復(fù)雜框架的焊接與機(jī)械加工

■ 陜西黃河集團(tuán)有限公司 （陜西西安 710043） 李絢麗 雷 鳴 張 哲 苑 崢

1. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

如圖1所示，某型號(hào)產(chǎn)品中上殼體主體結(jié)構(gòu)為八面體，由5塊厚度＞30mm的梯形面板和3塊厚度5mm面板焊接而成。上殼體內(nèi)部由側(cè)框、上框與各種方管支撐焊接成形構(gòu)成骨架，骨架焊接成形后，在外輪廓上焊接5塊厚面板與3塊薄板，焊后該零件最大外廓尺寸為1 280mm×1 270mm×1 080mm，且焊后和機(jī)械加工后進(jìn)行淋雨試驗(yàn)與振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)焊接與焊后加工有著很高的技術(shù)要求。

圖1 上殼體骨架結(jié)構(gòu)

2. 工藝分析

該產(chǎn)品內(nèi)腔結(jié)構(gòu)由40mm×40mm×4mm的鋁合金方管支撐對(duì)接成形，外部焊接5種厚度、大小不同的5A06鋁合金板。焊接后需對(duì)5個(gè)裝配面進(jìn)行機(jī)械加工，并且精度要求很高，因?yàn)楹附雍髣傂暂^低，在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，這也是上殼體加工的薄弱環(huán)節(jié)。

3. 氬弧焊焊接加工

針對(duì)鋁合金5A06的氬弧焊焊接加工，經(jīng)多次試驗(yàn)，對(duì)其焊接工藝參數(shù)進(jìn)行摸索并制定了焊接工藝指導(dǎo)書(shū)。

（1）焊接坡口 如圖2所示，焊接坡口尺寸為39°、R6mm。選擇合理的焊縫坡口是焊接工藝參數(shù)的重要部分，它直接影響著焊接接頭的力學(xué)性能，將焊接后的變形降到最低，從而確保焊后的機(jī)械加工能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 焊接坡口

（2）焊絲 氬弧焊焊接鋁合金5A06，采用焊絲SALMg-5。

（3）焊接層次 鋁合金5A06焊接次數(shù)不能超過(guò)三次。

此外，根據(jù)多次試驗(yàn)和大型軍工產(chǎn)品骨架部件的實(shí)際焊接經(jīng)驗(yàn)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，制定出較為合理的焊接順序。為滿足產(chǎn)品的相關(guān)尺寸精度、減小焊接變形，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)制作了焊接工裝，并對(duì)焊接操作方法進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定：每焊完一條焊縫直至完全冷卻后，再焊接下一條焊縫，并在焊后連續(xù)錘擊焊縫，及時(shí)消除焊接應(yīng)力。焊接次序的制定，是焊接工藝過(guò)程的關(guān)鍵之一，它直接關(guān)系著焊接后零件的變形量。

（4）對(duì)操作工的要求 作為承載件的焊接，對(duì)操作工有嚴(yán)格要求。操作工必須具備相應(yīng)專業(yè)和類似經(jīng)驗(yàn)的中級(jí)及以上資歷，從事過(guò)與此框架結(jié)構(gòu)相似的焊接工作，具有豐富的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)。

（5）合理的焊接順序 為了確保加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)裝配基準(zhǔn)重合，滿足焊后的整體外形且機(jī)械加工后滿足設(shè)計(jì)圖樣裝配要求，首先將門(mén)框內(nèi)側(cè)的支撐方管焊接成形，按照焊接內(nèi)腔尺寸機(jī)械加工，滿足圖樣尺寸要求；按焊接工裝與樣板定位，先將底板與75°斜面的板、側(cè)框定位焊接、修整，然后將上框與門(mén)框定位焊接，內(nèi)部將各種支撐方管定位焊，檢查尺寸，按焊接技術(shù)要求焊接成形，確保整體外形有機(jī)械加工余量，將焊后變形降到最低。

（6）焊接后的熱處理 按工藝要求的焊接順序焊接成形后，采取退火處理，去除焊后內(nèi)應(yīng)力，將零件變形降到最低，以確保焊后的機(jī)械加工有合適的加工余量。

4. 機(jī)械加工

（1）機(jī)械加工粗基準(zhǔn)的確定 機(jī)械加工前鉗工粗基準(zhǔn)劃線的先后順序十分關(guān)鍵，以75°斜面上焊接支承塊與千斤頂為基準(zhǔn)，調(diào)平焊后底板平面，均分余量劃中心線，確保各部位加工余量，重新翻轉(zhuǎn)零件兩次，分別劃75°斜面上門(mén)框方框線、與底板垂直的門(mén)框凸臺(tái)的方框線，確保各部位加工余量，如余量達(dá)不到機(jī)械加工后的要求，可反復(fù)調(diào)整零件基準(zhǔn)，重新確認(rèn)劃線粗基準(zhǔn)，直到滿足加工要求。

（2）機(jī)械加工精基準(zhǔn)的確定 在前后門(mén)框上焊接4處工藝凸臺(tái)，粗加工時(shí)以鉗工劃線為基準(zhǔn)加工凸臺(tái)面作為后序精基準(zhǔn)，整個(gè)加工過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，極大地提高了裝夾效率與加工精度。以工藝凸臺(tái)已加工面為精基準(zhǔn)的定位裝夾方式，提高了承載件的整體剛性，解決了零件局部剛性差的問(wèn)題，有利于加工尺寸的穩(wěn)定。工藝凸臺(tái)在精加工后成品尺寸檢測(cè)合格后去除。

（3）機(jī)械加工精度的保證 該產(chǎn)品為焊接件，金屬切削去除量大，剛性較差，因而其加工過(guò)程中的變形控制是主要難題。因上殼體內(nèi)腔的骨架支撐比較薄弱，裝夾過(guò)程就會(huì)造成后續(xù)機(jī)械加工5個(gè)面時(shí)，裝夾狀態(tài)與自然狀態(tài)檢測(cè)尺寸的結(jié)果不同，難以滿足設(shè)計(jì)的精度要求，如75°±0.15′等關(guān)鍵尺寸。需對(duì)加工中裝夾方法和部位進(jìn)行控制，根據(jù)工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出合理、穩(wěn)定且可靠的工裝夾具，實(shí)現(xiàn)零件基準(zhǔn)面與工裝基準(zhǔn)面以自然狀態(tài)配合定位，夾緊面受力均勻并裝夾牢固，因而在機(jī)械加工中采用輔助工裝支承與定位，在強(qiáng)度比較好的地方確定裝夾壓緊位置，提高加工剛性，裝夾前后通過(guò)在線測(cè)量控制可能帶來(lái)的裝夾變形。選擇合理的刀具及切削參數(shù)，粗加工刀具選用φ63mm的可轉(zhuǎn)位立銑刀，fz=0.15mm/z，vf=235mm/min。精加工選用φ63mm、φ20mm的可轉(zhuǎn)位立銑刀和φ10mm的硬質(zhì)合金立銑刀，fz=0.03～0.05mm/z，vf=50～235mm/min。在不同的加工階段和方式下，根據(jù)進(jìn)給量選用不同的切削用量，以充分發(fā)揮刀具的切削性能，最大限度地提高生產(chǎn)效率。進(jìn)給速度根據(jù)加工面的加工精度、表面粗糙度要求以及刀具來(lái)確定，粗、精加工階段根據(jù)切削的運(yùn)動(dòng)軌跡選取合適的參數(shù)，滿足精度要求。

（4）設(shè)備精度要求 該產(chǎn)品平面度、平行度以及尺寸精度要求高，因此必須選擇精度高、運(yùn)行穩(wěn)定的機(jī)床，要求其定位精度、重復(fù)定位精度在0.02mm以內(nèi)，以加工底板與兩處 75°斜面為參照，一次裝夾找正，通過(guò)旋轉(zhuǎn)設(shè)備工作臺(tái)面來(lái)完成加工面。加工兩處門(mén)框時(shí)，重新以加工的底板校正、裝夾，二次裝夾校正與機(jī)床的累積誤差，因而對(duì)機(jī)床的精度有嚴(yán)格的要求，確保機(jī)械加工后達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求，滿足裝配使用要求。

5. 結(jié)語(yǔ)

采用上述加工方法焊接與機(jī)械加工零件，對(duì)零件的精度和變形加以控制，零件尺寸精度均能滿足設(shè)計(jì)圖樣要求，顯著提高了生產(chǎn)效率，保證了零件質(zhì)量。對(duì)于其他框架類零件，該方案也具有很好的參考價(jià)值。