薄壁深腔零件加工工艺及焊接变形研究

曹志超

摘 要：本文分析研究了薄壁深腔零件的特点，提出了具体的加工工艺，以及防止其焊接变形的加工方法。

关键词：薄壁深腔；焊接变形；热处理

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）13-0069-01

在对薄壁深腔零件进行焊接操作时，由于焊接产生的内应力与机加应力的作用，易使零件發生变形，影响零件的精确度。薄壁深腔零件的焊接工艺结合了焊接加工工艺、热处理工艺与机械加工工艺，能有效减少零件的变形。该工艺通过合理确定加工流程和加工参数、热处理方式等，去除了由于焊接内应力与机加应力发生的变形，从而保障了零件的精确度。

1 薄壁深腔零件加工的特点和难点

薄壁深腔零件具有以下特点：其壁厚为5～6mm，深度在300～700mm范围内，内孔的尺寸精度为IT8-IT9，表面粗糙度大，而且内孔每隔一定距离要在其相互垂直方向进行测量，保证其最大值与最小指之间的差值不能大于规定尺寸。由于其具有以上特点，所以在对该零件进行加工时，存在以下难点：在加工时，机加应力与焊接产生的内应力相互作用会使零件发生变形；另一方面，由于零件壁薄，刚度不够，在进行装夹和加工操作时也容易发生变形。同时，在零件内孔的焊接部位处，由于两端口之间的差值不在规定尺寸范围内，因此，就不能保证零件的尺寸精度以及其形状标准了。

2 薄壁深腔零件加工工艺

2.1 工艺分析

根据薄壁深腔零件的特点，专门设计出一款针对其加工过程防止其变形的方案，具体方案如下：下料─机加─焊接─机加─镀铬。在具体加工时，还应该针对不同问题进行细化改进操作，从而使零件尺寸及精度能够达到标准[1]。

2.2 加工工艺

（1）初加工。初加工主要操作：使零件两端保持整齐、粗车外圆、粗镗孔以及切除大部分余量；接着再对焊接部位进行精加工操作，即为划线和钻孔，以备后面焊接操作所用。初加工后，零件的外形形状应满足切断后可为两个成品零件的，同时还要进行换算尺寸链的操作。（2）焊接方法。如果材料选择的是35Cr，40Cr的合金结构刚，那么在进行焊接操作后会容易产生冷裂纹。因此，需要采用一定加工工艺降低焊接接头的淬硬倾向，从而防止裂纹的产生。在具体加工时，就需要尽可能的降低焊接操作产生的内应力。（3）应力退火。将零件进行焊接操作以后，要进行应力退火操作，去除由于焊接所产生的内应力，降低冷裂纹的产生，保持焊接后零件的尺寸稳定。（4）二次加工。二次加工是整个加工过程中最为重要的一个步骤。因为它保证着内孔的尺寸精度、直线度、圆柱度、表面粗糙度等环节。由于焊接零件容易因为切削振动而使零件尺寸存在偏差，其壁筒刚度不够、壁薄、焊接应力作用等会使其发生变形，因此，要解决这一问题，需要设计出一个完善的施工方案，从而来保证零件的尺寸精度、表面粗糙度等达到标准。

其具体加工工艺如下：去应力退火─粗加工─去应力退火─半精加工─时效处理─精加工。为了使加工后的内孔尽可能满足标准，因此，采用内孔和外圆互为基准的方法，逐步去除加工余量，从而使内孔达到标准。

3 焊接变形控制技术

（1）改进装夹方法，创新装夹方式。对于腔体的铣削加工过程，采用台虎钳装夹，能够给精加工留有足够的加工余量。在精加工过程中，由于台虎钳装夹会产生横向或者径向的装夹力，因此，要改进装夹方式。于是，提出了“无应力”装夹方式。其主要原理是将零件通过销钉定位，再装到夹具上进行切削操作，夹具固定在台虎钳装夹上，台虎钳装夹不与零件直接接触，避免了装夹力的产生，防止了零件变形。同时，由于是通过销钉定位零件，因此，可以通过固定销钉位置，使零件尺寸达到标准。“无应力”操作的注意事项如下：首先，在进行精加工之前，要先将夹具的销钉孔钻好，从而才能确定出零件的定位基准和中心位置；其次，零件安装到夹具上时，要操作零件底部与夹具相平，防止螺钉加固产生变形。（2）改进工艺流程。由于零件大多数为圆形，因此，只能采用铣削加工，在加工过程中，要尽量减少装夹次数，减少误差，提高零件的精确度。采取“无应力”装夹操作，能够精确定位零件中心，使零件达到标准尺寸和精度。同时，还能降低零件变形的概率，将粗铣加工与精铣加工分开，使零件因切削产生的应力能得到及时释放，使零件质量得到提升[2]。（3）改进热处理方式。传统的热处理操作是将零件加热到再结晶温度，使材料中的原子进行重排。这会使零件零件的强度和硬度下降，因此对于零件加工过程的处理不适合。经过大量实验，得出低温退火的方式比较适用于此零件的加工。低温退火的步骤如：先将零件温度加热到170-190℃，运远低于零件的再结晶温度，再进行加工。此操作不会影响零件的强度和硬度，同时还能去除大部分的应力，剩下的应力使零件发生的变形比较小。（4）优化焊接工艺参数，改善焊接技术，防止零件变形。

4 结语

在对薄壁深腔零件加工工艺的研究中，解决了由于焊接内应力和机加应力相互作用而使零件发生变形的问题，保证了薄壁深腔焊接零件的加工质量与各项指标。目前，此技术已应用于实际生产过程中，为薄壁深腔零件加工创造了成功的先例，具有良好的发展前景。

参考文献

[1]傅剑峰.如何控制和预防焊接变形[J].中国包装工业，2013（12）：8.

[2]许志荣，马骋.船体结构焊接变形问题研究[J].农业科技与装备，2013（8）：26-27.