鈑金加工領(lǐng)域的自定位應(yīng)用研究

畢研亮，王士鵬，陳玉杯，劉雨晨

（山東朗進(jìn)科技股份有限公司，山東 濟(jì)南 271100)

1 引言

目前空調(diào)殼體基本都是采用薄板金屬件（簡(jiǎn)稱鈑金件）下料、折彎、拉伸、成形和組裝。隨著激光切割逐步替代傳統(tǒng)的沖床技術(shù)，通過(guò)切割工序模具簡(jiǎn)化、高效數(shù)控編程等手段，鈑金下料工序的效率及產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)得到很大提升，工序準(zhǔn)備時(shí)間進(jìn)一步減少。

但焊接裝配等工序受到自動(dòng)化程度影響，仍主要靠人工實(shí)現(xiàn)，成為了制約生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，適當(dāng)增加鈑金件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性（下料工時(shí)會(huì)稍長(zhǎng)），可以減少后續(xù)鉚焊的定位時(shí)間和糾錯(cuò)時(shí)間，匹配各生產(chǎn)工序，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

2 鈑金主要定位方案

2.1 鉚釘定位方式

該方式是目前普遍采用的高效簡(jiǎn)便的定位方式，定位準(zhǔn)確度較高，不易出錯(cuò)。對(duì)于不同材質(zhì)鈑金件拼接一般采用該方式；該方式的優(yōu)點(diǎn)是定位準(zhǔn)確度高、無(wú)焊接變形、操作效率高且不易出錯(cuò)；該方式需要采用鉚釘作為連接件，所以此種方式物料成本較高；需要在兩個(gè)連接件上開口，加工工時(shí)較長(zhǎng)，且防水性較差。

2.2 外形尺寸定位方式

通過(guò)適當(dāng)改變鈑金零件的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)自定位，比如適當(dāng)加長(zhǎng)尺寸，增加局部的定位結(jié)構(gòu)等。

2.3 榫口定位

該方式主要是通過(guò)在兩個(gè)配合件上設(shè)計(jì)缺口或凸臺(tái)方式實(shí)現(xiàn)配合，可以保證定位準(zhǔn)確度，減少配合錯(cuò)誤，但是需要對(duì)配合件結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思路，同時(shí)下料時(shí)間會(huì)有所增加，對(duì)于采用傳統(tǒng)沖床加工工藝的制造商需要評(píng)估前端工序增加用時(shí)和后續(xù)節(jié)省時(shí)間的平衡點(diǎn)，保證生產(chǎn)效率最優(yōu)。

2.4 與定位件重合定位

鈑金設(shè)計(jì)過(guò)程中有很多小零件位置會(huì)與加強(qiáng)筋及邊板位置比較接近，此時(shí)可以通過(guò)與已采用其他方式定位的大部件進(jìn)行重合定位，減少至少一個(gè)方向的定位。

2.5 鈑金增加定位點(diǎn)

目前主要有數(shù)控沖壓印方式和激光打標(biāo)方式。

數(shù)控沖壓印方式主要是采用正面和反面打點(diǎn)方式，正面采用較大點(diǎn)，反面采用較小點(diǎn)，焊接時(shí)根據(jù)印記進(jìn)行定位確認(rèn)。

激光打標(biāo)方式主要是通過(guò)激光進(jìn)行畫線方式，因激光切割無(wú)下模，故這種方式一般只能進(jìn)行正面畫線，無(wú)法進(jìn)行反面定位。

此種方式主要應(yīng)用于走線扎等小的標(biāo)準(zhǔn)件，這些零件數(shù)量較多且分布沒(méi)有規(guī)律，同時(shí)對(duì)定位準(zhǔn)確度要求不是很高。缺點(diǎn)是若零件較多定位比較混亂，易出錯(cuò)，受操作人員水平影響較大。

2.6 對(duì)稱件設(shè)計(jì)

對(duì)于類似零件或鏡像件設(shè)計(jì)為一個(gè)零件，避免因零件相近出現(xiàn)使用錯(cuò)誤或者焊接位置錯(cuò)位等情況，可以有效地減少區(qū)分零件和焊接錯(cuò)誤用時(shí)。

2.7 防呆設(shè)計(jì)

對(duì)于基本對(duì)稱的零件，若無(wú)法設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，需要考慮增加防呆結(jié)構(gòu)，避免因確認(rèn)不到位組裝錯(cuò)誤，即放大零件的不對(duì)稱性，避免使用錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到加工人員水平參差不齊，盡量通過(guò)設(shè)計(jì)避免技能水平較差人員犯錯(cuò)，從源頭上降低出錯(cuò)和返工率，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

2.8 設(shè)計(jì)專門的定位零件進(jìn)行定位

對(duì)于一些帶角度的配合或者較難測(cè)量的裝配配合，可以考慮在現(xiàn)有殼體上增加定位零件方式進(jìn)行定位，這些零件可能僅是起到定位功能，也可能同時(shí)起到支撐和固定的功能，可以有效地提高定位準(zhǔn)確度，同時(shí)避免后續(xù)因加工誤差較大反復(fù)整改工作。

2.9 一體化設(shè)計(jì)定位

對(duì)于實(shí)現(xiàn)同一功能的分體零件，可考慮一體化設(shè)計(jì)，避免相互之間的定位，減少定位時(shí)間。

2.10 定位工裝定位

當(dāng)以上自定位方案均無(wú)法采納時(shí)，可以采用目前普遍采用的定位工裝設(shè)計(jì)，合理的定位工裝設(shè)計(jì)會(huì)極大地提高組裝工序的工作效率，提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的匹配度。

3 實(shí)際定位設(shè)計(jì)研究

目前鈑金行業(yè)主要的定位方式中，鉚釘定位方式、鈑金增加定位點(diǎn)和定位工裝定位三種定位方式為目前主要的定位方式，在此不做贅述。現(xiàn)主要針對(duì)其他需要進(jìn)行配合設(shè)計(jì)或需要設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)變的定位方式結(jié)合空調(diào)殼體加工實(shí)例進(jìn)行介紹，旨在通過(guò)案例分析給設(shè)計(jì)者一種新思路，并運(yùn)用到日常設(shè)計(jì)中，提升公司的加工能力。

3.1 外形尺寸定位方式

零件1是僅為實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)，如圖1a所示，零件布置在底板中部，焊接時(shí)需要對(duì)長(zhǎng)度和寬度方向定位尺寸進(jìn)行確認(rèn)并進(jìn)行焊接，定位時(shí)間較長(zhǎng)且焊接誤差較大；可進(jìn)行零件2方式優(yōu)化，如圖1b所示，評(píng)估無(wú)干涉后，將零件延伸至前面端部，進(jìn)行長(zhǎng)度方向重合配合，同時(shí)在中部設(shè)計(jì)翻邊進(jìn)行寬度定位，可以減少查找定位尺寸時(shí)間，且有效控制焊接誤差。

圖 1 墊板

3.2 榫口定位

對(duì)零件1左右方向進(jìn)行定位，如圖2a所示，一般采用打點(diǎn)方式，定位準(zhǔn)確度較低，且效率偏低。在零件1和零件2配合處形成榫口配合，如圖2b所示，既提高了定位準(zhǔn)確度，同時(shí)標(biāo)記明顯有利于節(jié)省定位時(shí)間。

對(duì)零件1前后左右方向進(jìn)行定位，如圖3a所示，一般采用打點(diǎn)方式，定位準(zhǔn)確度較低，且效率偏低，且該零件為螺紋孔，若偏差較大后續(xù)需要對(duì)殼體進(jìn)行調(diào)整，浪費(fèi)工時(shí)。在零件1和零件2配合處形成榫口配合，如圖3b所示，既提高了定位準(zhǔn)確度，同時(shí)標(biāo)記明顯有利于節(jié)省定位時(shí)間，且焊縫只是由上部移至底部，焊接工作量并未增加。

圖 2 固定板

圖 3 支架

3.3 與定位件重合定位

加強(qiáng)筋已采用其他方式定位完成，如圖4所示，其他小支架可以通過(guò)重合配合實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的定位，同時(shí)結(jié)合其他方式實(shí)現(xiàn)另一個(gè)方向定位。

圖 4 重合定位方式-支架

3.4 對(duì)稱件設(shè)計(jì)

零件理論上只需要一個(gè)開口，如圖5所示，上下兩側(cè)零件為鏡像件，使用過(guò)程中極易出錯(cuò)，且不易發(fā)現(xiàn)，通過(guò)設(shè)計(jì)為對(duì)稱件，兩種零件統(tǒng)一為同一種零件，可以有效避免區(qū)分時(shí)間和焊接錯(cuò)誤。

圖 5 對(duì)稱件設(shè)計(jì)-三角板

零件理論上只需要右側(cè)避讓開口，如圖6所示，另一側(cè)零件為鏡像件，使用過(guò)程中極易出錯(cuò)，通過(guò)設(shè)計(jì)為對(duì)稱件，兩種零件統(tǒng)一為同一種零件，可以有效避免區(qū)分時(shí)間。

圖 6 對(duì)稱件設(shè)計(jì)-加強(qiáng)筋

3.5 防呆設(shè)計(jì)

零件主要是兩側(cè)圓孔尺寸不同，如圖7所示，若不注意容易將裝配方向弄反，可以通過(guò)在左側(cè)增加小凸臺(tái)方式與平板開口配合防止焊接錯(cuò)誤，這樣即使看不懂圖樣的人都能保證加工正確。

圖 7 防呆件設(shè)計(jì)-防護(hù)盒

3.6 設(shè)計(jì)專門的定位零件進(jìn)行定位

排水管向下傾斜一定角度，如圖8所示，未增加定位支架之前需要制作特殊工裝進(jìn)行定位，耗時(shí)耗力，且加工誤差較難保證，通過(guò)增加定位支架，可以實(shí)現(xiàn)殼體自身定位，保證加工準(zhǔn)確度，且不用另行設(shè)計(jì)工裝。

圖 8 定位零件設(shè)計(jì)-排水管支架

3.7 一體化設(shè)計(jì)定位

兩個(gè)分體支架如圖9a所示，通過(guò)合并設(shè)計(jì)，如圖9b所示，可以有效避免兩個(gè)零件之間的相互定位且加工準(zhǔn)確度較高，同時(shí)該例中支架的折彎工時(shí)也有所改善，對(duì)生產(chǎn)效率有較大提升。

圖 9 分體支架與整體支架

4 實(shí)用性驗(yàn)證

通過(guò)選取典型項(xiàng)目，綜合采用以上定位方案進(jìn)行生產(chǎn)效率分析，驗(yàn)證采用定位設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)效率的改善效果，為后續(xù)推廣設(shè)計(jì)思路提供數(shù)據(jù)支撐。

根據(jù)工時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，采用常規(guī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目生產(chǎn)用時(shí)為：下料約2.7 h/臺(tái)，折彎5 h/臺(tái)，焊接10.3 h/臺(tái)（部焊工序），18 h產(chǎn)能14臺(tái)。

采用定位設(shè)計(jì)優(yōu)化后的生產(chǎn)用料為：下料約2.9 h/臺(tái)，單臺(tái)比前期增加了約12 min；焊接9.6 h/臺(tái)，縮短了42 min，18 h產(chǎn)能15臺(tái)。

下面針對(duì)幾項(xiàng)典型優(yōu)化進(jìn)行說(shuō)明。

1）案例分析1：以圖12的支架為例，原設(shè)計(jì)單個(gè)零件需要折彎10刀，零件整合后，如圖13所示，只需要折彎6刀，節(jié)省了4刀的折彎時(shí)間，約3.5 min。原設(shè)計(jì)2個(gè)零件定位、焊接需要4 min，如圖12所示，零件優(yōu)化后3焊接只需要2 min，如圖1所示。

2）案例分析2：以圖3的支架為例，原零件定位需要2 min，零件優(yōu)化后焊接只需要1 min，如圖4所示。

3）案例分析3：以圖7的加強(qiáng)筋和支架定位為例，原加強(qiáng)筋和支架沒(méi)有裝配的先后順序，基本上都是先裝配縱向加強(qiáng)筋，測(cè)量尺寸后再裝配橫向加強(qiáng)筋，最后測(cè)量尺寸定位4個(gè)支架，定位時(shí)間約10 min；優(yōu)化后，橫向加強(qiáng)筋和4個(gè)支架可實(shí)現(xiàn)自定位，零件定位只需要4 min。

5 結(jié)束語(yǔ)

給出了目前主要鈑金加工的定位方式，并提出了優(yōu)化意見，對(duì)后續(xù)鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

目前行業(yè)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮實(shí)現(xiàn)零件的功能性，對(duì)定位設(shè)計(jì)的考慮還有所欠缺，合理利用定位設(shè)計(jì)理念可以有效保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性和可靠性，減少工裝制作成本，提高生產(chǎn)效率，減少人工成本，同時(shí)可以優(yōu)化下料及組焊等前后工序的匹配度，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率；若將定位特別是自定位理念加入設(shè)計(jì)中，可以從源頭上降低產(chǎn)品的制造成本，實(shí)現(xiàn)精益設(shè)計(jì)；希望本文能給設(shè)計(jì)師有所啟發(fā)，并在以后的設(shè)計(jì)中從源頭上提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。