薄壁深腔零件加工工藝及焊接變形研究

曹志超

摘 要：本文分析研究了薄壁深腔零件的特點，提出了具體的加工工藝，以及防止其焊接變形的加工方法。

關鍵詞：薄壁深腔；焊接變形；熱處理

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0069-01

在對薄壁深腔零件進行焊接操作時，由于焊接產生的內應力與機加應力的作用，易使零件發生變形，影響零件的精確度。薄壁深腔零件的焊接工藝結合了焊接加工工藝、熱處理工藝與機械加工工藝，能有效減少零件的變形。該工藝通過合理確定加工流程和加工參數、熱處理方式等，去除了由于焊接內應力與機加應力發生的變形，從而保障了零件的精確度。

1 薄壁深腔零件加工的特點和難點

薄壁深腔零件具有以下特點：其壁厚為5～6mm，深度在300～700mm范圍內，內孔的尺寸精度為IT8-IT9，表面粗糙度大，而且內孔每隔一定距離要在其相互垂直方向進行測量，保證其最大值與最小指之間的差值不能大于規定尺寸。由于其具有以上特點，所以在對該零件進行加工時，存在以下難點：在加工時，機加應力與焊接產生的內應力相互作用會使零件發生變形；另一方面，由于零件壁薄，剛度不夠，在進行裝夾和加工操作時也容易發生變形。同時，在零件內孔的焊接部位處，由于兩端口之間的差值不在規定尺寸范圍內，因此，就不能保證零件的尺寸精度以及其形狀標準了。

2 薄壁深腔零件加工工藝

2.1 工藝分析

根據薄壁深腔零件的特點，專門設計出一款針對其加工過程防止其變形的方案，具體方案如下：下料─機加─焊接─機加─鍍鉻。在具體加工時，還應該針對不同問題進行細化改進操作，從而使零件尺寸及精度能夠達到標準[1]。

2.2 加工工藝

（1）初加工。初加工主要操作：使零件兩端保持整齊、粗車外圓、粗鏜孔以及切除大部分余量；接著再對焊接部位進行精加工操作，即為劃線和鉆孔，以備后面焊接操作所用。初加工后，零件的外形形狀應滿足切斷后可為兩個成品零件的，同時還要進行換算尺寸鏈的操作。（2）焊接方法。如果材料選擇的是35Cr，40Cr的合金結構剛，那么在進行焊接操作后會容易產生冷裂紋。因此，需要采用一定加工工藝降低焊接接頭的淬硬傾向，從而防止裂紋的產生。在具體加工時，就需要盡可能的降低焊接操作產生的內應力。（3）應力退火。將零件進行焊接操作以后，要進行應力退火操作，去除由于焊接所產生的內應力，降低冷裂紋的產生，保持焊接后零件的尺寸穩定。（4）二次加工。二次加工是整個加工過程中最為重要的一個步驟。因為它保證著內孔的尺寸精度、直線度、圓柱度、表面粗糙度等環節。由于焊接零件容易因為切削振動而使零件尺寸存在偏差，其壁筒剛度不夠、壁薄、焊接應力作用等會使其發生變形，因此，要解決這一問題，需要設計出一個完善的施工方案，從而來保證零件的尺寸精度、表面粗糙度等達到標準。

其具體加工工藝如下：去應力退火─粗加工─去應力退火─半精加工─時效處理─精加工。為了使加工后的內孔盡可能滿足標準，因此，采用內孔和外圓互為基準的方法，逐步去除加工余量，從而使內孔達到標準。

3 焊接變形控制技術

（1）改進裝夾方法，創新裝夾方式。對于腔體的銑削加工過程，采用臺虎鉗裝夾，能夠給精加工留有足夠的加工余量。在精加工過程中，由于臺虎鉗裝夾會產生橫向或者徑向的裝夾力，因此，要改進裝夾方式。于是，提出了“無應力”裝夾方式。其主要原理是將零件通過銷釘定位，再裝到夾具上進行切削操作，夾具固定在臺虎鉗裝夾上，臺虎鉗裝夾不與零件直接接觸，避免了裝夾力的產生，防止了零件變形。同時，由于是通過銷釘定位零件，因此，可以通過固定銷釘位置，使零件尺寸達到標準。“無應力”操作的注意事項如下：首先，在進行精加工之前，要先將夾具的銷釘孔鉆好，從而才能確定出零件的定位基準和中心位置；其次，零件安裝到夾具上時，要操作零件底部與夾具相平，防止螺釘加固產生變形。（2）改進工藝流程。由于零件大多數為圓形，因此，只能采用銑削加工，在加工過程中，要盡量減少裝夾次數，減少誤差，提高零件的精確度。采取“無應力”裝夾操作，能夠精確定位零件中心，使零件達到標準尺寸和精度。同時，還能降低零件變形的概率，將粗銑加工與精銑加工分開，使零件因切削產生的應力能得到及時釋放，使零件質量得到提升[2]。（3）改進熱處理方式。傳統的熱處理操作是將零件加熱到再結晶溫度，使材料中的原子進行重排。這會使零件零件的強度和硬度下降，因此對于零件加工過程的處理不適合。經過大量實驗，得出低溫退火的方式比較適用于此零件的加工。低溫退火的步驟如：先將零件溫度加熱到170-190℃，運遠低于零件的再結晶溫度，再進行加工。此操作不會影響零件的強度和硬度，同時還能去除大部分的應力，剩下的應力使零件發生的變形比較小。（4）優化焊接工藝參數，改善焊接技術，防止零件變形。

4 結語

在對薄壁深腔零件加工工藝的研究中，解決了由于焊接內應力和機加應力相互作用而使零件發生變形的問題，保證了薄壁深腔焊接零件的加工質量與各項指標。目前，此技術已應用于實際生產過程中，為薄壁深腔零件加工創造了成功的先例，具有良好的發展前景。

參考文獻

[1]傅劍峰.如何控制和預防焊接變形[J].中國包裝工業，2013（12）：8.

[2]許志榮，馬騁.船體結構焊接變形問題研究[J].農業科技與裝備，2013（8）：26-27.