國產(chǎn)高端液壓支架制造工藝方案之探究

陳鐵軍

摘 要：通過對液壓支架加工制造過程中對材料選擇及焊接性能分析和對比，找出適合制造液壓支架的材料、及加工工藝及方案。

關(guān)鍵詞：液壓支架；制造工藝；焊接特性。

概述

我國高產(chǎn)高效新型煤礦早期使用的高端液壓支架主要是使用美國JOY公司及德國DBT公司生產(chǎn)的設(shè)備，產(chǎn)品性能及質(zhì)量處于世界先進(jìn)水平，但其高昂的價格及后期生產(chǎn)使用維護(hù)費用也讓人咂舌，國內(nèi)支架制造業(yè)產(chǎn)品價格與國外同行業(yè)的價格差異達(dá)到2～3倍，為此國內(nèi)煤機(jī)行業(yè)開始進(jìn)行國產(chǎn)化探索、紛紛開始研制。當(dāng)時Z廠主要根據(jù)借鑒德國D公司支架的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行仿制，開發(fā)了國產(chǎn)高端支架并制定了生產(chǎn)制造工藝，同時委托國內(nèi)特鋼廠研制開發(fā)和生產(chǎn)液壓支架的專用鋼材，與S公司簽訂合同進(jìn)行了批量生產(chǎn)；在隨后的井下工作面現(xiàn)場使用及隨后的不斷改進(jìn)中逐步占領(lǐng)了國內(nèi)大部分市場份額。本人作為這類支架是使用維修單位技術(shù)人員及駐廠監(jiān)造工程師，經(jīng)歷了設(shè)備制造廠的產(chǎn)品開發(fā)研制、大修及生產(chǎn)制造監(jiān)理過程，對應(yīng)用支架加工工藝方案進(jìn)行總結(jié)和探索。本文主要針對高端支架結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行論述，電液控制系統(tǒng)方面沒有進(jìn)行論述。

1.焊接結(jié)構(gòu)件的工藝

1.1結(jié)構(gòu)件材料的選擇

1）焊接工藝的制定取決于材料的化學(xué)成份，力學(xué)性能及焊接結(jié)構(gòu)形式。

2）主筋板選用Z向性能鋼。

1.2鋼板采購必須嚴(yán)格按制造廠與鋼廠簽定的技術(shù)協(xié)議執(zhí)行 ，不得隨意變動。

1.3從材料板型看，德國D公司支架材料板型較平整，優(yōu)于國產(chǎn)板。國標(biāo)GB709規(guī)定σs≤460MPa時，鋼板平面度≤8/1000；σs>460MPa時，鋼板平面度≤12/1000。為此要求物資采購部門將頂板、底板、側(cè)護(hù)板等按設(shè)計平面度要求定尺采購 ，定尺鋼板平面度不大于4‰ 。

1.4鋼材進(jìn)廠須經(jīng)過質(zhì)量管理部門（下稱質(zhì)量部）按技術(shù)要求驗收合格方可入庫使用，并建立檔案記錄。

2.鉚工工藝過程控制

2.1鋼板表面拋丸處理，必須去除氧化皮、油污及其他雜物，達(dá)到Ra2.5以上級別。

1）厚板下料時選用9M或6M數(shù)控切割機(jī)和光電跟蹤切割機(jī)，薄板下料時選用剪板機(jī)，平板機(jī)或壓力機(jī)矯正，彎曲成形件選用合適噸位的油壓機(jī)在胎具上進(jìn)行冷彎或熱煨，制作樣板檢驗，主筋板、耳板的底邊留刀檢量進(jìn)行機(jī)加工，依此作為后續(xù)加工的基準(zhǔn)。

2）坡口采用加工方法，不得已時采用手工開坡口，清凈熔渣，打磨至表面呈金屬光澤.結(jié)構(gòu)件鉸接部位的橫筋板采用機(jī)加工的方法，保證零件尺寸公差要求，為拼焊做好準(zhǔn)備。

上述工序均作首件檢驗、過程中檢驗、完工檢驗。

2.2拼裝時劃線公差+1.0mm，手工劃線寬度不大于0.5mm.

2.3 ≤100mm厚鋼板切割面偏斜度1mm。方板下料菱形度不大于1.5mm?！?6mm厚鋼板切割面偏斜度0.4mm?！?0mm厚鋼板切割面偏斜度1mm

2.4剪切板料切斷面上，不應(yīng)有深度大于1mm的刻痕和高度超過0.5mm的毛刺。

2.5氣割盡量采用機(jī)械氣割下料，以保證切割質(zhì)量，切割表面不得出現(xiàn)塌角、間斷或連續(xù)的熔點和熔化的條狀物，看不到熔化狀況。

2.6 隔板機(jī)械加工后拼焊，以保證焊縫拼裝間隙小于2mm。拼裝間隙保證控制在0-2mm以內(nèi)。

2.7鉚工裝配時檢查零件的下料質(zhì)量，按照生產(chǎn)圖紙、焊接工藝的要求，在裝配平臺上劃線裝配或使用拼裝芯軸和定位胎具，保證裝配間隙，使裝配產(chǎn)生的拘束應(yīng)力降到最小。易變形處增加輔助支撐，輔助支承不可敲掉，只限磨掉或高出實際工件一定距離切掉，余下的部分磨掉。為防止變形，允許點固拉筋，焊后應(yīng)清除并修磨平整。

2.8定位焊用焊條選用沖擊韌性好的低氫堿性焊條，應(yīng)符合GB5118的規(guī)定，烘干后方可使用。當(dāng)定位焊縫出現(xiàn)裂紋時，必須清除，重新焊接定位焊縫。

3.焊接過程的控制

3.1所有焊工須通過職業(yè)技能鑒定，達(dá)到中級工以上水平，持有的焊工資格證書處于有效期內(nèi)。上崗前經(jīng)過安全教育、產(chǎn)品知識、工藝知識及焊接理論培訓(xùn)。

3.2焊接材料的選擇

1）焊接材料的選擇原則為：

焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度不低于母材抗拉強(qiáng)度；綜合機(jī)械性能滿足設(shè)計要求，充分考慮焊縫的塑性、韌性、抗裂性；從焊接結(jié)構(gòu)、受力情況考慮拘束應(yīng)力的影響；異種鋼焊接按較低強(qiáng)度鋼選擇焊接材料。

2）焊接材料進(jìn)廠時質(zhì)量保證書應(yīng)完整、清楚，并加蓋有生產(chǎn) 單位公章。焊條、焊絲無銹蝕、油污、破損等現(xiàn)象。保護(hù)氣體純度達(dá)到國標(biāo)技術(shù)要求，各項理化性能復(fù)檢結(jié)果符合廠標(biāo)、國標(biāo)、產(chǎn)品技術(shù)要求的規(guī)定，然后按我公司的有關(guān)規(guī)定入庫、保管、發(fā)放。

3.3焊接方法的選擇

支架構(gòu)件焊接選用CO2混合氣體保護(hù)焊，從而提高電弧的穩(wěn)定性和改善焊縫成形。

3.4焊接設(shè)備的選擇

焊接設(shè)備選用現(xiàn)有的CO2氣體保護(hù)焊。

3.5焊接參數(shù)的選定

1）從支架使用的低合金高強(qiáng)鋼材料看，強(qiáng)度高、含碳量較高、淬硬傾向大、為此，要規(guī)定熱輸入范圍。低合金高強(qiáng)鋼焊接時熱影響區(qū)被加熱到1100℃的粗晶區(qū)及加熱到700～800℃的不完全相變區(qū)是焊接區(qū)的兩個薄弱區(qū)，焊接熱輸入過大，粗晶區(qū)因晶粒嚴(yán)重長大而降低韌性，焊接熱輸入過小，粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增加而降低韌性。支架焊接中嚴(yán)格控制焊接線能量輸入，減少母材碳及合金元素滲入，從而保證焊縫熔敷金屬塑性、韌性、抗裂性。

2）預(yù)熱、層間溫度的控制

預(yù)熱可以有效減緩焊件焊后冷卻速度，延長在800～500℃的冷卻時間，從而減少熱影響區(qū)淬硬馬氏體的產(chǎn)生，降低熱影響區(qū)的硬度，同時，預(yù)熱可以改善接頭組織，有助于氫從焊接接頭的逸出。因此，預(yù)熱是降低低合金高強(qiáng)鋼焊接裂紋的有效措施。預(yù)熱溫度的確定，異種材料的焊接，預(yù)熱溫度及層間溫度以較高預(yù)熱溫度的材料為準(zhǔn)。預(yù)熱溫度為100～150℃，要求連續(xù)施焊，保證層間溫度不低于預(yù)熱溫度最低值?？刹捎檬薨灞?。要求檢驗人員在施焊前及施焊過程中不定期檢驗預(yù)熱溫度、層間溫度，達(dá)不到要求從新預(yù)熱。同時也要防止層間溫度過高，層間溫度500℃以上時不要施焊。

3）焊接操作

A、引弧、收弧時易產(chǎn)生焊接缺陷。引弧時焊絲伸出長度為10mm，防止過長引起的爆斷，在定位焊焊縫上引弧，采用間斷滅弧法或回焊法收弧，填滿弧坑，減少因低熔點共晶體的聚集產(chǎn)生的弧坑裂紋（熱裂紋）。焊接時根據(jù)焊接位置、裝配間隙和熔合情況即時調(diào)整焊槍傾角及擺動幅度，避免焊接過程中發(fā)生液態(tài)金屬超前流動造成的假焊現(xiàn)象。焊絲端部始終在熔池前半部燃燒，焊絲不能脫離熔池?？刂坪附铀俣?，嚴(yán)禁風(fēng)扇直吹焊接工作區(qū)，以免空氣侵入電弧和熔池，防止產(chǎn)生夾渣、咬邊等焊接缺陷

B、焊接應(yīng)采用多層（窄焊道）技術(shù)，即多層多道焊。促成較好的組織結(jié)構(gòu)和韌性。多層多道焊接是許多單層熱循環(huán)相繼作用，前一條焊道對后一條焊道有預(yù)熱作用，后一條焊道對前一道焊道有熱處理的作用，因此顯微組織細(xì)，熱影響區(qū)窄，接頭的塑性、韌性好。多層多道焊還可減少焊接應(yīng)力，因此提高了焊接質(zhì)量。

焊接時不允許擺動。橫擺焊接很容易產(chǎn)生很難控制的大的焊接區(qū)，發(fā)生諸如，熔化不充分、夾渣和氣孔等缺陷，在個別橫擺焊接不能避免的垂直焊接時，每單個焊道應(yīng)該進(jìn)行薄而寬的焊接。

對接焊縫必須采用拖拉法，以提高穿透避免未熔合，不允許在焊縫以外起弧，意外的起弧點須磨掉并檢查有無裂紋。

C、焊接順序

為保證焊件低應(yīng)力和低變形，制定焊接順序圖，焊前均要進(jìn)行打底焊。

焊接順序：從焊道中部或工件中部開始向外焊，在全封閉（如環(huán)縫時）打底焊和第一道填充焊道不能焊成全圓以避免高的收縮應(yīng)力導(dǎo)致開裂，應(yīng)至少分成兩半焊接，且方向相反。所有焊縫必須首尾相接形成閉環(huán)。主筋板與蓋板之間的焊縫必須壓過蓋板坡口斜邊和主筋的垂直邊。

D、塞焊縫的焊接，焊槍必須對著蓋板與隔板交接縫處沿周邊焊成環(huán)縫，并形成角焊縫后，再填平整個焊縫。對于蓋板塞焊孔與隔板間隙過大時必須在隔板旁貼一襯板以保證塞焊縫質(zhì)量。

E、焊后熱處理

焊后熱處理可以消除或降低結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力，降低焊接區(qū)的硬度，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的尺寸，同時能改善接頭的金相組織，提高接頭的綜合機(jī)械性能，促使殘余氫逸出。從而提高焊縫綜合機(jī)械性能。結(jié)構(gòu)件焊后應(yīng)及時熱處理，以提高焊后熱處理效果。

4.千斤頂工藝方案

千斤頂主要由缸筒、活塞桿、導(dǎo)向套、活塞等零件組成。這些件是液壓缸的關(guān)鍵件，它們加工質(zhì)量的好壞直接影響到液壓缸的密封性，動作靈活性及外載荷的受力和壽命。其配合表面粗造度、尺寸精度、形位公差是加工質(zhì)量的關(guān)鍵。

4.1缸體加工的保證措施

1）所有缸體加工，采用帶鋸下料→熱處理調(diào)質(zhì)→粗鏜內(nèi)孔→加工外圓→表面磷化→涂底漆→精鏜滾壓復(fù)合加工內(nèi)孔→加工止口。精度、內(nèi)表面粗糙度保證設(shè)計要求。對于缸筒的止口部分均在數(shù)控車床上加工，保證零件精度和同軸度達(dá)圖紙要求。

外缸筒橫截面由外向內(nèi)硬度分布 （缸筒壁厚32mm）

2）為了確保缸筒內(nèi)孔的粗糙度要求，更換精鏜滾壓設(shè)備中液壓系統(tǒng)的切削液，確保切削液的清潔度。

3）由于國產(chǎn)的鋼管毛料誤差大，壁厚不均勻，最后反映在缸筒上的效果就是工藝基準(zhǔn)中心架窩與缸筒外圓偏差大，影響外觀。為此需要在這套支架上采取增加一道工序，即缸筒粗鏜內(nèi)孔后以孔為基準(zhǔn)將缸筒外圓通體車一刀，以保證缸筒壁厚的均勻性。

5）缸體外圓加工后油漆的附著力受影響。為了解決這個問題，我們增加一道表面中溫鋅鹽磷化處理工序，并采用附著力、防腐性能和漆面強(qiáng)度都很高的環(huán)氧底漆和中途漆，面漆選用光澤度較好的醇酸磁漆，來提高油漆的外觀質(zhì)量。

4.2導(dǎo)向套及見盤套類的加工保證措施

毛坯選用帶鋸下料件或模鍛件，采用粗加工→熱處理調(diào)質(zhì)→精加工→表面鍍Ni—P合金工藝工藝方案。精加工全都在數(shù)控機(jī)床上加工，精車時所有內(nèi)外圓配合面和密封槽要求一刀下，機(jī)床性能可靠，保證零件的形位公差和尺寸精度要求。加工零件精度保證IT8級以上。

4.3活柱、活塞桿的加工保證措施

采用帶鋸下料→粗加工→熱處理調(diào)質(zhì)→精加工→表面鍍銅錫合金+硬鉻工藝方案。活柱、活塞桿的密封槽或連接活塞的尺寸精加工全都在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，密封面的磨削在精密外園磨床上分粗磨—精磨工序，粗糙度保證Ra0.4，直線度、園度在0.05mm以下。

5.結(jié)構(gòu)件的加工工藝方案

5.1護(hù)幫板、側(cè)護(hù)板等結(jié)構(gòu)件的鉸接孔采用耳板孔單件干成→芯軸拼焊成結(jié)構(gòu)件；主要結(jié)構(gòu)件的千斤頂鉸接孔也采用耳板孔單件干成→芯軸拼焊成。

5.2為減小焊接變形，頂梁、掩護(hù)梁、底座結(jié)構(gòu)件各鉸接孔周圍的隔筋板采用增加刀檢寬度尺寸工序，保證零件尺寸公差要求，為拼焊做好準(zhǔn)備，控制結(jié)構(gòu)件鉸接部位的變形量。

5.3頂梁、底座、掩護(hù)梁、前后連桿結(jié)構(gòu)件的孔系采用整體加工

主要結(jié)構(gòu)件的所有鉸接孔在主筋板上采取預(yù)割→預(yù)鏜留余量→用拼裝芯軸和定位胎具拼焊成型→焊后低溫回火時效處理→整體鏜孔系尺寸達(dá)圖紙要求。

5.4頂梁、底座、掩護(hù)梁等主要結(jié)構(gòu)件主筋板高度控制在正差。

5.5鉸接銷軸、撐桿、導(dǎo)桿、小銷軸類的工藝方案

1） 銷軸外圓有孔的軸類加工路線為：

帶鋸下料→機(jī)加工→熱處理淬火→表面拋丸（或表面酸銑）→表面鍍鋅鈍化。

2）銷軸外圓無孔的軸類加工路線為

帶鋸下料→粗加工→熱處理淬火→精加工→表面鍍鋅鈍化。

6.支架的外觀油漆方案

為保證外觀質(zhì)量和油漆附著力，采用了環(huán)氧底漆和面漆。

6.1底漆：選用鐵紅環(huán)氧底漆，涂一遍。中途漆：為白色環(huán)氧厚漿型，噴涂一遍。 面漆：選用白色聚氨脂防腐面漆噴涂兩遍。

6.2制定《支架油漆作業(yè)指導(dǎo)書》

7.支架裝配工藝保證措施

液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)-乳化體的清潔度關(guān)系到支架液壓系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此，液壓污染控制是十分重要的問題。需要將采取液壓污染控制技術(shù)和管理措施，使千斤頂?shù)那鍧嵍炔坏陀谝?guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。為此我們首先要進(jìn)一步改善千斤頂安裝工區(qū)的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。

7.1千斤頂裝配工區(qū)防止油漆以及空氣污染。②配置油缸循環(huán)沖洗的過濾清洗裝置。

7.2配置管路系統(tǒng)清洗過濾裝置，使安裝車間所有進(jìn)支架操縱閥前的管路系統(tǒng)清洗干凈達(dá)要求。

7.3更換加熱清洗的過濾器使清洗達(dá)標(biāo)。保證支架液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，充分發(fā)揮設(shè)備效能。技術(shù)工藝部門編制了《千斤頂裝配工藝作業(yè)指導(dǎo)書》、《支架裝配工藝作業(yè)指導(dǎo)書》用于指導(dǎo)支架組裝后的應(yīng)達(dá)到的整體工作性能。

8.建立備件供應(yīng)手冊

借鑒國外先進(jìn)企業(yè)的備件體系，所有設(shè)備的每個零件都有一個唯一的件號，并且在不同設(shè)備上使用時，只要件號相同就可以互換。在給用戶提供的備件手冊中，全部用圖文方式一一指出。這樣做有利于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中充分利用成熟的零件，一方面減少了設(shè)計風(fēng)險，另一方面降低了加工成本。同時，因為給用戶提供了所有零件件號，用戶在需要購置時，只需要按照件號即可進(jìn)行采購，利于用戶向設(shè)備原制造商采購備件，也就為企業(yè)帶來了更多的訂單。

9.結(jié)束語

實踐證明，選擇合理的控制支架加工制造工藝，應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)和技術(shù)要求，焊接后的焊縫避免產(chǎn)生裂紋和脆化現(xiàn)象，大大提高了設(shè)備的使用壽命，對保證設(shè)備按期交付和煤機(jī)的安全運行起到了積極有效的作用，此國產(chǎn)化給制造廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，提高了整機(jī)的使用可靠性和可維護(hù)性，極大的降低了設(shè)備使用單位的設(shè)備采購及維護(hù)成本。