天、家電、醫療器械、容器封頭制造等行業的快速發展，我國已經成為世界制造業中心，鈑金加工也取得了空前發展，國外先進設備的引進，使裝備與工藝技術也得到不斷發展。全自動化的數控設備取代了過去簡單的、精度低的半自動化鈑金加工設備，鈑金制造技術正朝著數字化、集成化和智能信息化的方向發展，作為連接鈑金零件設計與制造的鈑金工藝設計，也應順應其發展變化，不斷改善和提升。