卡嵌式钣金机箱成型工艺研究.pdf

图1卡嵌式钣金机箱0引言钣金机箱具有重量轻、强度高、成本低等特点，因而在多领域得到了广泛应用。目前，工业技术的发展对钣金机箱提出了更多的定制需求，结构紧凑、小型化、高环境适应性、高可靠性、高维修性、造型美观等需求愈加受到重视。基于以上多种需求，钣金机箱的结构形式较传统机箱更加复杂，局部结构要素的成型达到或超出了机械加工设备的极限，可以通过模具冲压解决此问题1，但往往产品批量不够，模具成本高，验证周期长，无法解决多种类、小批量的加工问题，为此，工艺设计应从多种工艺技术的综合运用出发来解决此类钣金成型问题。下面以一种卡嵌式钣金机箱的成型工艺为例，从工艺流程、拼焊成型工艺和折弯模具角度给出了解决方法，从而解决了较复杂机箱成型问题，提高了零件加工精度和装配精度。1卡嵌式钣金机箱结构特点卡嵌式钣金机箱由前面板、后面板、横梁、围框、上盖板、下盖板、底板和把手组成。该款机箱较以往传统机箱的特别之处在于：盖板与箱体的连接处、后面板与箱体的连接处均采用了段差的连接方式（图1），既方便结构件安装定位，又提高了维修时拆装的时效性，且造型美观。2主要零件工艺特点1）前面板板厚5 mm，后面板板厚2 mm，材料一般可选择铝合金材质，面板上的结构要素可以通过数控铣加工成型。2）上/下盖板板厚1.5 mm，黑色金属选择普通低碳钢板，有色金属选择退火可折弯状态的材料，盖板上根据机箱内部散热需求，可增设通风散热孔，通过激光切割或者数控转塔冲下料，再通过数控折弯机折弯成型。3）围框两侧及后面均设计有Z型折弯（图2图4），且Z型折弯高度与相邻零件板厚接近，具有两种高度。其中，与上/下盖板连接处的Z型折弯高度为1.7 mm，与后面板连接处的Z型折弯高度为2.5 mm；折弯高度太小，已经超出了常规数控折弯机及折弯刀具的加工极限；两种高度，折弯或者冲压模具需要“可调式”组合模具；围框的成型不易通过一块整料一体折弯成型。3工艺流程卡嵌式钣金机箱成型工艺流程：1）前面板、后面板、横梁等零件通过下料、铣加工、电镀和喷涂等工艺完成。2）上盖板、下盖板和底板等零件主要通过数控冲或激光切割下料、折弯、钳修、电镀和喷涂等工艺完成。3）把手为外购半成品，通过表面喷涂工艺完成。4）围框通过激光切割、折弯、焊接、电镀和喷涂卡嵌式钣金机箱成型工艺研究赵蓓芳朱晨（中国电波传播研究所，山东 青岛 266107）摘要：钣金机箱具有结构紧凑、外形美观、成本低等特点，因此在多领域得到了广泛应用。针对常规数控折弯机无法实现卡嵌式钣金机箱成型的问题，从工艺技术的综合运用和折弯模具、拼焊的角度给出了解决方法，从而解决了等板厚高度折弯成型问题，提高了零件加工精度，保证了卡嵌式钣金机箱的装配精度。关键词：卡嵌式钣金机箱；工艺技术；折弯模具；拼焊；等板厚高度折弯中图分类号：TG386文献标志码：A文章编号：1671-0797（2023）19-0074-04DOI：10.19514/32-1628/tm.2023.19.021工艺与技术Gongyi yu Jishu74图4围框侧面、后面折弯尺寸示意图等工艺完成，其中折弯工艺与常规箱体制造工艺不同，需要拆分成多个零件，应用组合模具折弯后拼焊成型；围框的成型工艺为机箱的重难点。5）机箱装配工艺采用压铆、螺装等工艺。4拼焊成型工艺针对小批量的特点，围框的成型工艺不选择成本较高的模具冲压一体成型工艺，而采取“化整为零”的工艺方案，将难成型的结构要素结合材料特性、加工设备、焊接工艺和零件精度等拆分在几个零件上分别折弯实现，再拼焊在一起，从而实现围框的成型。4.1材料选择围框需要折24道弯，折弯集中，在局部小范围内既有U型折弯又有Z型折弯，且有高度1.7 mm和2.5 mm的两种Z型折弯，因折弯导致的材料外层拉应力和内层压应力过大且应力集中，易出现裂纹或折弯回弹等现象，同时结合后续的焊接工艺性需求和产品不同的应用场景，推荐使用铝合金5A05（O状态）和Q195钢板，这两种材料的塑性、折弯工艺性和焊接工艺性良好。4.2基于成型工艺的拆图为了保证工艺的可操作性、经济性和精度要求，拆图过程中须综合考虑以下因素：1）考虑后续焊接变形问题，减少焊缝长度，拆分成尽可能少的件数；2）折弯模具具有一定的规格，尽可能不去截短模具或加工模具（破坏模具）；3）有足够的焊接、修整焊缝的操作空间；4）拆分后的同一零件不同方向的折弯干涉；5）折弯基准和拼焊定位基准的可操作性；6）面板装配时焊缝对装配平整度的影响。将围框拆成四部分（图5）：上下对称的两部分和左右对称的两部分。这种拆图方案既减少了折弯形式，又能减少工艺展开图数量，便于控制加工工艺质量。图2围框主视图图3围框左视图Gongyi yu Jishu工艺与技术75图6钣金展开图尺寸图5围框拆分图4.3钣金展开图在设计钣金展开图时，因拆分后的零件仍存在局部折弯较多的情况，尤其是左右对称的两部分，以围框右侧部分为例，在不同的方向均存在Z型折弯，为了保证不同方向折弯互不干涉以及弯曲根部不折裂、不变形，要考虑提前在相应部位加工工艺孔和工艺槽2。工艺槽一般宽度大于等于板厚，长度为弯曲半径加上宽度的一半，圆形工艺孔一般直径大于等于板厚2。因该零件在局部出现多道弯交集的现象，经过实际工艺样件加工、折弯验证，最终确定钣金展开图及工艺孔、工艺槽的尺寸如图6所示。4.4折弯顺序围框拆分后，各部分Z型折弯的结构形式类似，仅折弯方向不同、高度不同（图4），为保证折弯的可操作性、折弯基准的可达性和折弯精度，确定折弯顺序时须综合考虑以下因素：1）先短边，后长边：不同方向都有折弯时，先折短边，后折长边有利于工件的加工和折弯模具的拼装；2）先外围，后中间：从工件的外围开始向工件的中心折弯；3）先局部，后整体：如果工件内部或外侧有一些不同于常规折弯的结构，先将这些结构折弯后再折弯其他部分；4）考虑干涉情况：根据折弯的形状或工件上的障碍物适当调整加工顺序。确定折弯顺序如下（图7）：1）上、下两部分：先折“Z”字型弯，再折“L”型弯。2）左、右两部分：按照先折复杂的再折简单的原则，既能保证产品最后的尺寸，也能控制模具更换的次数。注意第1道弯和第2道弯易与第3道弯和第6道弯出现干涉现象，应在折第1道弯和第2道弯时，调整工件与折弯上模的相对位置，折弯模具端面与第6道弯齐平折弯。4.5折弯模具综合考虑现有折弯设备、成本及该类型机箱可能应用的材质、厚度等要素，基于该钣金机箱的结构形式，设计定制折弯组合模具，实现折弯工艺。该折弯组合模具（图8）由模具主体及调节垫片组成，安装接口与常规折弯模具相同，能够在常规数控折弯机上使用。组合模具的参数如表1所示，可实现不同料厚t（0.52 mm）、不同Z型弯高度（t+0.37.8 mm）的折弯成型。它的实现方式为：通过增加或减少调节垫片的厚度及个数，实现不同高度Z型弯的成型。工艺与技术Gongyi yu Jishu76图9焊接定位支撑示意图图8折弯组合模具示意图可加工料厚垫片（规格）啄2.0折弯范围模具长度冷轧钢、铝合金0.62.3 mm啄0.5最小 t（料厚）+0.3 mm最大 7.8 mm835 mm不锈钢0.51.5 mm啄1.2啄1.5啄0.8啄1.0表1模具参数图7围框上下及左右部分折弯顺序示意图通过多次工艺试验和反复校核验证，得出折弯高度与垫片厚度的关系式为：h-啄=0.50.8 mm式中：h为Z型折弯高度（图4中的1.7 mm和2.5 mm）；啄为垫片厚度。注意：在实际加工验证的过程中，不同批次材料的板厚略有不同，机床精度以及模具定位时均有不同的差异，因此具体操作时，应在折弯前试折确认。4.6焊接在围框拆图的过程中，综合考虑了机箱承载能力和焊接质量的需要，焊缝对称于焊件截面的中性轴，减少了弯曲变形；因围框的结构形式为半敞开型，在焊接过程中，借用工件端头上的孔，设计制作焊接定位支撑工装（图9）来增加刚性约束3，减少焊接变形。在焊接平台上，利用C型夹头、方箱和焊接定位支撑工装等固定后，为了保证外观质量，在围框内部点固焊固定3，校形后，在内部施焊，无法施焊的部位，在外部补焊，内部焊接选择氩弧焊，外部补焊选择冷焊，减少变形量。其中，可根据外观需要，进行工艺孔、工艺槽的补焊填满工序。5结论针对不同的应用场景，卡嵌式钣金机箱均可通过以下工艺流程加工制造：激光/数控冲切割下料钣金折弯（Z型折弯，试折）焊前试配、试装修整焊接成型电镀喷涂装配。在车载等动载荷情况和固定式静载荷电子通信产品领域，应进一步结合任务指标进行性能验证。合理有效的工艺流程、工艺方法和工装模具能够保证零件的加工质量，从而保证产品的整体性能。卡嵌式钣金机箱的成型工艺综合了材料、机床、工装模具和焊接等具体条件，是工艺技术和生产经验的总结，已得到了较好的应用。参考文献1 王小彬.冲压工艺与模具设计M.北京：电子工业出版社，2006.2 陈宏钧.实用机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，1996.3 李洪奇.薄板焊接变形的控制和技术措施J.黑龙江科技信息，2007（6）：10.收稿日期：2023-06-19作者简介：赵蓓芳（1981），女，山东德州人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：电子设备结构工艺。朱晨（1992），男，浙江丽水人，工程师，研究方向：电子设备结构工艺。Gongyi yu Jishu工艺与技术77