薄壁焊接環加工工藝

奇瑞汽車股份有限公司 （安徽蕪湖 241009） 梅紹喬

本文所引用的薄壁環狀偶合環是某產品中的一個重要結構件，應用數量多，制造精度要求高，制造難度大。過去在薄壁環的機加工生產中，由于設備及工藝的落后，使得該類產品加工合格率一直很低。本文通過改進原有制造工藝，采用精密車加工、數控加工和釬焊技術，編排工藝流程，利用設計的專用工裝夾具，使得該類型結構件的加工難題得以順利解決。

1. 薄壁環類結構件的工藝特點

該結構件是由四個內導體和薄壁環通過釬焊焊接成形，結構形式如圖1所示。

圖 1

薄壁環材料為黃銅H62 ，四個內導體材料為黃銅H62。技術要求：薄壁環內孔尺寸為φ13mm環外圓為φ132.8mm；圓度要求為φ0.02mm，四個內導體相對內孔位置度要求為φ0.03mm，內導體間尺寸為（φ131.8±0.03）mm。從技術要求來看，該零件的加工難點主要有兩點：一是圓環內孔圓度和孔徑尺寸；二是四個內導體相對圓環內孔的位置度和內導體間距尺寸。因此該零件工藝設計的主要問題就是解決上述兩項加工難點。

2. 工藝方案分析

根據該產品結構工藝特點和產品尺寸要求，以往曾制定方案一“直接焊接法”和方案二“單邊留余量加工法”兩種工藝方案進行試驗加工。方案一是將零件加工到尺寸再焊接，因為變形較大，幾乎沒有合格件。方案二是先將薄壁環狀零件外圓加工到尺寸要求，焊接后將內孔加工到位，這種方法加工出的產品合格率不到50%。

針對方案二存在的工藝缺陷，又提出了方案三“雙邊留余量加工方法”。工藝流程是先將薄壁環狀零件內外圓分別留有一定的加工余量，然后將四個內導體加工到位，用專用焊接工裝將環與內導體焊接，保證四個內導體的間距。在后續加工中以四個內導體為加工基準，分別加工外圓和內孔，達到圖樣尺寸要求。方案三相對前兩種方案機加工難度相對增加，但零件加工尺寸穩定，一致性好。通過薄壁環內外圈留加工余量，加大了環的壁厚，減少了焊接變形，一般焊接后圓度變形能夠控制在0.05mm范圍以內；另外加大壁厚后，通過孔定位，從而很好地確定了四個內導體的相對位置；內導體高度尺寸一致性好，加工后相對內孔位置度能夠很好的保證。按方案三試加工的產品合格率達98%。

3. 主要零件的結構特點及加工工藝過程設計

圖 2

按照工藝方案三，對環狀零件進行設計（見圖2）。在工藝圖中，分別對薄壁環內、外都留有一定加工余量，將環壁厚增加到10mm。加工工藝過程為：粗車→高溫退火熱處理→精車→數控銑加工四凸臺及孔。其中通過粗車和退火處理的目的是減少材料內應力，從而減少零件在焊接過程中受熱變形量。另外在焊接結構優化設計方面，在零件外圓上分別設計四個工藝出氣孔，分別與內導體焊接孔相通。利用此工藝方法一方面可以避免焊接過程中四個內導體底部氣體受熱膨脹將內導體頂出，影響四個內導體高度尺寸；另一方面可以分別從端面和出氣孔加焊料，焊料流入充分，從而保證四個內導體焊縫致密均勻，不虛焊。通過此處焊接結構優化設計，避免了后續加工過程中因虛焊或氣孔而產生的報廢。 另外在環加工中充分利用現代數控加工技術，銑四個凸臺和鉆四個內導體焊接定位孔，從而提高了零件加工精度和生產效率，尺寸一致性好。工藝尺寸設計方面考慮到為后續加工提供加工基準，于是分別對零件外圓、四孔相對外圓位置度尺寸提出了很高的要求。

4. 釬焊工藝過程及工裝設計

釬焊用銀基焊料，釬焊溫度為730oC。釬焊過程中保證四個內導體間距是此道工序的關鍵。如直接通過內導體焊接孔定位，由于內導體與焊接孔之間存在0.05～0.08mm的焊接間隙，焊接后孔距存在一定的誤差。因此要保證焊接間距就必須設計一種專用的焊接定位工裝。通過研究，設計了如圖3所示的焊接定位工裝。通過焊接定位工裝上精確的四孔間距，從而嚴格保證了四個內導體間距尺寸。

焊接工藝過程如下：焊前清洗→定位工裝定位→爐中預熱→焊接→焊后清洗。

圖 3

5. 產品成形加工工藝設計及夾具設計

產品焊接完成后，接下來就是加工環內孔和外圓。以往加工該類零件的工藝方法為先將外圓車到圖樣尺寸，再用軟爪夾持外圓鏜內孔。由于環最終壁厚為1.4mm，加工過程中使用三爪裝夾，就會使工件產生一個徑向力使產品向內縮，當產品加工完成后松開三爪，孔就會向外脹而變橢圓，內孔和圓度都無法保證。

針對該種狀況，經過研究，最終設計了如圖4和圖5配套使用的簡易特制夾具。夾具中分別銑四缺口讓開凸臺及四個內導體，鏜φ132.8+0.010mm孔來定位產品外圓，利用圖5端蓋來旋裝壓緊產品端面。加工時先校正四個內導體軸線在φ0.02mm圓度范圍內，車環外圓φ132.8－0－0.02mm，保證基準外圓與四個內導體軸線構成的圓同心度在0.02mm范圍以內。然后利用該夾具，以夾具內孔定位，用螺紋端蓋旋緊壓住產品端面，用鏜孔刀鏜環內孔。利用該夾具，一方面將普通裝夾產生的徑向力轉換為軸向力，避免了產品因受徑向力而產生變形；另一方面也保證了圓環內孔與四個內導體的位置度要求。

圖 4

圖 5

另外在切削用量上也進行相應調整，開始切削速度為3.5m/s，進給量為0.1mm/r，切削深度為0.5mm；當內孔余量為1mm時，切削速度為2.5m/s，進給量為0.05mm/r，切削深度為0.15mm。這樣可以避免因切削用量過大而使產品產生加工內應力，從而造成產品加工后變形，另一方面又可以降低薄壁環內孔表面粗糙度值。

6. 結語

通過新工藝方法生產的產品數量已達400多件，產品質量和性能比原來都有很大的提高，產品一次交驗合格率達95%，生產效率比原來提高了60%。產品已經裝入整機中使用，并且通過了各項測試和試驗，驗收合格。證明薄壁環類結構件的制造工藝的先進性和可行性，同時也為工廠創造了可觀的經濟效益。