工程機械大型結(jié)構(gòu)件批量生產(chǎn)工藝與裝備淺析

【摘 要】隨著近幾年工程機械需求量的大幅增加和國外工程機械在國內(nèi)的大量上市，市場對工程機械大型結(jié)構(gòu)件的需求量和質(zhì)量也有了大幅提高，如何保證大型結(jié)構(gòu)件在批量生產(chǎn)中的質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率，關(guān)系著企業(yè)的生存與發(fā)展，本文通過分析工程機械大型結(jié)構(gòu)件現(xiàn)有生產(chǎn)工藝與裝備中存在的影響批量生產(chǎn)時產(chǎn)品質(zhì)量、效率的問題，探討了工程機械大型結(jié)構(gòu)件批量生產(chǎn)工藝與裝備的改善方法，并通過實例說明驗證其在實際生產(chǎn)過程中的效果，對工程機械大型結(jié)構(gòu)件批量生產(chǎn)的質(zhì)量保證和效率提高具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】工程機械；大型結(jié)構(gòu)件；批量生產(chǎn)；工藝裝備

工程機械主要包括挖掘機械、起重機械、鏟土運輸機械、混凝土機械、路面機械等幾大類。大型結(jié)構(gòu)件是工程機械的骨架，而且是主要承力部件，工程機械大型結(jié)構(gòu)件按照使用位置和結(jié)構(gòu)特點主要分為以下幾類：一、履帶式工程機械履帶架，如常見的挖掘機、推土機履帶架；二、車架類，如裝載機的前、后車架，推土機的中心支架，各種工程車輛的車架等；三、臂類，挖掘機的動臂、斗桿，裝載機的搖臂，混凝土泵機的布料臂等；四、回轉(zhuǎn)操縱平臺類，如各類挖掘機的回轉(zhuǎn)平臺；五、斗類，如各種挖掘機的挖斗、裝載機的鏟斗、推土機的推土鏟等。雖然各類大型結(jié)構(gòu)件在工程機械中使用位置及結(jié)構(gòu)有很大的差異，但是工程機械大型結(jié)構(gòu)件都具有以下共性：由多種不同規(guī)格、材質(zhì)的鋼板、型鋼、鑄件或鍛件等焊接成型并加工出的質(zhì)量大、尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且加工精度要求較高的大結(jié)構(gòu)件。

雖然工程機械大型結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類多樣、形狀各異，但生產(chǎn)工藝基本相似，都需要經(jīng)歷以下基本工藝流程，大型結(jié)構(gòu)件基本工藝流程：備料→拼裝（搭焊）→焊接→加工→拋丸→涂裝；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件可能會經(jīng)過多次拼裝、焊接、加工工序，同時對產(chǎn)品生產(chǎn)的每一道工序都需要進行檢查或精度控制，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.備料

工程機械大型結(jié)構(gòu)件備料主要包括以下作業(yè)工序及內(nèi)容：鋼板（型材）的切割、焊接坡口的加工（切割），鋼板的成型、鋼板、鑄造件、鍛造件的加工等。在批量生產(chǎn)中，對于質(zhì)量大、數(shù)量多、種類多、形狀復(fù)雜的工件采用樣板檢查確認，提高了檢查的效率，減輕了勞動強度，具有準確、快速的優(yōu)點；對于螺栓孔和螺紋孔的加工，采用搖臂鉆床使用鉆模進行加工，減少了劃線工序，提高了尺寸精度的穩(wěn)定性，大大提高了加工效率，具有精度穩(wěn)定性好、效率高、成本低的優(yōu)點；同時先進切割設(shè)備和成型設(shè)備的應(yīng)用，如數(shù)控等離子切割機、數(shù)控激光切割機、各類機器人切割系統(tǒng)、數(shù)控折彎機、數(shù)控滾床等，也大大提高了料件的精度和生產(chǎn)效率，同時使后期工序的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也得到大大改善。這些設(shè)備的應(yīng)用為批量化生產(chǎn)提供前提條件。

2.拼裝(搭焊)

批量生產(chǎn)時，必須使用專用拼裝工裝進行制作，否則無法保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)效率，增加工人的勞動強度，同時設(shè)計制作拼裝工裝時，要考慮增加工件焊接反變形量，對于批量較大的結(jié)構(gòu)件，可設(shè)計制造氣動或液壓拼裝工裝，以進一步提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強度。對于復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件，可以將其分解成多個簡單的部件進行拼裝及焊接后，再進行整體的拼裝、焊接，可以減少焊接變形，提高產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率，如圖一所示挖斗分解制作工藝。通常工程機械大型結(jié)構(gòu)件批量生產(chǎn)時，拼裝工裝與焊接工裝分開，避免因焊接時長時間占用拼裝工裝，影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

將焊接量比較大的部位分解成部件進行制作

圖１ 挖斗分解制作制作工藝

3.焊接

焊接是結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中最重要的工序，由于大型結(jié)構(gòu)件在工程機械中都是承力部件，所以焊接質(zhì)量直接影響工程機械的整機性能，所以大部分大型結(jié)構(gòu)件在焊接后都需要進行無損探傷檢查，以保證工件的質(zhì)量，同時由于焊接量大，焊接變形嚴重。由于大型結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，質(zhì)量大，焊接時為了保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率，通常采用焊接變位機來調(diào)整工件焊接時的位置，提高工件翻轉(zhuǎn)時的效率，并使工件處于最佳的焊接位置，保證焊接質(zhì)量；同時，通過拼裝時增加焊接反變形量及焊接反變形工裝的使用，嚴格按照焊接工藝參數(shù)及順序進行焊接，大部分結(jié)構(gòu)件可以不需要焊后矯形，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本；另外，工程機械結(jié)構(gòu)件弧焊機器人系統(tǒng)的應(yīng)用對生產(chǎn)效率提高、焊接變形控制、及焊接質(zhì)量保證有著非常好的效果，非常適合工程機械結(jié)構(gòu)件的批量生產(chǎn)，如圖二所示為挖掘機動臂弧焊機器人系統(tǒng)。

圖2 焊接機器人系統(tǒng)焊接動臂示意圖

4.加工

工程機械大型結(jié)構(gòu)件具有很多連接與裝配孔等，這些部位加工的精度、尺寸主要是通過鏜削、銑削來加工結(jié)構(gòu)件上連接孔與裝配孔的表面與端面。這里僅闡述為了滿足批量生產(chǎn)需要對加工過程的改善。工程機械大型結(jié)構(gòu)件的加工通常使用臥式加工中心或大型落地鏜銑床進行一次裝夾加工，由于大型結(jié)構(gòu)件加工位置多、精度要求高、加工工時長，在批量生產(chǎn)中，為了改善加工精度及裝夾效率，必須設(shè)計使用專用夾具，同時可根據(jù)情況在夾具上設(shè)計加工余量檢測裝置，取消工件劃線工序的同時，降低工件因加工余量不足造成的裝夾、返修工時的浪費，提高設(shè)備的使用率。同時可以使用一些特殊或?qū)Ｓ眉庸ぴO(shè)備來提高加工效率，如批量臂類的加工通常使用雙面銑鏜床，從工件的兩側(cè)同時進行加工，一次裝夾完成，不需要掉頭，既保證了加工精度，同時也大大提高了生產(chǎn)效率。

5.拋丸與涂裝

工程機械大型結(jié)構(gòu)件由于制作工序多、生產(chǎn)時間長，不適合采用前處理方法（即對整塊鋼板的預(yù)處理），同時由于大型結(jié)構(gòu)件體積大、質(zhì)量大，也不適合采用酸洗的方法和打磨的方法對工件進行預(yù)處理，所以對于批量生產(chǎn)的工程機械大型結(jié)構(gòu)件的預(yù)處理通常采用拋丸法進行處理，處理工序通常選擇在涂裝前，以保證拋丸后能及時進行涂裝，保證工件的涂裝質(zhì)量，這時由于前期制造工序都已經(jīng)完成，為了保護加工及裝配孔，必須要制作、使用屏蔽工裝，對于螺紋孔可定制不同規(guī)格的橡膠或塑料塞進行保護，屏蔽工裝和螺紋保護塞的使用，不但保證了工件質(zhì)量、提高了生產(chǎn)效率、而且通過重復(fù)使用降低了制造成本；同時為了避免拋丸后涂裝不及時及效率低的問題，可以設(shè)計建造大型結(jié)構(gòu)件拋丸涂裝生產(chǎn)線，將拋丸與涂裝工序有機的結(jié)合在一起，為了適應(yīng)大型結(jié)構(gòu)件體積大、質(zhì)量大的特點，可采用懸掛通過式拋丸室及涂裝室，生產(chǎn)線由上件、拋丸、吹塵、涂裝、流平找補、烘干和下件等工位組成，工位間通過懸掛或軌道輸送，形成了從工件的預(yù)處理到噴涂的涂裝工藝完整的生產(chǎn)流程，可以大大提高結(jié)構(gòu)件的涂裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

6.結(jié)論

工程機械是人類社會基礎(chǔ)建設(shè)前進的“雙足”和“手臂”，在人類社會高速建設(shè)的今天，工程機械的結(jié)構(gòu)件批量生產(chǎn)勢在必行。作者通過分析工程機械大型結(jié)構(gòu)件在批量生產(chǎn)過程中存在的影響產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的問題，結(jié)合國內(nèi)外先進大型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)工藝和裝備實例，提出了工藝與裝備的改善方法，保證了產(chǎn)品批量生產(chǎn)時的產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本，增強了企業(yè)在行業(yè)中的市場競爭力。

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