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作者: 時間:2016-10-13 15:33:52 瀏覽數(shù):9820
型結(jié)構(gòu)件是工程機械產(chǎn)品的骨骼,也是廠家設(shè)計水平的體現(xiàn)和制造水平的反映。由于結(jié)構(gòu)件在承載能力、外觀造型及實現(xiàn)產(chǎn)品功能上的重要作用,在工程機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造中應(yīng)特別予以重視。
大型結(jié)構(gòu)件因為體形龐大,焊接部位多,部分尺寸精度和位置精度要求較高,支承起來難度較大,尤其是整體變形問題,一直是困擾工藝人員的一大難題。本文主要結(jié)合中外建發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的平地機、裝載機典型結(jié)構(gòu)件的工藝實際,對大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形情況和原因進行了分析,并提出了一些控制變形的工藝對策。
1 大型結(jié)構(gòu)件變形的典型實例及危害
1.1 PY160C型平地機后機架的變形
后機架是PY160C型平地機最大的結(jié)構(gòu)件(見圖1),該件外形尺寸為3 300 mm×1 100 mm×800 mm,由72個零件組成,屬于框架特征的大型結(jié)構(gòu)件,其制造方式為多個零件上胎合攏、拼點,然后焊接而成。該件在整機裝配時需與發(fā)動機、變速器、司機室、驅(qū)動橋等部件相連接,其工藝要求為:基礎(chǔ)面平面度≤3 mm,扭曲度≤5 mm,垂直度≤2.5mm。按傳統(tǒng)方式焊接后,一般情況下變形為:扭曲度10~30mm,平面度5~8 mm,垂直度5~10 mm,橫向孔組的中心距超差,如后橋安裝距720 mm±0.5 mm,焊后變?yōu)?20 mm+2 mm。雖在焊后經(jīng)過整形工序,但變形量相對裝配要求仍然偏大,造成該件返修率較大,以致后來采用“配焊”、“墊板調(diào)整”等落后工藝進行調(diào)整。
1.2 ZL50C型裝載機動臂的變形
該件為H形大型結(jié)構(gòu)件(見圖2),外形尺寸為2800 mm×1 200 mm×800 mm,制造方式為支座組件與兩動臂板合攏后進行大截面角縫焊接。其焊接方式為3層6道焊縫連續(xù)焊接。該件是裝載機作業(yè)時鏟斗運動的關(guān)鍵支撐件,其工藝規(guī)程要求尺寸a與b相對中心線的對稱度為1.5 mm;A、B、C、D各組孔的中心線平行度為Φ1.0mm;各組孔同軸度為Φ0.5 mm。按上述方式焊接后主要變形為支座出現(xiàn)旁彎,通常引起尺寸b偏小8~15 mm,尺寸a與b對稱度超差1.5~2 mm,尺寸a與b各自的中心線不平行,兩中心線出現(xiàn)2°~3°的夾角,造成動臂變形,長時間作業(yè)時整機會出現(xiàn)鏟斗失穩(wěn)現(xiàn)象。
2 結(jié)構(gòu)件變形的理論分析
工程機械結(jié)構(gòu)件主要是由冷、熱軋鋼板、型鋼及它們的成形件裝焊而成,材質(zhì)主要為低合金結(jié)構(gòu)鋼。從結(jié)構(gòu)件制造工藝來看,造成大型結(jié)構(gòu)件變形的原因,主要來自三個方面:即焊接熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力和外力。
2.1 焊接熱應(yīng)力變形
工件在焊接過程中,對金屬材料是一種不均勻的加熱和冷卻。焊接時,加熱的熱源是移動的高溫電弧,焊縫和熱影響區(qū)金屬溫度很高,金屬受熱膨脹,但又受到常溫金屬的阻礙和抑制,便產(chǎn)生了壓縮塑性變形。結(jié)構(gòu)件的焊接變形程度與施焊時熱源的輸入能量成正比。
2.2 殘余應(yīng)力變形
殘余應(yīng)力主要為焊接殘余應(yīng)力和成形加工殘余應(yīng)力,當工件某一部位施焊結(jié)束后,其焊縫金屬由膨脹轉(zhuǎn)為收縮,但其又受到常溫金屬的限制,這時便產(chǎn)生了焊接殘余應(yīng)力。成形加工殘余應(yīng)力主要是因為工件受工藝性外力而引起,如工件自由彎曲成形時不得法;鋼板校平輾壓次數(shù)少;機加工吃刀量過大等等都能引起成形加工殘余應(yīng)力。
2.3 外力引起的變形
主要指組裝、焊接過程中由磕、碰、摔、撞或過載引起的異常變形。
結(jié)合對引起變形應(yīng)力的理論分析,可知前述PY160C型平地機的后機架變形是上百條焊縫的焊接綜合變形。ZL50C型裝載機動臂變形則是典型的大熱場焊縫產(chǎn)生的焊接熱應(yīng)力變形,該件的動臂板厚度為50 mm,由于在施焊時焊接熱影響區(qū)的溫度可達850℃,隨著加熱部位金屬發(fā)生相變,便產(chǎn)生了殘余應(yīng)力,它殘存在母材中,不但引起構(gòu)件變形還將影響構(gòu)件的使用性能和質(zhì)量。
3 克服結(jié)構(gòu)件變形的工藝措施
3.1 平地機后機架的變形糾正
傳統(tǒng)方法采用火焰加外力來解決PY160C型平地機后機架的扭曲變形。把該件平放在工作平臺上,將其兩個角或三個角墊起,并使其與工作臺緊固,用火焰加熱應(yīng)力集中區(qū)域,再用機械方法拉動懸空的角,以達到矯正扭曲的目的。但是當我們在矯正其它次要變形時,扭曲變形又重新出現(xiàn)。這種反復(fù)矯正的方法,不但耗費了大量的人力、物力而且仍會使工件產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力,留下了產(chǎn)品后期變形的潛在危險。
通過不斷的實踐探索,我們對后機架的工藝進行了重新審定,實施了一套“先部件,后總成”的治本之路,即將整個后機架分為軸承座、左梁、右梁三個部件,每個部件下又分若干次部件,再下一層是零件,裝焊并整形的次序是:零件→次部件→部件→后機架總成。這種方法實際上是把后機架一次焊接所承受的全部熱量與變形,分散到前序逐級削弱,并分部件進行矯正變形,以減少總裝后的變形。按此種工藝制作的后機架變形很小,由于我們根除了最嚴重的扭曲變形,使該件整形時非常輕松地達到了圖紙要求。
3.2 克服裝載機動臂總成的變形
我們從三方面采取措施來克服動臂的焊接變形:首先是采取增加約束的辦法來限制動臂的變形,即在距支座200 mm處設(shè)置兩個可調(diào)支桿,從兩邊頂住兩動臂板,以限制動臂板焊接時往里變形;其次是減少焊接線能量,對于截面積為200 mm2的焊縫采取4層12遍交替焊接的工藝,如圖3所示,圖中序號為施焊次序。采用手工CO2氣保護電弧焊,這一措施對減少動臂的變形收到較好的效果;第三,采取經(jīng)濟、簡便的火焰矯正法。
其操作方法是:用氣焊焊槍加熱,采用碳化焰,在與支座和動臂板的焊縫相對應(yīng)的動臂板外側(cè),自上而下呈線狀逐步加熱,加熱速度為3~5 mm/min,加熱溫度為750~800℃,冷卻時用清水自下而上進行,當尺寸b的變形量大于10 mm時,加熱寬度為10~20 mm,加熱深度為15~20 mm;當變形量小于10 mm時,加熱寬度為10~15 mm,加熱深度為10~15 mm。采用以上方法,動臂形位公差與尺寸均能達到標準要求。
4 減少大型結(jié)構(gòu)件變形的工藝對策
工程機械大型結(jié)構(gòu)件要比一般教科書或技術(shù)資料中所描述的結(jié)構(gòu)件復(fù)雜得多,且對不同的結(jié)構(gòu)件的性能要求也各不相同。根據(jù)實踐經(jīng)驗我們總結(jié)出幾種克服工程機械大型結(jié)構(gòu)件變形的工藝對策。
(1)結(jié)構(gòu)件本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理,即盡量遵守焊縫設(shè)計三原則:焊縫數(shù)盡量少、焊縫截面盡量小、焊縫位置要對稱。
(2)選擇線能量較低的焊接方法,包括采用多層焊和利用CO2自動焊代替氣焊或手工電弧焊。
(3)選擇合理的焊接順序,使工件受熱均勻。
(4)對形狀復(fù)雜、組成件多的結(jié)構(gòu)件采用多層部件裝焊法,多步驟裝點,多步驟焊接,多次整理。
(5)消除殘余應(yīng)力,保證結(jié)構(gòu)件的長期穩(wěn)定性:
a、對有壓形和校平工序的零件采取措施,使其施力處的金屬組織均勻。
b、對800℃以上的加熱應(yīng)慎重,避免引起材料的相變。
c、嚴禁用火焰成形法加工零件或加工裝焊成形后的某一部位。
d、結(jié)構(gòu)件在加工前應(yīng)進行回火處理或天然時效。
(6)對簡單零件盡量采用機械矯正。
(7)對兩端有約束的部件間的變形,應(yīng)用機械手段調(diào)整并保持一定的施力時間。
總之,克服工程機械大型結(jié)構(gòu)件的變形是一個理論和實踐性很強的課題,克服變形的措施就是要保證結(jié)構(gòu)件的熱場均衡并盡量避免應(yīng)力的產(chǎn)生,掌握這一指導(dǎo)思想,我們就可以在生產(chǎn)實踐中不斷地制定出更加完善的工藝對策。
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