基于大型低刚性环类零件的加工设计

王浩任

摘 要：本文重点结合大型低刚性环类零件加工的特点，从不同儿而角度阐述和分析了加工中出现的不良现象，针对这类零件加工过程中所出现的一系列不利因素，基于当前加工现状和技术，总结和设计了一套行之有效的加工方案，此方案不但有效地保证了零件的加工质量，而且还进一步提升了产品的生产效率，因此属于一套值得推广和借鉴的加工方法。

关键词：大型圆环类件；组合式结构；加工设计

大型低刚性环类件因局部易失效损坏而导致零件使用寿命低，采用热压过盈装配连接方法可提高大型环类件的使用寿命、可靠性、安全性和经济性。热压过盈装配连接的组合结构形式多样，既可以是两层、三层材料的有机组合，也可以是铸件与锻件、锻件与锻件的有机组合。本文是以大型低刚性环类零件的加工为研究对象，基于当前加工现状和技术，总结和设计了一套行之有效的加工方案，本方案其它类似的机械传动和各类模具等中小型圆环类件同样具有一定的参考价值。

一、工艺流程设计

通过综合考虑零件形状及降低成本等因素决定采用分段拼焊的方法来获得两个半圆弧。通过计算并考虑现有板材整张钢板尺寸决定将零件等分为八段圆弧，每段圆弧气割成型然后拼接成两个半圆弧。分成八段以后每段圆弧的弦长为1726，因当时我们板材仓库中只有一张厚度为60宽度为1700的钢板可用，只能按图所示下料，这样可以最大限度的节省原材料。此类零件如果要想达到设计要求必须先想办法提高零件刚性然后再进行加工，为此需做大量的辅助工作。通过在圆环中间增加轮辐状的支撑来提高零件的刚性，同时考虑到整圆零件尺寸比较大，运输困难，车间厂房大门也不能进出这么大尺寸的零件，轮辐也做成可以拆分的两个半圆部分中间圆盘分为上下两块，16根槽钢做为轮辐焊接在中间圆盘和圆弧段之间，每根圆弧靠近两端各有一根槽钢支撑，圆弧和槽钢一起分为左右两半，其中相邻四段圆弧与八根槽钢和上面的圆盘焊在一起，另外一半与下面的圆盘焊在一起，上下两个圆盘用八个螺钉把在一起并配打销子方便拆装。这样就可以使零件分为两个半圆方便运输又使零件分为两半时仍有一定的刚性，保证每个半圆弧最少的变形。

二、零部件焊接工艺设计

对于此类零件下料时要考虑成本及零件变形等各种因素选择合适的拼接方法，在零件加工之前要通过一些必要的辅助手段如增加辅助支撑等来提高零件的刚性减少零件加工中的变形，充足的准备之后再进行加工就可以顺利加工出符合设计要求的零件。两半圆中间的开口处的四个端面要在焊前加工成，所以下料的八段圆弧中有四段长度要留余量退火后上镗床铣一端面。因焊接后没有合适的设备进行退火处理，且无法预测其变形程度，所以下料后八段圆弧要先进行退火处理，退火过程中零件应平放防止扭曲变形。组焊时须在比较平整的平台上进行，因没有这么可供拼接这么大零件的平台，就在车间里面找了两张同厚度且表面质量较好的两米多宽的钢板拼接点焊在一起搭建了一个临时平台。在该平台上，先用一根长度超过2.25m的圆钢制作一个划规在平台上分别划出直径为4400mm和4510mm（外圆有10mm余量）的两个圆，然后将八段圆弧放到位并点焊在钢板平台上，加工过一个端面的四段圆弧两两相对贴紧。两个中间圆盘把紧并打上销子以后再放到位，将全部辐条放相应位置，两端分别点焊到位，先将辐条与圆弧段点在一起，再将辐条与中间圆盘点在一起，点焊的时候以两切口连线的直径分开左右，一半点在上圆盘上，一半点在下圆盘上，最后将八段圆弧连接处点焊在一起。全都点焊之后在两个切口处用两块小钢板焊在内圈上拉紧切口两边的圆弧防止焊接过程中变形。

三、零部件加工工艺设计

目前，自动化焊接还主要局限于环、直缝的焊接，最需要实现自动焊的大量的复杂结构空间轨迹安装座还采用手工焊接，未全部使用预变形工装，零件焊接时基本处于自由状态，造成焊后安装座位置度经常出现超差、筒体变形严重等缺陷。造成这些问题的主要原因是现阶段对自动化焊接技术研究的重点还仅限于改进焊接工艺，如改变焊接方法、减少能量输入等常规手段，未能从理论上摸清焊接过程中零件的变形规律，从而采取有效的预变形措施，因此控制零件焊后变形的效果不明显，质量也不稳定。先将辐条与圆盘焊牢、辐条与圆弧段焊牢，最后在各个圆弧段的接口处堆焊。焊接过程中要对称焊最好是两个人在对称的地方同时焊接，因焊后无法退火所以焊接过程中要用石棉保温，保证焊后不会出现零件硬度太高的现象。焊接完成之后各个圆弧段接口处会有不同成度的翘曲变形，且因为下料钢板只有60mm厚，圆环上下面均只有5mm余量。焊后必须在油压机上校平，保证整个圆环两端面的平面度在1.5mm以内。加工内容很简单只是大立车上车上下面及外圆，因为零件加工内容很简单只是大立车上车上下面及外圆，因为零件太大划线无法划钻孔中心线，所以需利用立车工序在零件钻孔中心线的交点处划出一道很浅的槽子来辅助划线工序，然后算好弦长划钻孔中心线。辅助支撑不要拆掉直接上钻床钻孔。加工完之后中间圆盘上的螺钉拆开成两半运回车间，将整圆装在相应零件上用螺钉把紧以后再将辐条一个个用角磨机打磨掉并修光内圆。

四、结束语

目前，计算机数值模拟技术已在焊接领域得到广泛应用，国内外焊接界已开展了大量的研究工作，在温度场分析和变形预测、工艺路线安排和整体工艺路线优化等方面的应用已很成熟。数值模拟技术非常适用于复杂结构零件焊接过程模拟分析，今后应重点针对大型薄壁机匣类零件开展机器人自动化焊接（氩弧焊、激光复合焊接）技术研究，以数值模拟技术为引领，从零件整体结构人手，进行变形预测分析、预变形计算及焊接工装设计、焊接工艺优化、校正（定型）工装设计，协调机械加工和热处理工艺。大型薄壁机匣类零件自动化焊接技术难度大、影响因素多，工装费用高，研制周期长，需要长期持续不断的研究和较多的资金投入，才能不断提高自动化焊接水平。

参考文献：

[1]邢蕊.新型机械加工机床工具箱的设计[J].企业文化，2015.

[2]姚旭.机床加工中的精度补偿技术[J].科技与企业，2014.