復雜框架的焊接與機械加工

■ 陜西黃河集團有限公司 （陜西西安 710043） 李絢麗 雷 鳴 張 哲 苑 崢

1. 產品結構

如圖1所示，某型號產品中上殼體主體結構為八面體，由5塊厚度＞30mm的梯形面板和3塊厚度5mm面板焊接而成。上殼體內部由側框、上框與各種方管支撐焊接成形構成骨架，骨架焊接成形后，在外輪廓上焊接5塊厚面板與3塊薄板，焊后該零件最大外廓尺寸為1 280mm×1 270mm×1 080mm，且焊后和機械加工后進行淋雨試驗與振動試驗，對焊接與焊后加工有著很高的技術要求。

圖1 上殼體骨架結構

2. 工藝分析

該產品內腔結構由40mm×40mm×4mm的鋁合金方管支撐對接成形，外部焊接5種厚度、大小不同的5A06鋁合金板。焊接后需對5個裝配面進行機械加工，并且精度要求很高，因為焊接后剛性較低，在加工過程中容易產生變形，這也是上殼體加工的薄弱環節。

3. 氬弧焊焊接加工

針對鋁合金5A06的氬弧焊焊接加工，經多次試驗，對其焊接工藝參數進行摸索并制定了焊接工藝指導書。

（1）焊接坡口 如圖2所示，焊接坡口尺寸為39°、R6mm。選擇合理的焊縫坡口是焊接工藝參數的重要部分，它直接影響著焊接接頭的力學性能，將焊接后的變形降到最低，從而確保焊后的機械加工能滿足設計要求。

圖2 焊接坡口

（2）焊絲 氬弧焊焊接鋁合金5A06，采用焊絲SALMg-5。

（3）焊接層次 鋁合金5A06焊接次數不能超過三次。

此外，根據多次試驗和大型軍工產品骨架部件的實際焊接經驗，理論與實踐相結合，制定出較為合理的焊接順序。為滿足產品的相關尺寸精度、減小焊接變形，有針對性地設計制作了焊接工裝，并對焊接操作方法進行了嚴格規定：每焊完一條焊縫直至完全冷卻后，再焊接下一條焊縫，并在焊后連續錘擊焊縫，及時消除焊接應力。焊接次序的制定，是焊接工藝過程的關鍵之一，它直接關系著焊接后零件的變形量。

（4）對操作工的要求 作為承載件的焊接，對操作工有嚴格要求。操作工必須具備相應專業和類似經驗的中級及以上資歷，從事過與此框架結構相似的焊接工作，具有豐富的實踐工作經驗。

（5）合理的焊接順序 為了確保加工基準與設計裝配基準重合，滿足焊后的整體外形且機械加工后滿足設計圖樣裝配要求，首先將門框內側的支撐方管焊接成形，按照焊接內腔尺寸機械加工，滿足圖樣尺寸要求；按焊接工裝與樣板定位，先將底板與75°斜面的板、側框定位焊接、修整，然后將上框與門框定位焊接，內部將各種支撐方管定位焊，檢查尺寸，按焊接技術要求焊接成形，確保整體外形有機械加工余量，將焊后變形降到最低。

（6）焊接后的熱處理 按工藝要求的焊接順序焊接成形后，采取退火處理，去除焊后內應力，將零件變形降到最低，以確保焊后的機械加工有合適的加工余量。

4. 機械加工

（1）機械加工粗基準的確定 機械加工前鉗工粗基準劃線的先后順序十分關鍵，以75°斜面上焊接支承塊與千斤頂為基準，調平焊后底板平面，均分余量劃中心線，確保各部位加工余量，重新翻轉零件兩次，分別劃75°斜面上門框方框線、與底板垂直的門框凸臺的方框線，確保各部位加工余量，如余量達不到機械加工后的要求，可反復調整零件基準，重新確認劃線粗基準，直到滿足加工要求。

（2）機械加工精基準的確定 在前后門框上焊接4處工藝凸臺，粗加工時以鉗工劃線為基準加工凸臺面作為后序精基準，整個加工過程基準統一，極大地提高了裝夾效率與加工精度。以工藝凸臺已加工面為精基準的定位裝夾方式，提高了承載件的整體剛性，解決了零件局部剛性差的問題，有利于加工尺寸的穩定。工藝凸臺在精加工后成品尺寸檢測合格后去除。

（3）機械加工精度的保證 該產品為焊接件，金屬切削去除量大，剛性較差，因而其加工過程中的變形控制是主要難題。因上殼體內腔的骨架支撐比較薄弱，裝夾過程就會造成后續機械加工5個面時，裝夾狀態與自然狀態檢測尺寸的結果不同，難以滿足設計的精度要求，如75°±0.15′等關鍵尺寸。需對加工中裝夾方法和部位進行控制，根據工件結構設計出合理、穩定且可靠的工裝夾具，實現零件基準面與工裝基準面以自然狀態配合定位，夾緊面受力均勻并裝夾牢固，因而在機械加工中采用輔助工裝支承與定位，在強度比較好的地方確定裝夾壓緊位置，提高加工剛性，裝夾前后通過在線測量控制可能帶來的裝夾變形。選擇合理的刀具及切削參數，粗加工刀具選用φ63mm的可轉位立銑刀，fz=0.15mm/z，vf=235mm/min。精加工選用φ63mm、φ20mm的可轉位立銑刀和φ10mm的硬質合金立銑刀，fz=0.03～0.05mm/z，vf=50～235mm/min。在不同的加工階段和方式下，根據進給量選用不同的切削用量，以充分發揮刀具的切削性能，最大限度地提高生產效率。進給速度根據加工面的加工精度、表面粗糙度要求以及刀具來確定，粗、精加工階段根據切削的運動軌跡選取合適的參數，滿足精度要求。

（4）設備精度要求 該產品平面度、平行度以及尺寸精度要求高，因此必須選擇精度高、運行穩定的機床，要求其定位精度、重復定位精度在0.02mm以內，以加工底板與兩處 75°斜面為參照，一次裝夾找正，通過旋轉設備工作臺面來完成加工面。加工兩處門框時，重新以加工的底板校正、裝夾，二次裝夾校正與機床的累積誤差，因而對機床的精度有嚴格的要求，確保機械加工后達到設計技術要求，滿足裝配使用要求。

5. 結語

采用上述加工方法焊接與機械加工零件，對零件的精度和變形加以控制，零件尺寸精度均能滿足設計圖樣要求，顯著提高了生產效率，保證了零件質量。對于其他框架類零件，該方案也具有很好的參考價值。