趙衛(wèi)方

(南京工程機(jī)械廠有限公司江蘇南京211178)

0 前言

全液壓鉆車主要適用于開鑿隧道、勘探礦產(chǎn)以及地下大斷面鉆孔開挖作業(yè)的工程機(jī)械。產(chǎn)品是以機(jī)電液為一體的鑿巖設(shè)備。由于全液壓鉆車效率高，速度快，改善作業(yè)條件及成本低等優(yōu)勢(shì)，瑞典阿特拉斯·科普柯公司的進(jìn)口設(shè)備在國內(nèi)外市場(chǎng)銷路日漸上升，為了滿足國內(nèi)外市場(chǎng)的需求，縮短采購周期，降低制造成本，瑞典阿特拉斯·科普柯公司對(duì)全液壓鉆車準(zhǔn)備進(jìn)行國產(chǎn)化生產(chǎn)。我公司是阿特拉斯·科普柯公司在南京的合作方，根據(jù)圖紙要求進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)件的配套生產(chǎn)。本文對(duì)B353E全液壓鉆車擺臂結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)的尺寸偏差問題進(jìn)行研究和探討，并提出了改進(jìn)措施方案。

1 擺臂位置精度及結(jié)構(gòu)

1.1 擺臂在裝配中的位置和精度。

全液壓鉆車的鋼架部分都是由焊接件組成。擺臂是鉆車鉆臂總成中的重要構(gòu)件之一，擺臂在液壓油缸的作用下擺動(dòng)到所需工作角度，使左、右鉆臂舉升到工作位置。其在鉆臂總成中的位置如圖1所示。

圖1 擺臂位置示意圖

鉆臂總成主要由左、右鉆臂，左、右擺臂和連桿及中鉆臂座架組成。從圖1可以看出左右擺臂的直形耳板和L形耳板與中鉆臂座架的裝配間隙只有5mm，擺臂寬度500mm，和左右鉆臂裝配間隙也是5mm。所以從裝配精度上看擺臂各耳板孔尺寸及同軸度，外形尺寸影響到裝配品質(zhì)和鉆車鉆臂的舉升狀態(tài)。在國內(nèi)中小型公司裝配現(xiàn)場(chǎng)，主要還是靠裝配工人運(yùn)用起吊行車和裝配工具按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求組裝而成，擺臂結(jié)構(gòu)件的制造尺寸精確度和位置尺寸偏差影響到裝配進(jìn)度和品質(zhì)，所以控制擺臂尺寸精度尤其重要。

1.2 擺臂的結(jié)構(gòu)

擺臂是焊接件，是由折彎板和板焊成的封閉式結(jié)構(gòu)(圖2)。件1和件2、3材質(zhì)是HQ80C高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，厚80mm，其余零件板材是Q345B，是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，厚20mm，件10厚10mm。從圖2可以看出件1和件2兩孔的中心距是1 846±1mm。件2和件10的中心距是782±1mm。兩端耳板外側(cè)寬500mm。

圖2 擺臂結(jié)構(gòu)圖

2 分析偏差原因

擺臂中的各個(gè)單件從下料、機(jī)加工加工過程中產(chǎn)生的誤差必然會(huì)影響到裝焊尺寸，在平臺(tái)上劃線放樣使各組孔的同心度、垂直度不能保證，在焊接過程中的焊接變形也影響到圖紙最終尺寸，影響到裝配品質(zhì)和裝配進(jìn)度。

2.1 單件尺寸誤差

對(duì)于一個(gè)新產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中，首先按照設(shè)計(jì)圖紙備料完成各道工序。如直形耳板，L形耳板厚80mm，在按圖紙尺寸1∶1數(shù)控切割下料后，側(cè)邊塌邊相差1.5～2mm。彎板件4、5、7厚20mm，板在折彎圓角處存在彎曲缺陷，使折彎內(nèi)R半徑不準(zhǔn)確也是原因之一。

2.2 組裝偏差

在組裝類似擺臂這樣的結(jié)構(gòu)件主要還是靠冷作工和電焊工在平臺(tái)上劃線放樣操作。由于擺臂結(jié)構(gòu)外形不規(guī)則，單件質(zhì)量最重的一個(gè)是105kg，而且都是中厚板材。需先清除掉工作平臺(tái)面上的焊瘤，飛濺等雜物，在平臺(tái)上放樣劃出各孔的中心線，再將500mm寬一面的零件放在平臺(tái)，上按線位置對(duì)齊，運(yùn)用寬度角尺調(diào)整零件的垂直度。將各件按圖紙尺寸定位焊牢后，各耳板之間的間距用工藝撐管保證尺寸。這樣組裝、點(diǎn)焊一個(gè)擺臂要一個(gè)工作日完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在組裝過程中由于單件質(zhì)量較重使安全生產(chǎn)也得不到保證。

2.3 焊接變形

件1、2、3耳板材料是HQ80C高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其他是Q345B，由于材質(zhì)不同，板厚不同焊接時(shí)殘余應(yīng)力較大，還有零件結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，這樣焊縫位置和布局在結(jié)構(gòu)中也是不均勻分布，因此焊接時(shí)焊接應(yīng)力分布不均勻，很容易產(chǎn)生焊接扭曲變形，尤其耳板的根部尺寸容易收縮使尺寸變小，造成這個(gè)部位返工相當(dāng)困難。零件折彎半徑不準(zhǔn)確造成折彎半徑內(nèi)R較大。使自然坡口增大，這樣焊縫截面就增大，輸入焊接電流增大，引起了構(gòu)件焊接變形。

這些尺寸偏差，最終不符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，影響產(chǎn)品品質(zhì)，因此，需要進(jìn)行返修，但返修過程很繁瑣，而且會(huì)降低產(chǎn)品力學(xué)性能，浪費(fèi)人力，材料和時(shí)間，降低生產(chǎn)效率，影響生產(chǎn)進(jìn)度。針對(duì)上述問題，提出下面幾種合理的改進(jìn)措施。

3 改進(jìn)措施

3.1 控制單件尺寸

1)更換數(shù)控火焰切割機(jī)平臺(tái)的格柵破損件，在氣割零件前調(diào)整割槍的割嘴與鋼板垂直度，消除氣割零件時(shí)側(cè)面塌邊偏差現(xiàn)象。在冷沖壓單件氣割中按圖紙尺寸1∶1數(shù)控氣割下料后清除各件熔渣并打磨，校平才能轉(zhuǎn)下道工序。

2)針對(duì)擺臂中折彎件的彎曲半徑不準(zhǔn)確影響裝焊時(shí)焊縫品質(zhì)問題，根據(jù)公式:ρ=R+Kt精確算出折彎件中心層的折彎半徑，在大型折彎機(jī)上折彎到圖紙尺寸，同時(shí)制作折彎半徑內(nèi)R20的檢驗(yàn)樣板，校正零件，保證折彎半徑內(nèi)R18尺寸的一致性。

式中:ρ表示中性層半徑(mm)；

R表示彎曲內(nèi)半徑(mm)；

K表示中性層位置系數(shù)；

t材料厚度(mm)。

3.2 焊接變形的控制

焊接變形對(duì)于焊接件來說是無法避免的，認(rèn)真分析研究擺臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要從以下兩點(diǎn)控制焊接變形。

1)預(yù)設(shè)焊接收縮反變形量(圖3)

圖3 件1預(yù)設(shè)收縮量加工圖

擺臂中件1耳板和件8板對(duì)接組焊時(shí)，留焊縫間隙是3mm，為了使擺臂各孔在焊后都能加工出來而且各孔的壁厚均勻，對(duì)件1耳板下料尺寸做調(diào)整，見圖3。圖3(a)是下料圖，件1底邊到孔中心的距離是385mm，D125mm孔中心和圓弧R115mm是同心。圖3(b)是修改后的下料圖，D125mm孔中心和圓弧R115mm中心修改成相差5mm，預(yù)設(shè)了焊接收縮反變形量，即圓弧R115mm的中心線高是390mm，D125孔中心距離是385mm。這樣在下道工序中機(jī)加工劃線是以底部為基準(zhǔn)劃D135mm孔中心線，如圖3(c)機(jī)加工圖所示。經(jīng)過對(duì)該件的尺寸調(diào)整，抵消了組焊時(shí)長度方向的焊接變形，最終解決了D150 K7mm孔焊后加工不出來和孔壁厚薄不勻的問題。

2)通過對(duì)圖紙的分析，原來圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求件4、5、7折彎內(nèi)圓角半徑是R30mm，這樣在組裝時(shí)自然坡口很大。在保證焊縫強(qiáng)度、焊透的前提下，將件4、5、7自然坡口縮小，將設(shè)計(jì)尺寸內(nèi)R30mm修改成內(nèi)R20mm這樣保證零件在裝焊時(shí)形成的自然坡口縮小，減少收縮量，燒焊時(shí)熱量輸入就少，能大幅度降低焊接殘余應(yīng)力，可以有效控制局部變形，最終達(dá)到減少擺臂焊接變形的效果。

3.3 設(shè)計(jì)工裝使裝焊件準(zhǔn)確定位

根據(jù)圖2要求兩端耳板中心線同軸，而且互相平行。4-D(150K7)mm孔中心線和基準(zhǔn)面B垂直。要保證各個(gè)孔焊后加工余量均等，孔壁厚度一致。在裝焊時(shí)就要控制好裝焊尺寸。本件僅僅靠寬度角尺校正零件垂直度是不夠的，通過多處的問題分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)焊接情況，提出了工裝設(shè)計(jì)方案，如圖4所示。

圖4 擺臂工裝結(jié)構(gòu)圖

1)工裝結(jié)構(gòu)

工裝是由件1厚40底板，件2，件4d135長軸，件3d40細(xì)長軸，件5、6、7定位銷組成。2-d135mm和d40軸是M30mm雙頭螺栓，一端和底板連接，另一端用壓板、螺母壓緊工件。

2)工裝的應(yīng)用

裝焊前件1、件2、件3按圖紙尺寸1∶1數(shù)控氣割下料，預(yù)割出D125mm孔及外形，轉(zhuǎn)機(jī)加工鏜孔至D135mm尺寸。件10氣割外形在鉆床上鉆出D40mm孔。件4、5、7三件在大型折彎機(jī)上折彎，折彎尺寸必須準(zhǔn)確，工件不得扭曲。件6、8、9按圖紙尺寸1∶1數(shù)控氣割下料，校平。上述各件不得有塌邊現(xiàn)象。組裝前必須清除表面氧化皮、油污、熔渣、毛刺等缺陷。裝焊時(shí)先將件1，件2、3分別穿入d135mm軸中，內(nèi)開檔尺寸用長mm工藝撐管保證，校正零件位置至圖紙尺寸，用壓板、螺母連接固定工件，并點(diǎn)焊牢固。將件9放在底板上按圖校正位置，件10用d40mm軸穿入，開檔尺寸用mm和286mm工藝撐管定位。用千斤頂調(diào)整內(nèi)腔到250mm尺寸，機(jī)加工車出mm長工藝撐管數(shù)根焊在內(nèi)腔中，控制250mm尺寸收縮。支撐內(nèi)腔的撐管(可以不取出)也是防止焊接變形件保證件10零件4-d50mm孔加工出來。用寬度角尺校正組裝件的垂直度后才可以繼續(xù)組裝下面其它各件，各個(gè)工藝撐管長度公差取正值是預(yù)設(shè)了耳板根部焊接收縮反變形量。

3.4 組焊中搭接支撐拉筋增加剛性

控制擺臂局部變形和整體變形是最終保證尺寸的方法。組焊前除了預(yù)設(shè)焊接收縮反量以外，裝焊中還要對(duì)定位焊的零件加固工藝支撐拉筋，以增加剛性。在各單件定位焊后，為了保證擺臂整體剛性和較小焊接變形，將件1、件2、件3根部增加撐管和孔的位置增加撐管的同時(shí)，在耳板外園圓周上均勻搭接4～5處支撐槽綱或方鋼拉筋，并焊接牢固。這樣能有效避免各耳板相對(duì)位移和根部的收縮量。

除了上述控制焊接變形的方法以外，還要在定位前將坡口及附近50mm范圍內(nèi)銹跡，油污，焊渣清理干凈。定位焊也應(yīng)牢固可靠，不得有裂紋，氣孔，夾渣等缺陷。在施焊前復(fù)查組裝尺寸，檢查定位焊質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過對(duì)擺臂生產(chǎn)過程產(chǎn)生的尺寸偏差分析，提出了改進(jìn)方案。在實(shí)際生產(chǎn)操作中也得到了驗(yàn)證，這些措施有效地控制了單件品質(zhì)和焊接變形，最終使各孔尺寸、孔中心距尺寸、外形尺寸都能夠滿足圖紙的設(shè)計(jì)要求。這些改進(jìn)措施提高了產(chǎn)品品質(zhì)，縮短了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，提升了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為本機(jī)型加快國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

［1］徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1，2卷)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1，2卷)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

［3］劉文劍.夾具工程師手冊(cè)［M］.哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

［4］陳祝年.焊接工程師手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版，2002.

［5］史耀武.焊接技術(shù)手冊(cè)［M］.福州 :福州科學(xué)技術(shù)出版社，2005.