径锻机钳杆制造的工艺研究*

张彩玲，王 龙，魏 巍

(兰州兰石重工有限公司，甘肃 兰州 730050)

0 引 言

我公司承担的甘肃省科技重大专项计划项目“1.6MN径锻机机组研制”，通过了省科技厅组织的专家验收,项目组成员研究开发了锤头调节伺服控制系统、随动托料支架、夹头高频回转制动装置和夹头伺服控制系统，保证了锻造过程的连续控制和锻造尺寸的高精度、锻造长轴类零件的直线度[1]，有效解决了因锻件扭转产生的工艺缺陷问题，实现了行走和缓冲位置的可控。锻造尺寸精度达到±0.1 mm，轴向尺寸精度达到±1 mm，托举位置的控制精度达到±0.1 mm。机组技术水平达到国际先进，填补了国内空白。钳杆是径锻机锤头部分的核心零件，其结构复杂、精度要求高、生产制造难度大[2]。

1 零件结构分析

钳杆是焊接件，由爪头(材质ZG35CrMo)和轴(Q345B)焊接成整体制作。爪头两侧对称共六个面用抗裂耐磨损低合金堆焊焊条堆焊，加工后厚度4 mm，硬度HRC 30～35；轴外圆分段压焊8件铜带(材质QSn6.5-0.1)，要求铜带焊接时必须张紧，焊后铜带压槽拉紧铜带，与轴外圆面贴实；零件轮廓尺寸2150 mm×520 mm×520 mm(长×宽×高)，该零件结构复杂，爪头主要镗铣加工、轴车削加工，空间尺寸较大，并有很多精度要求高的形位公差，加工周期长，加工精度难保证。分析了该零件的工艺特点、技术难点，从指定工艺焊接、加工策略，到工装夹具、刀具等方面进行阐述。

2 工艺性分析

2.1 工艺准备

由于零件结构复杂，有异种钢材的焊接、抗裂耐磨层堆焊、有色金属铜合金焊接、热处理、压力机压槽和机加工工艺，探伤检测、温度检测、尺寸检测。因此需从人、机、料、法、环和测等几方面做充分准备。

人:选择经验丰富的操作人员及检测人员，并随时配合。

机：与工艺方法相配合，选择加工精度高的机床，较好的刀具等进行加工。

料：确定采用的毛坯、规格。

法：结合以往经验，编制出合理的工艺方案。

环：确保在加工、检验区域内环境温度、湿度相对恒定。

测：确保在检测时，零件温度与检测环境温度接近，选择适合和检测仪器，确定合理的检测方案。

2.2 工艺难点及分析

钳杆结构如图1所示。经过分析我们认为，该零件加工存在以下工艺难点：

(1) 爪头粗加工外形尺寸，两侧对称两面加工到位，进行超声波探伤，用UTP-C DUR 350抗裂耐磨损低合金堆焊焊条堆焊，焊接后表面进行着色探伤检测[3]，耐磨层堆焊进行工艺评定，形成焊接工艺流程如下：

打磨清理待堆焊面—天然气均匀预热(温度≥150 ℃)—用UPT-C DUR 350 直径φ4.0焊条堆焊，层间温度(150～250)℃—焊后天然气加热(300～350)℃X2hr消除应力退火—电源极性直流反接—焊接电流140～180 A—焊接电压22～26 U—焊接速度≥130 mm/min—表面着色探伤，焊接规范见表1。

图1 钳杆结构示意图

层次焊接方法焊条牌号直径(mm)电源类型焊接电流(A)焊接电压(U)焊接速度(mm/min)1～2层焊条电弧焊J507RHΦ3.2直流反接90～13020～24≥1102～完焊条电弧焊J507RHΦ4.0直流反接140～18022～26≥130

(2) 爪头和轴半精加工后焊接，异种钢材焊接工艺过程

机械加工坡口—清理坡口表面油污、锈迹—采用天然气预热(温度≥500 ℃)、装配点焊，ZG35CrMo坡口边缘50 mm范围内红外线测温仪测量预热温度，保证预热温度达到工艺要求—φ3.2焊条打底、φ4.0焊条焊接盖面，焊接过程中用红外线测温仪测量层间温度200～300 ℃—焊后热处理：300～350 ℃保温2 h—焊缝超声波探伤。

(3) 轴上外包铜带的焊接：铜带由两个半圆组成，对接处间隙0.5 mm，厚度6 mm,焊接坡口60°，为了使铜带紧贴轴的外圆，设计加紧工装保证，该工装由两件焊接件卡箍，中间留14 mm间隙，两面对称用4个螺钉和4个螺母拧紧，用塞尺检测不留间隙，焊接工艺过程：

用丙酮清洗，清除坡口两侧杂质及油污—天然气预热≥150 ℃—手工氩弧焊焊接纵缝、层间温度150～250 ℃—焊接后天然气加热到250～350 ℃、2 h，消除应力退火—电源极性直流正接—焊接电流160～220 A—焊接电压15～17 U—焊接速度≥80 mm/min—氩气流量8～12 L/min—表面着色检测。

(4) 铜带焊接后压槽与轴外圆贴紧，夹具是机械加工系统中起定位和约束工件作用的子系统，为了压力均匀防止铜带断裂，设计专用工装在油压机上完成，如图2、3所示，工装工作原理如下：下V铁、下压块-Ⅰ和垫板等相关件组装后放在油压机工作台上，将工件水平尺找正后放在下V铁上，用两侧压板将上V铁和上压块组装，上、下压块凸台严格与钳杆轴上的槽对正，依次加压3 T、5 T、10 T压力压槽。对于小径铜带需装垫板-Ⅰ和垫板-Ⅱ，下压块-Ⅰ更换成高度低的压块，找正后施压压槽。

(5) 结构复杂，工件加工精度和表面粗糙度保证。 爪头堆焊了抗裂耐磨损硬质合金，是属难切削加工的材料，选用高速钢铣刀切削时刀具磨损快[4]，易损坏刀具，容易打刀；选用焊接硬质合金铣刀，试加工选取合理的切削三要素，切削速度Vc=20 mm/min、进给量f=0.20 mm/s、背吃刀量ap=3 mm。

图2 铜带焊接工装图

图3 压槽工装图

左端爪头结构复杂，内孔、外圆图纸尺寸精度和形位公差要求高，外形开档和孔尺寸精度和形位公差要求高，钳杆整体内外圆尺寸精度和同轴度要求也高，加工难度大，在生产过程中，遵循先粗后精，先基准后其他的工艺原则，通过数控车床、龙门铣床和钳工等多种加工方法，完成零件加工。

钳杆内孔尺寸大，但在车床上加工要以中心孔定位，为此，我公司专门设计工装堵头，以堵头两端中心孔定位，为防止钳杆加工时热涨变形，堵头端面钻透气工艺孔车削加工外圆时，必须以两端中心孔为基准，加工时注意吃刀量，确保加工精度，Ra1.6表面粗糙度车床车削达Ra3.2然后用羊毛轮抛光处理。

3 工艺路线确定

根据以上分析，确定加工工艺路线如表2所示。

依据该工艺流程制造的径锻机钳杆尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、焊接接头强度、堆焊层硬度和厚度完全达到图纸技术要求。

表2 机械加工工艺路线表

4 结 语

通过对零件制造工艺研究，掌握异种钢材焊接、耐磨合金的堆焊、薄型铜体的焊接及张紧技术，用特殊牌号的刀具，选择合理的切削参数、合理地编制工艺路线，增加必要的热处理工序；冷热加工工序安排合理，提高大尺寸对称体的加工精度，为了此类零件工艺过程合理、可靠；经多年的经验积累，为加工此类零件提供了完整的工艺参数。