复杂框架的焊接与机械加工

2020-02-22陕西黄河集团有限公司陕西西安710043李绚丽

金属加工(冷加工) 2020年1期

■ 陕西黄河集团有限公司（陕西西安 710043）李绚丽雷鸣张哲苑峥

1. 产品结构

如图1所示，某型号产品中上壳体主体结构为八面体，由5块厚度＞30mm的梯形面板和3块厚度5mm面板焊接而成。上壳体内部由侧框、上框与各种方管支撑焊接成形构成骨架，骨架焊接成形后，在外轮廓上焊接5块厚面板与3块薄板，焊后该零件最大外廓尺寸为1 280mm×1 270mm×1 080mm，且焊后和机械加工后进行淋雨试验与振动试验，对焊接与焊后加工有着很高的技术要求。

图1 上壳体骨架结构

2. 工艺分析

该产品内腔结构由40mm×40mm×4mm的铝合金方管支撑对接成形，外部焊接5种厚度、大小不同的5A06铝合金板。焊接后需对5个装配面进行机械加工，并且精度要求很高，因为焊接后刚性较低，在加工过程中容易产生变形，这也是上壳体加工的薄弱环节。

3. 氩弧焊焊接加工

针对铝合金5A06的氩弧焊焊接加工，经多次试验，对其焊接工艺参数进行摸索并制定了焊接工艺指导书。

（1）焊接坡口如图2所示，焊接坡口尺寸为39°、R6mm。选择合理的焊缝坡口是焊接工艺参数的重要部分，它直接影响着焊接接头的力学性能，将焊接后的变形降到最低，从而确保焊后的机械加工能满足设计要求。

图2 焊接坡口

（2）焊丝氩弧焊焊接铝合金5A06，采用焊丝SALMg-5。

（3）焊接层次铝合金5A06焊接次数不能超过三次。

此外，根据多次试验和大型军工产品骨架部件的实际焊接经验，理论与实践相结合，制定出较为合理的焊接顺序。为满足产品的相关尺寸精度、减小焊接变形，有针对性地设计制作了焊接工装，并对焊接操作方法进行了严格规定：每焊完一条焊缝直至完全冷却后，再焊接下一条焊缝，并在焊后连续锤击焊缝，及时消除焊接应力。焊接次序的制定，是焊接工艺过程的关键之一，它直接关系着焊接后零件的变形量。

（4）对操作工的要求作为承载件的焊接，对操作工有严格要求。操作工必须具备相应专业和类似经验的中级及以上资历，从事过与此框架结构相似的焊接工作，具有丰富的实践工作经验。

（5）合理的焊接顺序为了确保加工基准与设计装配基准重合，满足焊后的整体外形且机械加工后满足设计图样装配要求，首先将门框内侧的支撑方管焊接成形，按照焊接内腔尺寸机械加工，满足图样尺寸要求；按焊接工装与样板定位，先将底板与75°斜面的板、侧框定位焊接、修整，然后将上框与门框定位焊接，内部将各种支撑方管定位焊，检查尺寸，按焊接技术要求焊接成形，确保整体外形有机械加工余量，将焊后变形降到最低。

（6）焊接后的热处理按工艺要求的焊接顺序焊接成形后，采取退火处理，去除焊后内应力，将零件变形降到最低，以确保焊后的机械加工有合适的加工余量。

4. 机械加工

（1）机械加工粗基准的确定机械加工前钳工粗基准划线的先后顺序十分关键，以75°斜面上焊接支承块与千斤顶为基准，调平焊后底板平面，均分余量划中心线，确保各部位加工余量，重新翻转零件两次，分别划75°斜面上门框方框线、与底板垂直的门框凸台的方框线，确保各部位加工余量，如余量达不到机械加工后的要求，可反复调整零件基准，重新确认划线粗基准，直到满足加工要求。

（2）机械加工精基准的确定在前后门框上焊接4处工艺凸台，粗加工时以钳工划线为基准加工凸台面作为后序精基准，整个加工过程基准统一，极大地提高了装夹效率与加工精度。以工艺凸台已加工面为精基准的定位装夹方式，提高了承载件的整体刚性，解决了零件局部刚性差的问题，有利于加工尺寸的稳定。工艺凸台在精加工后成品尺寸检测合格后去除。

（3）机械加工精度的保证该产品为焊接件，金属切削去除量大，刚性较差，因而其加工过程中的变形控制是主要难题。因上壳体内腔的骨架支撑比较薄弱，装夹过程就会造成后续机械加工5个面时，装夹状态与自然状态检测尺寸的结果不同，难以满足设计的精度要求，如75°±0.15′等关键尺寸。需对加工中装夹方法和部位进行控制，根据工件结构设计出合理、稳定且可靠的工装夹具，实现零件基准面与工装基准面以自然状态配合定位，夹紧面受力均匀并装夹牢固，因而在机械加工中采用辅助工装支承与定位，在强度比较好的地方确定装夹压紧位置，提高加工刚性，装夹前后通过在线测量控制可能带来的装夹变形。选择合理的刀具及切削参数，粗加工刀具选用φ63mm的可转位立铣刀，fz=0.15mm/z，vf=235mm/min。精加工选用φ63mm、φ20mm的可转位立铣刀和φ10mm的硬质合金立铣刀，fz=0.03～0.05mm/z，vf=50～235mm/min。在不同的加工阶段和方式下，根据进给量选用不同的切削用量，以充分发挥刀具的切削性能，最大限度地提高生产效率。进给速度根据加工面的加工精度、表面粗糙度要求以及刀具来确定，粗、精加工阶段根据切削的运动轨迹选取合适的参数，满足精度要求。

（4）设备精度要求该产品平面度、平行度以及尺寸精度要求高，因此必须选择精度高、运行稳定的机床，要求其定位精度、重复定位精度在0.02mm以内，以加工底板与两处 75°斜面为参照，一次装夹找正，通过旋转设备工作台面来完成加工面。加工两处门框时，重新以加工的底板校正、装夹，二次装夹校正与机床的累积误差，因而对机床的精度有严格的要求，确保机械加工后达到设计技术要求，满足装配使用要求。