大型焊接箱體制造工藝探析

張明

摘 要：箱體是牽伸機(jī)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和加工方式屬于大型焊接箱體的制造范疇。制造難點(diǎn)主要集中在箱體的焊接變形控制、前后墻板法蘭孔、軸承安裝孔的制造精度。為滿足批量化生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定要求，提高制造精度，制定了一系列具體的工藝方案。通過對(duì)箱體結(jié)構(gòu)和加工特征分析后，在焊接、機(jī)加工。裝配上采取對(duì)應(yīng)的工藝措施，保證加工質(zhì)量。焊接工藝從毛坯下料、組焊順序、焊接方式、消除應(yīng)力、機(jī)器人焊接等方面制定優(yōu)化措施。機(jī)加工藝從零件焊前粗加工、刀具選擇、加工方式和順序等項(xiàng)目采取先進(jìn)的工藝方案，確保加工精度。設(shè)計(jì)制作專用安裝工具，保證裝配質(zhì)量、推廣應(yīng)用本次大型牽伸機(jī)箱體的制造工藝，對(duì)同類箱體的制造具有指導(dǎo)和借鑒作用，進(jìn)而穩(wěn)定質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：箱體;法蘭孔;焊接;機(jī)加;裝配;工藝措施

中圖分類號(hào)：U260.6 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）6-0041-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.009

Analysis on Manufacturing Technology of Large Welded Box

ZHANG Ming

（Hengtian Heavy Industry Co.， Ltd.， Zhengzhou 450053，China）

Abstract：This Box is the key part of extender， and its structure and processing mode belong to the manufacturing Fan Zhi of large welding box.The manufacturing difficulties mainly focus on the welding deformation control of the box， the flange hole of the front and rear wall panels， and the fabrication accuracy of the bearing installation holes.In order to meet the requirements of mass production quality stability and improve the production accuracy， a series of specific process plans are developed.After analyzing the box structure and machining characteristics， the corresponding process measures in the welding 、machining aspects and assembling are adopted to ensure the machining quality.The welding process formulates optimization measures from the aspects of raw material feeding， assembly welding sequence， welding method， stress elimination， robot welding， etc.machining from welding rough machining， tool selection， processing methods and order to adopt advanced process scheme， to ensure the processing accuracy. Design and manufacture special tools to ensure assembly quality.The promotion and application of the manufacturing process of this large extension box has a guidance and reference role for the manufacturing of similar boxes， stabilize quality and improve production efficiency.

Keywords： box; flange hole; welding; addition; assembling;process measures

0 引言

大型焊接箱體在工程機(jī)械、紡織行業(yè)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用普遍，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接應(yīng)力集中、制造精度要求高。在紡織行業(yè)滌綸設(shè)備中，纖維牽伸機(jī)是化纖后處理生產(chǎn)線的主要單元機(jī)之一，纖維絲束經(jīng)過安裝在箱體上的牽伸熱輥的拉伸作用，做定型處理。箱體是牽伸機(jī)的關(guān)鍵部件，是整機(jī)工作的運(yùn)轉(zhuǎn)和基座中心，結(jié)構(gòu)特征屬于典型的大型焊接箱體制造范疇。因此，保證箱體的組焊質(zhì)量和軸承安裝孔的制造精度，對(duì)輥體的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性至關(guān)重要。筆者所述箱體結(jié)構(gòu)是不同型號(hào)牽伸機(jī)的典型代表，其加工工藝對(duì)同類箱體的制造具有指導(dǎo)和借鑒作用。近年來化纖市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，提高化纖大型焊接箱體的加工質(zhì)量，對(duì)工藝、設(shè)計(jì)提出更高的要求。只有制定合適的工藝方案，才能保證制造質(zhì)量，穩(wěn)定市場(chǎng)占有率。

1 產(chǎn)品工藝分析

牽伸機(jī)主要有箱體和牽伸輥組成，箱體是本機(jī)的關(guān)鍵部件（見圖1）。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重約8 t，內(nèi)部安裝多組傳動(dòng)齒輪，是整機(jī)的核心單元，加工質(zhì)量影響牽伸輥的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。箱體主要有前后墻板、左右側(cè)板、上下頂?shù)装濉⒉煌?guī)格的法蘭和軸套、眾多固定筋板和連接橫撐，約50種197個(gè)零件組焊成型。箱體焊接工作量大、應(yīng)力集中不易釋放是箱體直線度、平面度和前后墻板法蘭同軸度焊接精度差的主要原因，也是箱體批量化加工質(zhì)量不穩(wěn)定的主要因素。

通過對(duì)箱體結(jié)構(gòu)、制造工藝的分析和綜合筆者公司設(shè)備加工能力，制造難點(diǎn)主要集中在箱體的焊接質(zhì)量、前后墻板法蘭孔、軸承安裝孔的制造及裝配精度，具體如下所述。

①箱體為厚板組焊結(jié)構(gòu)，且內(nèi)焊大規(guī)格法蘭和眾多筋板，焊接量大、結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)力不易釋放，平面度、垂直度、孔距尺寸精度不易保證。焊接質(zhì)量要求高、工藝難度較大。

②箱體前后墻板上的法蘭同軸度≤Φ0.08，法蘭孔的公共基準(zhǔn)軸線對(duì)水平基準(zhǔn)面的平行度為0.05 mm，加工精度要求高，須制定合適的機(jī)加工藝保證孔位公差要求。

③箱體內(nèi)部作業(yè)寬度≤600 mm，施焊空間不足，勞動(dòng)強(qiáng)度高，優(yōu)化加工順序，采取先進(jìn)的焊接方式和設(shè)備，提高作業(yè)環(huán)境和生產(chǎn)效率。

④輥體組件與箱體合配精度非常高，須制作專用安裝工裝，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

通過以上分析，可知大型箱體的制造難點(diǎn)主要體現(xiàn)在控制箱體的焊接變形，并在保證箱體各面法蘭孔、軸承安裝孔的同軸度的同時(shí)，提高裝配質(zhì)量和效率。為此，筆者通過在焊接、機(jī)加工、裝配三方面采取了一系列工藝措施，來保證焊接質(zhì)量和制造精度。

2 具體工藝措施

2.1 箱體焊接

2.1.1 確定毛坯尺寸及焊前表面處理。對(duì)焊接出現(xiàn)的問題和焊接工藝分析后，控制焊接變形保證焊接精度，并從下料開始對(duì)箱體工藝進(jìn)行控制優(yōu)化。按工藝簡(jiǎn)圖切割墻板（見圖2）、底板、頂板、側(cè)板，周邊均割成不留量。墻板法蘭孔心距適量放大，降低焊接應(yīng)力導(dǎo)致尺寸的偏差。

眾多筋板切割尺寸適當(dāng)縮小，為后續(xù)焊接留有充分的施焊空間[1]。法蘭及軸承座材料為20鍛件，留有合適的焊后加工余量。墻板、頂?shù)装?、?cè)板，焊前拋磨氧化皮，刷洗表面油污，以防結(jié)合不牢固產(chǎn)生焊縫漏油。

2.1.2 整體規(guī)劃焊接順序。首先，前墻板與大法蘭（6件）組焊;隨后，焊前墻板上眾多筋板，校平前墻板結(jié)合件（見圖3）;然后，焊后墻板上不同孔徑的法蘭、軸承套及眾多筋板，校平后墻板結(jié)合件;最后，按前墻板、頂板、兩側(cè)板、底板、后墻板的先后順序，采取合適的焊接方式和擺焊工裝組焊箱體。

2.1.3 關(guān)鍵焊接工序的控制。①法蘭與墻板焊接時(shí)，先焊法蘭孔坡口焊道（二氧化碳焊打底）、焊道填平坡口即可，然后在焊機(jī)接器人上焊法蘭與墻板外焊道，焊后再次翻轉(zhuǎn)墻板、二次焊法蘭與墻板內(nèi)焊道，并擺焊墻板內(nèi)側(cè)眾多筋板，有效抵消焊接應(yīng)力、降低焊接變形[2]。②焊接墻板上眾多立筋時(shí)，注意筋板與法蘭垂直焊縫暫不焊接，待一面墻板結(jié)合件焊完并在500 t油壓機(jī)上校平后（平面度≤2 mm），再補(bǔ)焊筋板與法蘭垂直焊縫，便于焊接應(yīng)力的釋放和墻板結(jié)合件平面的校平。③利用擺焊工裝[3]，精確定位擺焊尺寸。在線測(cè)量箱體相關(guān)焊接尺寸，控制偏差在合理范圍內(nèi)，及時(shí)修正保證后續(xù)加工余量。施焊過程中用焊煙凈化器及時(shí)抽走焊接煙霧，凈化工人作業(yè)環(huán)境。

2.1.4 機(jī)器人焊接工藝優(yōu)化。機(jī)器人焊接技術(shù)在現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊道美觀及焊接效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)。在焊接箱體時(shí)，可大力推行機(jī)器人焊接技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝。①法蘭孔帶坡口的一面與法蘭用機(jī)器人焊接前須人工打底焊、坡口焊平，滿足機(jī)器人焊接條件[4]。針對(duì)部分箱體在滿足使用要求的情況下，可適當(dāng)放大墻板、頂?shù)装逑铝铣叽?，使墻板、頂?shù)装迮c側(cè)板組焊時(shí)形成明顯的角焊道，以便機(jī)器人施焊作業(yè)，保證機(jī)器人焊接質(zhì)量。②經(jīng)過多次焊接試驗(yàn)驗(yàn)證，焊接速度應(yīng)控制在18 cm/min，焊頭擺動(dòng)寬度5 mm較為合適，焊道連續(xù)飽滿，射線探傷無夾渣、氣孔現(xiàn)象，焊接質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。

2.1.5 焊后處理工藝。箱體組焊完成后涂白粉、煤油試漏，保證焊接密封性能。焊后高溫退火[5]、充分釋放焊接應(yīng)力，確保機(jī)加工前尺寸真實(shí)，機(jī)加后尺寸穩(wěn)定不變。退火后沖砂處理，檢查表面外觀質(zhì)量，補(bǔ)焊箱體外表面局部凹點(diǎn)，打磨所有焊道光滑無毛刺。

2.2 箱體機(jī)械加工

2.2.1 關(guān)鍵零件焊前機(jī)械加工工藝?？纵S合理的配合公差利于工件的順利裝配。墻板上的法蘭安裝孔按正公差掌握，法蘭外圓按負(fù)公差加工，提高組焊零件的合配效率。同時(shí)各孔孔心距適量放大，有效抵消焊接應(yīng)力帶來的孔距收縮，為后續(xù)加工留有空間。粗精車兩處法蘭蓋臺(tái)階外圓，法蘭蓋上2-Φ260G6內(nèi)孔[6]與箱體軸承孔焊后同加工，保證同心度要求。

2.2.2 校正加工中心、劃基準(zhǔn)線。清理加工平臺(tái)，箱體平放，校正兩面墻板平面度。以箱體內(nèi)擋為基準(zhǔn)，劃兩墻板法蘭面加工線及箱體中心線。然后將箱體立放，校正加工中心，劃兩面法蘭孔、軸承孔加工基準(zhǔn)線。劃頂板、底板及兩側(cè)板上搭子面加工線。用激光投線儀校正箱體各面及孔加工線，打洋沖，做標(biāo)記。選擇合適的刀具[7]，調(diào)整加工參數(shù)，空轉(zhuǎn)對(duì)刀準(zhǔn)備加工。

2.2.3 銑箱體各面。根據(jù)箱體裝夾位置需要，放置等高墊鐵、校水平或者自銑一刀等高墊鐵平面，以底板為基準(zhǔn)，箱體平放在工作臺(tái)上，搞正壓緊[8]。在數(shù)控落地式銑鏜床上粗、精銑底板各搭子面，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°粗、精銑頂板，加工至總高。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°、粗精銑側(cè)板窗口面，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°、粗精銑另一側(cè)板窗口面，保證總長。箱體立放，粗銑前墻板各法蘭平面和各搭子面。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，粗精銑后墻板各法蘭平面，再次回轉(zhuǎn)180°精銑前墻板各法蘭及搭子面，保證總寬。箱體各面及搭子面加工完成。

2.2.4 孔加工。粗鏜前墻板上的法蘭孔（從中間往兩邊鏜），工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，粗鏜后墻板上各法蘭孔及軸承孔。精鏜與法蘭蓋合配的2-Φ780H7法蘭孔[9]，法蘭蓋（2件）與后墻板法蘭孔螺釘合配擰緊，同時(shí)粗鏜、半精鏜、精鏜法蘭蓋上的4-Φ260G6孔、后墻板上的2-Φ260G6法蘭孔與箱體內(nèi)對(duì)應(yīng)的6-Φ240G6軸承安裝孔（圖4為其中一組剖視圖，共兩組）。半精鏜、精鏜后墻板上其余的法蘭孔和箱體內(nèi)的軸承安裝孔，鉆攻各孔。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，精鏜前墻板上法蘭孔，鉆各孔、攻絲。參照基準(zhǔn)線，檢測(cè)各孔加工精度及孔心距偏差，達(dá)到圖紙公差要求。

2.3 箱體裝配

為了提高箱體與牽伸輥、齒輪的裝配質(zhì)量，該研究對(duì)裝配工藝進(jìn)行了優(yōu)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

①對(duì)于牽伸輥在裝配過程中，行車吊裝有干涉、現(xiàn)有工裝不方便的問題，采用對(duì)電動(dòng)叉車進(jìn)行改造，將叉車前面的鏟子去除，設(shè)計(jì)新的裝夾裝置，使叉車盤縱向及徑向均可移動(dòng)，方便各類輥?zhàn)拥陌惭b。采用牽伸輥裝夾裝置安裝輥體可提高裝配率，減少行車的使用，極大地提升了裝配進(jìn)度。

②針對(duì)裝配流水線過長，后續(xù)工序只能等待前道工序安排完成后才能進(jìn)行的問題，該研究將直線安裝流程改為平行安裝流程，其他部件的安裝無須等箱體安裝后再試裝，通過專用工裝模擬安裝狀態(tài)使其他部件與箱體同步進(jìn)行試裝。提高了裝配效率，縮短了場(chǎng)地的占用和周轉(zhuǎn)時(shí)間。

3 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用

通過制定合理的下料方式，按下料工藝簡(jiǎn)圖精準(zhǔn)切割，給定合適的焊接收縮量，保證周邊切割精度和孔的后續(xù)加工余量。優(yōu)化焊接順序，采取高效的焊接方法，編制合適的焊接參數(shù)，控制箱體的焊接變形，提高焊接效率和焊道質(zhì)量，保證焊后箱體對(duì)角線尺寸誤差≤1.5 mm。選取合適的加工設(shè)備、裝夾方式、鏜銑順序，保證法蘭同軸度≤Φ0.08，法蘭孔的公共基準(zhǔn)軸線對(duì)水平基準(zhǔn)面的平行度為0.05 mm，達(dá)到了預(yù)期技術(shù)指標(biāo)。工裝的設(shè)計(jì)應(yīng)用解決了裝配中零件的干涉問題和工序中等待時(shí)間過長的現(xiàn)象，保證了裝配質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、合理安排生產(chǎn)順序，及時(shí)解決出現(xiàn)的問題，不斷完善加工工藝，最終完成了大型滌綸箱體的加工制造，使批量化加工質(zhì)量穩(wěn)定。推廣應(yīng)用該大型牽伸機(jī)箱體的制造工藝，對(duì)同類零件的加工具有指導(dǎo)和借鑒意義。建議納入相關(guān)企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)文件，提高工藝技術(shù)的指導(dǎo)作用，豐富相關(guān)企業(yè)在制造大型箱體方面的加工經(jīng)驗(yàn)，提升其在高技術(shù)、關(guān)鍵領(lǐng)域的制造水平。

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