激光切割結(jié)合卯榫定位的加工技術(shù)研究

（河北省石家莊市93469部隊(duì)，河北 石家莊，050070）

激光切割結(jié)合卯榫定位的加工技術(shù)研究

張勝軍 張志斌 蘇紅彬 王 東

（河北省石家莊市93469部隊(duì)，河北 石家莊，050070）

目前，機(jī)械類(lèi)的航空地面保障裝備的整體結(jié)構(gòu)大多是用鋼管、槽鋼等型材加工、焊接而成，由于型材結(jié)構(gòu)件的局限，導(dǎo)致生產(chǎn)加工精度不易控制，尤其二次加工余地很小，而且生產(chǎn)加工出的產(chǎn)品重量很重。本文提出的采用板材激光切割結(jié)合卯榫定位的地面保障裝備加工技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)合理、加工質(zhì)量高的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。

板材；激光切割；卯榫定位；地面保障設(shè)備

目前航空地面保障裝備尤其是機(jī)械類(lèi)保障設(shè)備的結(jié)構(gòu)大多采用鋼管、槽鋼等型材加工、焊接而成，而板材的應(yīng)用較少，多以連接板、加強(qiáng)角板等結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)。在實(shí)際工作中，通過(guò)實(shí)踐摸索出了一種采用板材激光切割結(jié)合卯榫結(jié)構(gòu)定位的地面保障裝備加工技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)合理、工藝簡(jiǎn)單、加工質(zhì)量高的特點(diǎn)。

1 激光板材切割的特點(diǎn)

激光切割作為無(wú)接觸熱切割技術(shù)和其他傳統(tǒng)金屬切割技術(shù)相比，有以下特點(diǎn)：

1）精確度高。由于激光光斑小，切割口細(xì)窄，切縫兩邊平行且與表面垂直，所以切割零件的輪廓尺寸誤差小，可達(dá)到0.1-0.5mm，一般孔中心距誤差為0.1-0.4mm。

2）切割質(zhì)量好。由于激光切割光點(diǎn)小，能量集中，熱影響區(qū)小，同時(shí)激光束對(duì)工件不施加任何力，加工后的工件不會(huì)產(chǎn)生無(wú)熱變形和機(jī)械變形。

3）切口表面光滑。激光切割后的表面無(wú)毛刺，粗糙度Ra一般為12.5-25um，零件加工后，一般不需再進(jìn)行二次加工，可直接用于生產(chǎn)。

4）切割效果相同。同一批次的零件加工效果幾乎完全一致，利于零件的后期裝配。

5）切割速度快。例如，2kW激光功率，8mm厚的碳鋼板的切割速度為1.6m/min，2mm厚的不銹鋼板的切割速度為3.5m/min。

6）加工適應(yīng)性好。激光切割仿形能力強(qiáng)，切割形狀不受限制，對(duì)大尺寸零件的加工優(yōu)勢(shì)明顯。

7）經(jīng)濟(jì)性高。激光切割采用計(jì)算機(jī)編程，可以把不同形狀的零件進(jìn)行套裁，提高材料的利用率的同時(shí)大大降低了成本。

2 卯榫結(jié)構(gòu)在板材焊接過(guò)程中的應(yīng)用

單件板材作為結(jié)構(gòu)承力件，在抗彎、抗扭以及抗壓方面的性能遠(yuǎn)低于角鋼、槽鋼、圓管等型材，多件板材通過(guò)焊接組裝、形成一定的結(jié)構(gòu)形式，則可以大大提高其抗彎、抗扭以及抗壓能力。但是板材之間的焊接主要存在定位精度不好控制和焊接過(guò)程中的容易出現(xiàn)熱變形的問(wèn)題。

在實(shí)際工作中通過(guò)各種嘗試，發(fā)現(xiàn)采用卯榫結(jié)構(gòu)可以巧妙地解決板材焊接存在的定位精度控制問(wèn)題和焊接過(guò)程中的熱變形問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是，在需焊接的板材件上預(yù)先切割出用于定位裝配的榫頭和榫槽，這些榫頭和榫槽的位置、尺寸精度很容易控制，將榫頭和榫槽連接裝配好之后再進(jìn)行焊接就可以有效地解決板材焊接存在的定位精度控制問(wèn)題和焊接過(guò)程中的熱變形問(wèn)題。

圖1 型材件示意圖

圖2 板材構(gòu)件示意圖

表1 兩種結(jié)構(gòu)各種參數(shù)的對(duì)比

3 激光切割結(jié)合卯榫結(jié)構(gòu)的板材加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)采用輔助計(jì)算機(jī)制圖軟件優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，可以設(shè)計(jì)出具有足夠承載力的板材結(jié)構(gòu)形狀，同時(shí)能有效減少零件的數(shù)量，利于產(chǎn)品的模塊化生產(chǎn)，有效縮短生產(chǎn)周期。

由于激光對(duì)板材的切割具有極高的加工精度和較強(qiáng)的仿形能力，各零件的裝配孔、工藝孔都可一次性加工到位，且不受零件形狀的限制，在簡(jiǎn)化加工工藝的同時(shí)，有效保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和維修性。

板材經(jīng)激光切割后借助卯榫結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)零件的定位，又能滿足裝配需求，即減少了輔助工裝的制造成本，又縮短了生產(chǎn)周期，特別適合小批量設(shè)備的制作。

4 應(yīng)用實(shí)例

實(shí)際工作中，某部隊(duì)現(xiàn)用某機(jī)型保障用托架，以其中一部分結(jié)構(gòu)舉例說(shuō)明，圖1所示為部隊(duì)現(xiàn)用某機(jī)型保障用托架的部分結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)大部分采用型材焊接加工而成，所需的型材有φ40mm×3mm的無(wú)縫鋼管、φ25mm×2mm的無(wú)縫鋼管、5號(hào)槽鋼和5mm厚的鋼板。圖2采用激光切割結(jié)合卯榫結(jié)構(gòu)的板材加工技術(shù)將型材結(jié)構(gòu)改造成板材結(jié)構(gòu)，所有板材均采用5mm的鋼板。

兩種結(jié)構(gòu)各種參數(shù)的對(duì)比見(jiàn)表1。采用型材加工需要各種零件共8種23件，需要車(chē)、銑、鉗、焊4個(gè)工種合計(jì)8個(gè)工時(shí)完成加工生產(chǎn)，總重量9.6kg。采用板材結(jié)構(gòu)后，零件一共有4種9件，總零件數(shù)減少60%，需要激光切割、焊2個(gè)工種合計(jì)1個(gè)工時(shí)即可完成加工生產(chǎn)，所需工種數(shù)減少50%，加工工時(shí)數(shù)減少80%，總重量9.1kg，降低了5.2%。

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[1]葉建斌, 戴春祥.激光切割技術(shù)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2012.

[2]郭希孟, 明清家具鑒賞：榫卯之美[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社, 2014.

張勝軍（1973年—），男，河北臨城人，高工，主要研究方向?yàn)楹娇站S修工程。