薄壁深腔零件加工工藝及焊接變形研究

曹志超

摘 要：本文分析研究了薄壁深腔零件的特點(diǎn)，提出了具體的加工工藝，以及防止其焊接變形的加工方法。

關(guān)鍵詞：薄壁深腔；焊接變形；熱處理

中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0069-01

在對(duì)薄壁深腔零件進(jìn)行焊接操作時(shí)，由于焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與機(jī)加應(yīng)力的作用，易使零件發(fā)生變形，影響零件的精確度。薄壁深腔零件的焊接工藝結(jié)合了焊接加工工藝、熱處理工藝與機(jī)械加工工藝，能有效減少零件的變形。該工藝通過(guò)合理確定加工流程和加工參數(shù)、熱處理方式等，去除了由于焊接內(nèi)應(yīng)力與機(jī)加應(yīng)力發(fā)生的變形，從而保障了零件的精確度。

1 薄壁深腔零件加工的特點(diǎn)和難點(diǎn)

薄壁深腔零件具有以下特點(diǎn)：其壁厚為5～6mm，深度在300～700mm范圍內(nèi)，內(nèi)孔的尺寸精度為IT8-IT9，表面粗糙度大，而且內(nèi)孔每隔一定距離要在其相互垂直方向進(jìn)行測(cè)量，保證其最大值與最小指之間的差值不能大于規(guī)定尺寸。由于其具有以上特點(diǎn)，所以在對(duì)該零件進(jìn)行加工時(shí)，存在以下難點(diǎn)：在加工時(shí)，機(jī)加應(yīng)力與焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相互作用會(huì)使零件發(fā)生變形；另一方面，由于零件壁薄，剛度不夠，在進(jìn)行裝夾和加工操作時(shí)也容易發(fā)生變形。同時(shí)，在零件內(nèi)孔的焊接部位處，由于兩端口之間的差值不在規(guī)定尺寸范圍內(nèi)，因此，就不能保證零件的尺寸精度以及其形狀標(biāo)準(zhǔn)了。

2 薄壁深腔零件加工工藝

2.1 工藝分析

根據(jù)薄壁深腔零件的特點(diǎn)，專門設(shè)計(jì)出一款針對(duì)其加工過(guò)程防止其變形的方案，具體方案如下：下料─機(jī)加─焊接─機(jī)加─鍍鉻。在具體加工時(shí)，還應(yīng)該針對(duì)不同問(wèn)題進(jìn)行細(xì)化改進(jìn)操作，從而使零件尺寸及精度能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.2 加工工藝

（1）初加工。初加工主要操作：使零件兩端保持整齊、粗車外圓、粗鏜孔以及切除大部分余量；接著再對(duì)焊接部位進(jìn)行精加工操作，即為劃線和鉆孔，以備后面焊接操作所用。初加工后，零件的外形形狀應(yīng)滿足切斷后可為兩個(gè)成品零件的，同時(shí)還要進(jìn)行換算尺寸鏈的操作。（2）焊接方法。如果材料選擇的是35Cr，40Cr的合金結(jié)構(gòu)剛，那么在進(jìn)行焊接操作后會(huì)容易產(chǎn)生冷裂紋。因此，需要采用一定加工工藝降低焊接接頭的淬硬傾向，從而防止裂紋的產(chǎn)生。在具體加工時(shí)，就需要盡可能的降低焊接操作產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。（3）應(yīng)力退火。將零件進(jìn)行焊接操作以后，要進(jìn)行應(yīng)力退火操作，去除由于焊接所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低冷裂紋的產(chǎn)生，保持焊接后零件的尺寸穩(wěn)定。（4）二次加工。二次加工是整個(gè)加工過(guò)程中最為重要的一個(gè)步驟。因?yàn)樗ＷC著內(nèi)孔的尺寸精度、直線度、圓柱度、表面粗糙度等環(huán)節(jié)。由于焊接零件容易因?yàn)榍邢髡駝?dòng)而使零件尺寸存在偏差，其壁筒剛度不夠、壁薄、焊接應(yīng)力作用等會(huì)使其發(fā)生變形，因此，要解決這一問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)出一個(gè)完善的施工方案，從而來(lái)保證零件的尺寸精度、表面粗糙度等達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

其具體加工工藝如下：去應(yīng)力退火─粗加工─去應(yīng)力退火─半精加工─時(shí)效處理─精加工。為了使加工后的內(nèi)孔盡可能滿足標(biāo)準(zhǔn)，因此，采用內(nèi)孔和外圓互為基準(zhǔn)的方法，逐步去除加工余量，從而使內(nèi)孔達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3 焊接變形控制技術(shù)

（1）改進(jìn)裝夾方法，創(chuàng)新裝夾方式。對(duì)于腔體的銑削加工過(guò)程，采用臺(tái)虎鉗裝夾，能夠給精加工留有足夠的加工余量。在精加工過(guò)程中，由于臺(tái)虎鉗裝夾會(huì)產(chǎn)生橫向或者徑向的裝夾力，因此，要改進(jìn)裝夾方式。于是，提出了“無(wú)應(yīng)力”裝夾方式。其主要原理是將零件通過(guò)銷釘定位，再裝到夾具上進(jìn)行切削操作，夾具固定在臺(tái)虎鉗裝夾上，臺(tái)虎鉗裝夾不與零件直接接觸，避免了裝夾力的產(chǎn)生，防止了零件變形。同時(shí)，由于是通過(guò)銷釘定位零件，因此，可以通過(guò)固定銷釘位置，使零件尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)?！盁o(wú)應(yīng)力”操作的注意事項(xiàng)如下：首先，在進(jìn)行精加工之前，要先將夾具的銷釘孔鉆好，從而才能確定出零件的定位基準(zhǔn)和中心位置；其次，零件安裝到夾具上時(shí)，要操作零件底部與夾具相平，防止螺釘加固產(chǎn)生變形。（2）改進(jìn)工藝流程。由于零件大多數(shù)為圓形，因此，只能采用銑削加工，在加工過(guò)程中，要盡量減少裝夾次數(shù)，減少誤差，提高零件的精確度。采取“無(wú)應(yīng)力”裝夾操作，能夠精確定位零件中心，使零件達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸和精度。同時(shí)，還能降低零件變形的概率，將粗銑加工與精銑加工分開(kāi)，使零件因切削產(chǎn)生的應(yīng)力能得到及時(shí)釋放，使零件質(zhì)量得到提升[2]。（3）改進(jìn)熱處理方式。傳統(tǒng)的熱處理操作是將零件加熱到再結(jié)晶溫度，使材料中的原子進(jìn)行重排。這會(huì)使零件零件的強(qiáng)度和硬度下降，因此對(duì)于零件加工過(guò)程的處理不適合。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，得出低溫退火的方式比較適用于此零件的加工。低溫退火的步驟如：先將零件溫度加熱到170-190℃，運(yùn)遠(yuǎn)低于零件的再結(jié)晶溫度，再進(jìn)行加工。此操作不會(huì)影響零件的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)還能去除大部分的應(yīng)力，剩下的應(yīng)力使零件發(fā)生的變形比較小。（4）優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，改善焊接技術(shù)，防止零件變形。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)薄壁深腔零件加工工藝的研究中，解決了由于焊接內(nèi)應(yīng)力和機(jī)加應(yīng)力相互作用而使零件發(fā)生變形的問(wèn)題，保證了薄壁深腔焊接零件的加工質(zhì)量與各項(xiàng)指標(biāo)。目前，此技術(shù)已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為薄壁深腔零件加工創(chuàng)造了成功的先例，具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]傅劍峰.如何控制和預(yù)防焊接變形[J].中國(guó)包裝工業(yè)，2013（12）：8.

[2]許志榮，馬騁.船體結(jié)構(gòu)焊接變形問(wèn)題研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013（8）：26-27.