從鏟板體制造工藝改進(jìn)淺談工藝在生產(chǎn)中的重要性

摘要：通過對焊接件制造工藝及質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)分析，以某設(shè)計(jì)院260型鏟板體為研究對象，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際給出了焊接加工件的一種制造思路;討論改善工藝給生產(chǎn)帶來的便利性及效率提升。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造;工藝;質(zhì)量控制

一、前言

工藝是產(chǎn)品生產(chǎn)的主要依據(jù)，工藝就是制造產(chǎn)品的方法[1]，科學(xué)合理的工藝是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的決定因素，是客觀規(guī)律的反映，也是工人在生產(chǎn)中正確進(jìn)行加工操作的依據(jù)。合理的工藝，必須經(jīng)過科學(xué)規(guī)劃并不斷改進(jìn)，它能起到指導(dǎo)生產(chǎn)的作用，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高效益。因此作為機(jī)械工程企業(yè)，要提高對制造工藝的重視程度，嚴(yán)格遵守工藝規(guī)范，使加工效果達(dá)到較高的水平。接下來以生產(chǎn)中遇到的實(shí)例共同探討一下不同工藝在生產(chǎn)中的表現(xiàn)。

近期，我公司承接了某礦山公司鏟板體制造任務(wù)。鏟板體用于礦山井下掘進(jìn)，如圖1，圖2，工件為焊接件，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，屬多面體空間結(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)分為左副鏟板、右副鏟板、主鏟板體三部分，主體采用16Mn中厚板焊接，鏟尖部分為ZG25Mn2鑄件，尖端200范圍為耐磨堆焊層，工作表面覆蓋JFE-EH400耐磨板，工件總重7噸。就現(xiàn)有設(shè)備來說制造加工、工藝安排都是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。有160、220、260三種型號的機(jī)型，現(xiàn)就具有代表性的260型鏟板體制造工藝進(jìn)行探討。

二、常規(guī)工藝路線

工件制造過程中要充分考慮到以下幾方面：

（一）工件型體較大，制造過程中翻轉(zhuǎn)、吊裝需做好規(guī)劃

制造工藝擬定要考慮焊接形變，機(jī)械加工難易程度。特別應(yīng)考慮的是主、副鏟板體結(jié)合部位的加工問題，因工件形體不規(guī)則所以位置精度不易保證。明確所面臨的問題以后，開始考慮加工制造的問題。

通常情況我們按此種工藝路線制造：分別按圖焊接左副鏟板、右副鏟板、主鏟板焊接成型，再將焊接完成的工件加工至成品如圖4、圖5所示，這種工藝此處稱它為整體制造工藝。這是一般的工藝路線：毛坯-熱處理-切削加工-零件[2]，如在齒輪軸加工工藝中，需要按照圖3的順序進(jìn)行，硬化處理齒面時(shí)，需要利用表面淬火、滲碳處理等方法，提高齒輪軸表面的硬度，使其更加耐磨。像這樣按照通常的思路進(jìn)行生產(chǎn)，一般情況下是沒問題的，但此工件焊接完成后再加工，會給加工造成不小困難。

（二）因工件作業(yè)環(huán)境惡劣，所以要求工件強(qiáng)度高，厚度大

大焊縫如果一次成型會使熱量密度集中，焊接過程中熱應(yīng)力變形是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[3]。而焊接過程焊接變形不易控制，通常實(shí)際焊接中采用分層、變換焊接位置等措施避免集中連續(xù)焊接，并選用堿性焊條[4]。部件焊接工作完成后還要進(jìn)行退火處理，消除焊接應(yīng)力轉(zhuǎn)交機(jī)加工，經(jīng)銑、鉆、鏜加工至成品，由鉗工組裝;噴丸、噴漆等表面處理后具備發(fā)貨條件。

此種工藝路線簡單，易于協(xié)調(diào)各工位作業(yè)及人員安排，但同時(shí)加工難度大。從圖中可以看出三大主體部分都為不規(guī)則零件體，工件加工需用多個(gè)加工基準(zhǔn)面來保證裝配，尤其主副鏟板槽、鍵結(jié)合部分既要保證加工精度，又要保證位置精度，對加工提出較高要求，且工件大而重不易于工件裝夾，加工震動大不能選用大切削量，加工效率低。

三、改進(jìn)工藝路線

現(xiàn)在我們提出另一種分體制造工藝路線。相對第一種工藝路線，實(shí)際生產(chǎn)中我們采用了的第二種工藝路線：拆分成一個(gè)個(gè)小的單元分體粗加工，而后焊接，焊接完成后再精加工，此處稱其為分體制造工藝，此種工藝易于加工，且分體后各工件重量較輕易于吊裝及加工裝夾。

近些年我國制造業(yè)發(fā)展較快，許多個(gè)體企業(yè)也都逐步采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，使加工精度及產(chǎn)品質(zhì)量一致性得到了保障，很大程度上減少了人為因素對加工質(zhì)量造成的影響。但是無論尖端產(chǎn)業(yè)發(fā)展到何種程度都離不開傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)這一工業(yè)基礎(chǔ)，離不開基礎(chǔ)工業(yè)的支撐。此工件并非高端產(chǎn)品，用高端加工設(shè)備不夠經(jīng)濟(jì)，我們所能做的是讓基礎(chǔ)工業(yè)也搭上工業(yè)進(jìn)步的順風(fēng)車，學(xué)習(xí)先進(jìn)的制造手段和輔助工具為傳統(tǒng)制造提供技術(shù)支撐，本人采用三維制圖軟件繪制出了三維模型，為生產(chǎn)提供直觀的結(jié)構(gòu)模型，生產(chǎn)人員更快捷更清晰的了解所做工件的結(jié)構(gòu)弄懂圖紙表達(dá)的意圖。工件制造過程中圖紙往往不夠直觀且有時(shí)標(biāo)注的尺寸也非加工能夠測取的尺寸，我們可以利用三維模型來輔助制造為制造提供便利。

生產(chǎn)具體工藝流程如下：

（一）鑄件鏟尖單獨(dú)加工，鏟尖為異形件

尺寸標(biāo)注較復(fù)雜此時(shí)借助三維圖形指導(dǎo)加工能起到事半功倍的效果。因生產(chǎn)并非批量件，所以并未制作工裝夾具，各加工控制節(jié)點(diǎn)尺寸由三維模型量取，工作表面留少量加工余量，用作整體裝配完成后刀檢平面之用，其余尺寸按圖紙加工至成品。主、副鏟尖退火后加工結(jié)合面及連接螺孔并連接如圖6，螺栓沉孔加工到足夠深度，將兩鏟尖成對聯(lián)接，堆焊鏟尖耐磨層，等待后續(xù)與主框架組焊。

（二）副鏟板體按生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)一下各規(guī)格板料，清理毛邊、校平

據(jù)圖紙尺寸焊接完成副鏟板體框架如圖7部件，副鏟板體框架與鏟尖結(jié)合處尺寸為控制尺寸，焊接時(shí)控制此處尺寸，否則與鏟尖拼焊時(shí)會出現(xiàn)高低不平，影響產(chǎn)品整體觀感并且會增加工作時(shí)阻力。焊件要求表面無裂紋、未融合、無咬邊、無氣孔，且表面平整光滑[5]。

副鏟板體左右各1件，框架焊件完成后退火。加工結(jié)合面及連接孔，這一步副鏟尖不與副鏟板體框架進(jìn)行焊接。

（三）主鏟板體

在組焊時(shí)，我們也采用了分體焊接的方式，其中中間部分貼板（圖8）預(yù)先加工，壓鏈板安裝螺孔5-M20先鉆出并保留中心線，中心線將來作為組焊其余部件的基準(zhǔn)線。

主鏟板分別焊接成如下三部分如圖9、圖10、圖11所示，其中圖10以一固定參照并以貼板中心線為基準(zhǔn)組焊。實(shí)際加工中我們采用的豎直固定參照，焊件也立式方位組焊。

三部分分別完成后，做同心軸及焊接工裝將三部分組焊，并將除鏟尖的部分組焊完成如圖12主鏟板框架：

焊接時(shí)控制鏟尖連接部分尺寸，工作表面留加工余量，組裝后刀檢平面。焊接工作完成后整體退火處理，加工連接面及連接螺孔。至此主體框架已經(jīng)搭建完成，在這其中的工作中結(jié)合面加工尺寸也需計(jì)算準(zhǔn)確，此時(shí)可借助三維模型控制尺寸。

（四）將副鏟板框架和主鏟板體框架組裝至圖13所示

將圖6鏟尖組合與鏟板框架拼裝，觀察結(jié)合縫隙是否對齊可檢驗(yàn)出各加工工序是否達(dá)到預(yù)期值。然后將護(hù)板等其余零件拼焊上去，組合如圖14所示：

將鏟尖組合與鏟板框架點(diǎn)焊牢固后再將其拆解，拆分成左中右三部分，即主鏟板體如圖15，左、右副鏟板體如圖16。

圖15主鏟板體半成品圖16副鏟板體半成品

此時(shí)焊接工作已基本完成，只余鏟尖和框架結(jié)合的焊縫，將剩余少量焊接工作完成，由于此時(shí)僅剩少量焊接工作且規(guī)避集中、連續(xù)焊接作業(yè)，因此并不會產(chǎn)生較大形變而影響工件精度。

（五）焊接完成后再次組裝，面板刀檢

鏜液壓馬達(dá)安裝孔并鉆螺接孔等加工至成品尺寸如圖17所示：

在工作表面敷設(shè)JFE-EH400耐磨板層，耐磨板開孔點(diǎn)焊對工件整體基本無影響，做完表面處理工件既全部完成。采用此工藝路線，將大型件拆分成幾個(gè)小的單元，易于加工裝夾，對加工設(shè)備要求降低，更多的設(shè)備可以選用;加工時(shí)所需考慮因素減少不易出錯(cuò)，使得較小型的制造單位也可參與生產(chǎn);勞動分?jǐn)傞_來，各工位可同時(shí)參與，不再是單工位勞動集中其余工位不能充分利用。

但是它也有其缺點(diǎn)，因工件拆分成多個(gè)單元，這就使得工藝步驟相應(yīng)增加，增加了工藝復(fù)雜性;同時(shí)參與工位的增加，使得調(diào)度工作難度加大;雖然有這些缺點(diǎn)但好處是顯而易見的，工件拆分使各部件復(fù)雜程度降低質(zhì)量控制更加容易，解放了大型設(shè)備，多工位同時(shí)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

四、實(shí)際生產(chǎn)帶來的啟示

對比兩種工藝路線，一是整體焊接完成再加工，二是分體加工再焊接，可見第二種工藝路線更具優(yōu)勢，它兼顧了易加工及精度、質(zhì)量的可控性。第一種工藝路線雖工序少但對加工提出了非常高的要求，相應(yīng)的需作較復(fù)雜的工裝夾具以實(shí)現(xiàn)各部件的互換性，即使這樣它仍需較長時(shí)間占用大型加工設(shè)備，對加工單位來說這無疑是很不經(jīng)濟(jì)的。

本文采用的工藝已經(jīng)實(shí)際制造驗(yàn)證，產(chǎn)成品達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此工藝思路具有較實(shí)際的應(yīng)用參考價(jià)值。

當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)行業(yè)也獲得了好的發(fā)展，在此過程中，機(jī)械工程加工的質(zhì)量控制效果會產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響，并且關(guān)系企業(yè)自身的持續(xù)進(jìn)步。所以必須對機(jī)械工程加工進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)格的質(zhì)量控制，更好的為工業(yè)發(fā)展提供支持。質(zhì)量是企業(yè)生存之本，顯然合理的工藝使質(zhì)量控制更加得心應(yīng)手。

另外機(jī)械工程制造過程中編制制造工藝時(shí)，需明確生產(chǎn)加工中使用的設(shè)備特點(diǎn)，在機(jī)械工程加工制造中，會涉及多樣化的機(jī)械工程加工設(shè)備，常用的設(shè)備主要有機(jī)床、刀具、夾具、輔助器、計(jì)算器等[6]。機(jī)械加工工藝中，要科學(xué)的選擇加工方法，科學(xué)的劃分加工階段，科學(xué)的安排加工的工序。對待工件的加工，要結(jié)合機(jī)械工程產(chǎn)品的實(shí)際情況對加工制造工藝進(jìn)行確定，保證加工制造設(shè)備得到最大化的利用，使加工制造的精準(zhǔn)度以及效率得到提升，科學(xué)的工藝可以使先進(jìn)的加工手段發(fā)揮出超潛作用。

提高操作人員的素質(zhì)水平，如果產(chǎn)品、機(jī)械工程加工設(shè)備、操作流程相同，不同專業(yè)素養(yǎng)以及技術(shù)能力的人員進(jìn)行操作[7]，其生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也是有差異的。所以作為機(jī)械工程企業(yè)，要提高對操作人員專業(yè)技術(shù)與素養(yǎng)培養(yǎng)的重視程度。比如可以定期組織操作人員學(xué)習(xí)專業(yè)知識與技術(shù)，有數(shù)據(jù)表明，對于操作人員加工生產(chǎn)的產(chǎn)品，其合格率與操作人員自身的專業(yè)技術(shù)與素養(yǎng)之間呈正比例關(guān)系[8]對生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格執(zhí)行也是人員素質(zhì)充分發(fā)揮的保障。

管中窺豹以上的幾點(diǎn)，一個(gè)企業(yè)的生存與發(fā)展非一日之功亦非一臣之功，每個(gè)都是生產(chǎn)鏈條不可缺少的環(huán)節(jié)，我們通過以上對一個(gè)具體制造工藝案例的拆析可以預(yù)想到一個(gè)科學(xué)的工藝能夠滲透到生產(chǎn)制造的方方面面，貫穿始終為生產(chǎn)提供助力，在看不到的地方發(fā)揮作用。

五、結(jié)束語

總而言之，工藝制定是機(jī)械工程加工過程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，工藝制定是否合理、是否科學(xué)、是否達(dá)標(biāo)將對整個(gè)機(jī)械工程制造產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。所以作為機(jī)械工程加工企業(yè)，需要提高對制造工藝的重視程度。我們結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)對生產(chǎn)工藝做了簡單的剖析，希望它能成為一種可借鑒的思路。

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通訊作者：張朋飛，1983年6月，男，漢族，河北邯鄲人，現(xiàn)任中國煤炭地質(zhì)總局一一九勘探隊(duì)技術(shù)員，工程師，工學(xué)學(xué)士。研究方向：機(jī)械制造及工藝改善。