基于大型低剛性環(huán)類零件的加工設(shè)計(jì)

王浩任

摘 要：本文重點(diǎn)結(jié)合大型低剛性環(huán)類零件加工的特點(diǎn)，從不同兒而角度闡述和分析了加工中出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，針對這類零件加工過程中所出現(xiàn)的一系列不利因素，基于當(dāng)前加工現(xiàn)狀和技術(shù)，總結(jié)和設(shè)計(jì)了一套行之有效的加工方案，此方案不但有效地保證了零件的加工質(zhì)量，而且還進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，因此屬于一套值得推廣和借鑒的加工方法。

關(guān)鍵詞：大型圓環(huán)類件；組合式結(jié)構(gòu)；加工設(shè)計(jì)

大型低剛性環(huán)類件因局部易失效損壞而導(dǎo)致零件使用壽命低，采用熱壓過盈裝配連接方法可提高大型環(huán)類件的使用壽命、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。熱壓過盈裝配連接的組合結(jié)構(gòu)形式多樣，既可以是兩層、三層材料的有機(jī)組合，也可以是鑄件與鍛件、鍛件與鍛件的有機(jī)組合。本文是以大型低剛性環(huán)類零件的加工為研究對象，基于當(dāng)前加工現(xiàn)狀和技術(shù)，總結(jié)和設(shè)計(jì)了一套行之有效的加工方案，本方案其它類似的機(jī)械傳動(dòng)和各類模具等中小型圓環(huán)類件同樣具有一定的參考價(jià)值。

一、工藝流程設(shè)計(jì)

通過綜合考慮零件形狀及降低成本等因素決定采用分段拼焊的方法來獲得兩個(gè)半圓弧。通過計(jì)算并考慮現(xiàn)有板材整張鋼板尺寸決定將零件等分為八段圓弧，每段圓弧氣割成型然后拼接成兩個(gè)半圓弧。分成八段以后每段圓弧的弦長為1726，因當(dāng)時(shí)我們板材倉庫中只有一張厚度為60寬度為1700的鋼板可用，只能按圖所示下料，這樣可以最大限度的節(jié)省原材料。此類零件如果要想達(dá)到設(shè)計(jì)要求必須先想辦法提高零件剛性然后再進(jìn)行加工，為此需做大量的輔助工作。通過在圓環(huán)中間增加輪輻狀的支撐來提高零件的剛性，同時(shí)考慮到整圓零件尺寸比較大，運(yùn)輸困難，車間廠房大門也不能進(jìn)出這么大尺寸的零件，輪輻也做成可以拆分的兩個(gè)半圓部分中間圓盤分為上下兩塊，16根槽鋼做為輪輻焊接在中間圓盤和圓弧段之間，每根圓弧靠近兩端各有一根槽鋼支撐，圓弧和槽鋼一起分為左右兩半，其中相鄰四段圓弧與八根槽鋼和上面的圓盤焊在一起，另外一半與下面的圓盤焊在一起，上下兩個(gè)圓盤用八個(gè)螺釘把在一起并配打銷子方便拆裝。這樣就可以使零件分為兩個(gè)半圓方便運(yùn)輸又使零件分為兩半時(shí)仍有一定的剛性，保證每個(gè)半圓弧最少的變形。

二、零部件焊接工藝設(shè)計(jì)

對于此類零件下料時(shí)要考慮成本及零件變形等各種因素選擇合適的拼接方法，在零件加工之前要通過一些必要的輔助手段如增加輔助支撐等來提高零件的剛性減少零件加工中的變形，充足的準(zhǔn)備之后再進(jìn)行加工就可以順利加工出符合設(shè)計(jì)要求的零件。兩半圓中間的開口處的四個(gè)端面要在焊前加工成，所以下料的八段圓弧中有四段長度要留余量退火后上鏜床銑一端面。因焊接后沒有合適的設(shè)備進(jìn)行退火處理，且無法預(yù)測其變形程度，所以下料后八段圓弧要先進(jìn)行退火處理，退火過程中零件應(yīng)平放防止扭曲變形。組焊時(shí)須在比較平整的平臺上進(jìn)行，因沒有這么可供拼接這么大零件的平臺，就在車間里面找了兩張同厚度且表面質(zhì)量較好的兩米多寬的鋼板拼接點(diǎn)焊在一起搭建了一個(gè)臨時(shí)平臺。在該平臺上，先用一根長度超過2.25m的圓鋼制作一個(gè)劃規(guī)在平臺上分別劃出直徑為4400mm和4510mm（外圓有10mm余量）的兩個(gè)圓，然后將八段圓弧放到位并點(diǎn)焊在鋼板平臺上，加工過一個(gè)端面的四段圓弧兩兩相對貼緊。兩個(gè)中間圓盤把緊并打上銷子以后再放到位，將全部輻條放相應(yīng)位置，兩端分別點(diǎn)焊到位，先將輻條與圓弧段點(diǎn)在一起，再將輻條與中間圓盤點(diǎn)在一起，點(diǎn)焊的時(shí)候以兩切口連線的直徑分開左右，一半點(diǎn)在上圓盤上，一半點(diǎn)在下圓盤上，最后將八段圓弧連接處點(diǎn)焊在一起。全都點(diǎn)焊之后在兩個(gè)切口處用兩塊小鋼板焊在內(nèi)圈上拉緊切口兩邊的圓弧防止焊接過程中變形。

三、零部件加工工藝設(shè)計(jì)

目前，自動(dòng)化焊接還主要局限于環(huán)、直縫的焊接，最需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊的大量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間軌跡安裝座還采用手工焊接，未全部使用預(yù)變形工裝，零件焊接時(shí)基本處于自由狀態(tài)，造成焊后安裝座位置度經(jīng)常出現(xiàn)超差、筒體變形嚴(yán)重等缺陷。造成這些問題的主要原因是現(xiàn)階段對自動(dòng)化焊接技術(shù)研究的重點(diǎn)還僅限于改進(jìn)焊接工藝，如改變焊接方法、減少能量輸入等常規(guī)手段，未能從理論上摸清焊接過程中零件的變形規(guī)律，從而采取有效的預(yù)變形措施，因此控制零件焊后變形的效果不明顯，質(zhì)量也不穩(wěn)定。先將輻條與圓盤焊牢、輻條與圓弧段焊牢，最后在各個(gè)圓弧段的接口處堆焊。焊接過程中要對稱焊最好是兩個(gè)人在對稱的地方同時(shí)焊接，因焊后無法退火所以焊接過程中要用石棉保溫，保證焊后不會出現(xiàn)零件硬度太高的現(xiàn)象。焊接完成之后各個(gè)圓弧段接口處會有不同成度的翹曲變形，且因?yàn)橄铝箱摪逯挥?0mm厚，圓環(huán)上下面均只有5mm余量。焊后必須在油壓機(jī)上校平，保證整個(gè)圓環(huán)兩端面的平面度在1.5mm以內(nèi)。加工內(nèi)容很簡單只是大立車上車上下面及外圓，因?yàn)榱慵庸?nèi)容很簡單只是大立車上車上下面及外圓，因?yàn)榱慵髣澗€無法劃鉆孔中心線，所以需利用立車工序在零件鉆孔中心線的交點(diǎn)處劃出一道很淺的槽子來輔助劃線工序，然后算好弦長劃鉆孔中心線。輔助支撐不要拆掉直接上鉆床鉆孔。加工完之后中間圓盤上的螺釘拆開成兩半運(yùn)回車間，將整圓裝在相應(yīng)零件上用螺釘把緊以后再將輻條一個(gè)個(gè)用角磨機(jī)打磨掉并修光內(nèi)圓。

四、結(jié)束語

目前，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)已在焊接領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外焊接界已開展了大量的研究工作，在溫度場分析和變形預(yù)測、工藝路線安排和整體工藝路線優(yōu)化等方面的應(yīng)用已很成熟。數(shù)值模擬技術(shù)非常適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件焊接過程模擬分析，今后應(yīng)重點(diǎn)針對大型薄壁機(jī)匣類零件開展機(jī)器人自動(dòng)化焊接（氬弧焊、激光復(fù)合焊接）技術(shù)研究，以數(shù)值模擬技術(shù)為引領(lǐng)，從零件整體結(jié)構(gòu)人手，進(jìn)行變形預(yù)測分析、預(yù)變形計(jì)算及焊接工裝設(shè)計(jì)、焊接工藝優(yōu)化、校正（定型）工裝設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)機(jī)械加工和熱處理工藝。大型薄壁機(jī)匣類零件自動(dòng)化焊接技術(shù)難度大、影響因素多，工裝費(fèi)用高，研制周期長，需要長期持續(xù)不斷的研究和較多的資金投入，才能不斷提高自動(dòng)化焊接水平。

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