挖掘机支撑圈制造工艺

2020-04-24山推工程机械股份有限公司山东济宁272073樊庆琢李贺德

金属加工(冷加工) 2020年3期

■ 山推工程机械股份有限公司（山东济宁 272073）樊庆琢宫涛李贺德

从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，已经成为工程建设中最主要的工程机械之一。挖掘机由工作装置、上部车体和底盘三大部分组成。底盘包含回转与行走装置，是整个挖掘机的主要承重部分。挖掘机底盘以上部分工作中360°旋转，对回转机构要求较高。底盘回转支撑圈是联接底盘架和回转支撑的主要组成部件，为挖掘机重要承载部件。

支撑圈属于圆环结构，尺寸轮廓大，质量要求高，所以要加强对回转支撑圈制造工艺控制，从而提高产品质量。支撑圈成形质量、焊接变形以及二次校圆需要较高的工艺和操作手段，制造过程中经常出现圆度偏差、加工部位尺寸偏差，造成加工量不足或加工量过大。本文对回转支撑圈的下料、成形及焊接工序工艺控制进行介绍。

1. 工艺流程

各挖掘机厂家及型号各异，支撑圈具体结构存在部分差异，但其结构均为圆筒形，筒壁上开有管路孔，制造工艺流程基本相同。各种机型支撑圈常用板厚范围大致在16～30mm，材质为低合金钢Q345。我公司制造工艺流程为：下料→加工坡口→成形→焊接→校圆→割余料→车端面。下面以某厂家支撑圈（见图1）为例进行关键制造工艺介绍。

2. 下料工艺过程控制

金属板材切割一般会选用火焰切割、等离子切割和激光切割这三种常见的切割方式。支撑圈板厚为16～30mm，属于中厚板，综合考虑切割质量、速度、材质和厚度等，决定采用火焰切割方式。该产品为长条状，采取共边切割方式，可提高材料的利用率。

3. 余料控制

支撑圈筒壁上有较大圆孔，由于此处缺料（见图1），在卷板时会造成应力不均匀，导致圆筒直径在圆孔处产生直边变形，使得直边无法校圆，零件不合格。需要在圆孔处预留卷板余料及端面余料。余料是为满足成形工艺要求而增加的部分材料，产品图样上不存在，是成品零件的多余部分，在成形加工时主要起传递力的作用。通常采用机器人切割、龙门铣铣削和龙门刨刨削等方法去除余料。

在设计余料的结构时，首先要考虑方便去除，一般不采取将整个圆作为余料。圆孔的位置在割余料时不好进行定位，经过长期分析和试验验证，余料留在支撑圈侧壁圆孔中间，在下料时割出一两个半圆进行定位（图2阴影部分为余料），在卷板施力的纵向方向。用三维软件进行模拟，制作出相应的去除余料样板，方便在切割机器人上直接去除。使用SolidWorks制作曲面外（内）皮样板的步骤如下：建模→插入曲面→保存曲面实体→加厚曲面→插入钣金→展开。

图2 下料示意

4. 坡口加工过程控制

卷板成形后，接口要焊接成环状，需要加工对称坡口进行焊接。在加工坡口时，应根据焊缝及重要度要求来选择焊接坡口的形式。对于一般无探伤要求的支撑圈，选择单面V形坡口即可；对于探伤要求二级焊缝及以上的情况，需双面V形坡口（冷、热加工均可）来保证焊缝质量。为方便坡口加工，在两坡口之间留1～2mm钝边，如图3所示。

图3 两端部坡口示意

5. 成形工艺过程控制

成形分为预弯和卷板两个工序，根据我公司制作经验，在焊接时，焊缝周围会出现硬化区域，焊后此部位无法进行再校形，因此在焊前必须使焊缝部位圆弧一次成形，进行预弯处理。根据支撑圈特性，采取压力机压模预弯（见图4）和托板在卷板机内预弯（见图5）两种方式。因支撑圈两端部有坡口，卷板机无法直接对工件进行预弯，由于支撑圈板厚在16～30mm，我公司卷板机型号较小，增加托板在卷板机内预弯无法实现。因此，我公司使用压力机进行预弯，设计专用压力机模具，模具分为两大部分上模和下模，固定在压力机上，继续预弯成形。预弯完成后，采用三辊卷板机根据圆筒内侧弧度样板进行卷板，当两端对接后，对接两端部留2～3mm间隙，不能出现台阶，在卷板机上对圆环连接处进行焊接点固，压力机泄压，取下工件转下道工序。

图4 用压力机模压预弯

图5 用托板在卷板机内预弯

6. 焊接工艺过程控制

卷板成形后，需要将接口处焊接，从焊接效率及成本来考虑，使用半自动二氧化碳气体保护焊机进行焊接，采用ER50-6型号焊丝。在焊接时，根据卷板间隙、钝边和板厚的大小选择合适的电流电压，先焊接圆筒的外侧坡口，然后清根，再焊接内侧坡口，保证焊缝的合格率。先外后内的焊接顺序主要是为了清根操作方便。支撑圈焊接时需要使用焊接夹具进行固定，来保证焊接质量的稳定，我公司根据产品特征自制支撑圈焊接夹具（见图6），效果非常好。焊接夹具的使用如图7所示。