基于某圓筒零件焊縫修磨技術(shù)的研究

江澄冉 李雪純

摘要：受限于現(xiàn)有的焊接設(shè)備及技術(shù)條件，針對(duì)某圓筒零件深孔焊縫余高無(wú)法通過(guò)焊接直接保證的問(wèn)題，本文結(jié)合該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于機(jī)械修磨加工技術(shù)，對(duì)比了多種焊縫加工工藝方案，從焊縫加工工藝流程安排、工藝裝備設(shè)計(jì)、修磨方法等方面著手分析，提出了合理的焊縫修磨技術(shù)。采用該技術(shù)對(duì)某圓筒零件進(jìn)行加工，整批零件全部滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性。本文可為后續(xù)其它圓筒零件的焊縫加工工藝方案優(yōu)化提供了一定的技術(shù)支持和參考。

關(guān)鍵詞：圓筒;焊縫修磨;氣動(dòng)砂輪機(jī);砂輪桿

中圖分類號(hào)：TG441.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0107-02

0 ?引言

如圖1所示圓筒零件，主要由前端環(huán)、筒體與后端環(huán)經(jīng)焊接形成，其中前端環(huán)與筒體、后端環(huán)與筒體采用電子束焊接連接。為了避免背面焊縫余高影響裝配質(zhì)量，要求兩條環(huán)焊縫背面焊縫余高為0.4max（允許打磨，不允許損傷基體）。受限于焊接技術(shù)，背面焊縫余高0.4max無(wú)法在焊接過(guò)程直接保證，需要通過(guò)機(jī)械修磨加工保證。而受限于產(chǎn)品深孔結(jié)構(gòu)，兩條環(huán)焊縫背面焊縫的機(jī)械修磨難度大，需要進(jìn)行工藝研究，提出有效的技術(shù)措施[1]。

1 ?深孔焊縫修磨工藝性分析

1.1 零件焊縫結(jié)構(gòu)分析

圓筒零件由前端環(huán)、筒體與后端環(huán)焊接而成，零件總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，外徑為d，前端環(huán)端最小內(nèi)孔直徑為D1，后端環(huán)端最小內(nèi)孔直徑為D2，兩條環(huán)焊縫部位內(nèi)孔直徑為D3，前端環(huán)與筒體環(huán)焊縫（以下簡(jiǎn)稱為“前端環(huán)環(huán)焊縫”）距前端環(huán)端面約400，后端環(huán)與筒體環(huán)焊縫（以下簡(jiǎn)稱為“后端環(huán)環(huán)焊縫”）距后端環(huán)端面約400，兩條環(huán)焊縫背面焊縫余高0.4max（允許打磨，不允許損傷基體），其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 深孔焊縫修磨存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)電子束焊接工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，焊接過(guò)程只能控制背面焊縫余高量為0.5～0.8，不能直接保證背面焊縫余高0.4max的設(shè)計(jì)要求，因此，必須通過(guò)機(jī)械修磨加工的方法來(lái)去除背面焊縫余高，保證要求[2]。

由于兩條環(huán)焊縫距離孔口端面的深度大，且零件孔口孔徑?。ㄗ畲笾禐镈3），常規(guī)的人工手持氣動(dòng)砂輪機(jī)打磨焊縫余高的方法不能適用，需考慮采用其他機(jī)械修磨加工法去除背面焊縫余高。

經(jīng)分析，在車床上加裝氣動(dòng)砂輪機(jī)，采用砂輪磨削加工法可實(shí)現(xiàn)深孔背面焊縫余高的修磨加工。但使用該方法加工存在以下問(wèn)題：

①在車床上加裝氣動(dòng)砂輪機(jī)，缺乏工藝裝備，需要合理選擇氣動(dòng)砂輪機(jī)，合理設(shè)計(jì)氣動(dòng)砂輪機(jī)轉(zhuǎn)接桿、砂輪安裝桿;②焊縫修磨過(guò)程不允許損傷零件金屬基體，修磨難度大，需要合理設(shè)計(jì)砂輪;③零件兩條環(huán)焊縫深度大，且孔口孔徑小，焊縫修磨過(guò)程不易觀察，修磨難度大，尤其是在后端環(huán)環(huán)焊縫修磨時(shí)，由于后端環(huán)最小內(nèi)孔直徑小，僅為D2，而焊縫位置內(nèi)孔直徑為D3，孔口與焊縫位置的臺(tái)階高度約10，修磨時(shí)視線被阻擋，砂輪對(duì)刀、進(jìn)刀難度極大，磨削難度更大。

2 ?深孔焊縫修磨技術(shù)措施

2.1 選擇行程足夠的機(jī)床

殼體的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，而兩條環(huán)焊縫深度大，前端環(huán)環(huán)焊縫深度為400，后端環(huán)環(huán)焊縫深度為400，焊縫修磨時(shí)要求車床行程足夠長(zhǎng)，不小于2000，結(jié)合現(xiàn)有車床資源分析，實(shí)際加工中選用了行程為4000的大型普通車床。

2.2 合理安排焊縫加工流程

結(jié)合圓筒零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，前端環(huán)環(huán)焊縫與后端環(huán)環(huán)焊縫兩條焊縫的加工流程，可設(shè)計(jì)為如下方案：

兩條焊縫分兩道焊接工序焊接形成，先完成一條焊縫焊接與焊縫修磨之后，再進(jìn)行另一條焊縫焊接與修磨?？杉?xì)分以下兩種方案：①先進(jìn)行后端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨，再進(jìn)行前端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨;②先進(jìn)行前端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨，再進(jìn)行后端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨。

焊縫加工方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析：

該方案工序分散，零件周轉(zhuǎn)次數(shù)多（在焊接、機(jī)加兩工種之間轉(zhuǎn)工次數(shù)4次）生產(chǎn)效率低下。但兩種方案中，選擇“先進(jìn)行后端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨，再進(jìn)行前端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨”的加工方案，后端環(huán)環(huán)焊縫修磨時(shí)，磨頭從筒體端內(nèi)孔D3方向進(jìn)刀，可避免觀察難度大，修磨質(zhì)量不易控制的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)分析，實(shí)際加工中選擇了“先進(jìn)行后端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨，再進(jìn)行前端環(huán)環(huán)焊縫的焊接與焊縫修磨”的加工方案。

2.3 合理設(shè)計(jì)氣動(dòng)砂輪機(jī)轉(zhuǎn)接桿

結(jié)合上述焊縫加工流程安排與殼體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，可知?dú)鈩?dòng)砂輪機(jī)、氣動(dòng)砂輪機(jī)轉(zhuǎn)接桿、砂輪等修磨裝置配件，直徑都不能大于前端環(huán)孔口最小直徑D1（留1mm余量）。結(jié)合現(xiàn)有資源，安裝砂輪用的氣動(dòng)砂輪機(jī)選型為KEB-270-1450N/DS4510L，外形尺寸為φ41.8×230[3]。

結(jié)合焊縫加工流程分析，為了同時(shí)滿足兩條焊縫修磨深度的使用要求，氣動(dòng)砂輪機(jī)安裝桿長(zhǎng)度需滿足最深焊縫深度（501mm）的使用要求。綜合考慮氣動(dòng)砂輪機(jī)的長(zhǎng)度，以及氣動(dòng)砂輪機(jī)的安裝要求，轉(zhuǎn)接桿與車床安裝要求，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)接桿如圖2所示。

2.4 合理設(shè)計(jì)砂輪安裝桿

結(jié)合DS4510L氣動(dòng)砂輪機(jī)夾頭夾持直徑φ10max的使用要求，設(shè)計(jì)砂輪安裝桿如圖3所示，其中φ10軸為砂輪裝配軸，φ10軸為砂輪安裝桿與DS4510L氣動(dòng)砂輪機(jī)的安裝軸，M10-6h為砂輪緊固螺母連接螺紋，25×10兩面為扳手夾持面。

2.5 合理設(shè)計(jì)修磨砂輪

為了避免焊縫修磨過(guò)程損傷零件基體，修磨砂輪設(shè)計(jì)為弧面砂輪，因?yàn)榛∶嫔拜喼虚g高兩端低，修磨時(shí)以中間高點(diǎn)修磨焊縫，兩端低點(diǎn)可避免干涉，可有效避免損傷基體。

2.6 焊縫修磨過(guò)程分析

為了避免焊縫修磨過(guò)程損傷零件基體，保證兩條環(huán)焊縫背面余高的修磨質(zhì)量，焊縫修磨過(guò)程需要注意以下幾點(diǎn)：①零件裝夾時(shí)選擇一端軟爪夾持，一端中心架輔助支撐的裝夾方式;為了提高焊縫修磨過(guò)程的零件剛度，中心架支撐位置須靠近焊縫位置，加工中設(shè)置該位置為距焊縫30mm范圍內(nèi)，前端環(huán)環(huán)焊縫修磨過(guò)程的裝夾示意圖見圖4，后端環(huán)同理。②為了提高焊縫修磨精度，零件裝夾時(shí)，要求加工前車正軟爪跳動(dòng)不大于0.05mm，找正中心架支撐位置跳動(dòng)不大于0.1mm。③受零件結(jié)構(gòu)影響，深孔背面焊縫修磨過(guò)程觀察難度大，為了提高修磨過(guò)程的可觀察性，在車床主軸端內(nèi)孔中加裝燈泡作為光源照明。④為避免損傷基體，修磨過(guò)程對(duì)刀時(shí)，需要兩名操作工配合實(shí)施，一人負(fù)責(zé)操作車床進(jìn)刀，每次進(jìn)刀量不大于0.03mm，一人負(fù)責(zé)觀察對(duì)刀情況，以砂輪與焊縫接觸時(shí)產(chǎn)生的火花為判據(jù)。⑤焊縫余高修磨后，焊縫棱邊會(huì)產(chǎn)生飛邊與毛刺，需要采用規(guī)格為φ80的圓柱鋼絲刷進(jìn)行焊縫精磨，去除飛邊及毛刺。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某圓筒零件深孔焊縫修磨難題，通過(guò)合理設(shè)計(jì)焊縫加工工藝方案、選擇機(jī)床與氣動(dòng)砂輪機(jī)、設(shè)計(jì)氣動(dòng)砂輪機(jī)轉(zhuǎn)接桿、砂輪安裝桿及砂輪等，得到了較為有效的解決措施，成功解決了深孔焊縫修磨難題。采用此焊縫修磨技術(shù)進(jìn)行加工，整批零件焊縫余高滿足0.4max的指標(biāo)，且無(wú)損傷零件基體問(wèn)題，直接驗(yàn)證了此深孔焊縫修磨技術(shù)的可行性，可為類似結(jié)構(gòu)的深孔焊縫修磨提供技術(shù)借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]許大華，孫金海.機(jī)械制造技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2015.

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[3]徐宏佳，李春玉.氣動(dòng)砂輪機(jī)的研究設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2002（01）：23-24.

作者簡(jiǎn)介：江澄冉（1992-），男，河南洛陽(yáng)人，助理工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械加工工藝;李雪純（1991-），女，河南洛陽(yáng)人，助理工程師，管理學(xué)碩士，研究方向?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)情報(bào)。