攤鋪機底框架制造工藝優(yōu)化及應用

摘要：攤鋪機是公路建設中必不可少的一種機械，其底框架是攤鋪機重要結(jié)構(gòu)件之一，具有平衡整機重心、支撐輸料底板、輸料刮板鏈等作用。原底框架制造工藝存在生產(chǎn)周期長，焊接變形量大，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證等缺點。為解決以上問題，技術(shù)人員結(jié)合實際情況，從工藝路線優(yōu)化、拼點工裝改進、焊接變形控制三個方面，來提高底框架生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)生產(chǎn)驗證，優(yōu)化后的制造工藝縮短了生產(chǎn)周期，產(chǎn)品質(zhì)量得到有效保證。

關(guān)鍵詞：底框架；工藝優(yōu)化；工裝；焊接變形

0 " 引言

底框架是攤鋪機上的一個重要結(jié)構(gòu)件，用于連接機架側(cè)板與履帶梁安裝板、支撐輸料底板、輸料刮板鏈等，其制造質(zhì)量將直接影響攤鋪機整體結(jié)構(gòu)強度、輸料平穩(wěn)度等[1]。其結(jié)構(gòu)由折彎板、方管、支撐板及配重等部件拼接而成。目前，本公司攤鋪機底框架，存在生產(chǎn)周期長、產(chǎn)品質(zhì)量無法保證、焊接變形量大等一系列問題，制造工藝優(yōu)化工作還存在較大的提升空間。為解決上述問題，技術(shù)人員從工藝路線、拼點工裝、焊接變形控制三個方面進行優(yōu)化改進，以便進一步提升底框架生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本。

1 " 攤鋪機底框架組成與分類

1.1 " 結(jié)構(gòu)組成

攤鋪機底框架為平面框架式結(jié)構(gòu)，縱向方向由折彎板拼接而成，橫向分布三排，折彎板兩端與中間連接過渡位置由120mm×120mm方管、t30支撐板橫向貫穿支撐，部分型號底框架端部連接配重，如圖1所示。

1.2 " 結(jié)構(gòu)分類

雖然底框架中的配重外形及數(shù)量不盡相同，但按結(jié)構(gòu)形式可分為有配重與無配重兩類，有配重的又可分為連接式焊接與嵌入式焊接兩種。此外，根據(jù)輸料底板在底框架上的裝配形式方式不同，底框架可分為有孔與無孔兩大類，二者工藝路線也有所差距。有孔式底框架工藝路線為：一道拼點→一道焊接→火焰校形→鉆孔→二道拼焊；無孔式底框架工藝路線為：一道拼點→一道焊接→火焰校形→二道拼焊。

2 " 攤鋪機底框架制造工藝的不足

經(jīng)實際生產(chǎn)與裝配工序反饋情況分析，底框架制造工藝主要存在如下問題：

2.1 " 輸料底板難裝配

輸料底板裝配時，無法平鋪于底框架之上，需人工打磨輸料底板接觸面至平整。分析認為，這是因為底框架折彎件由等離子切割，切口參差不齊，導致裝配干涉。

2.2 " 鉆孔與螺柱加工精度難以保證

有孔式底框架焊接后需先人工劃線，再用搖臂鉆床進行鉆孔加工，孔距精度難以保證，生產(chǎn)周期長，影響生產(chǎn)進度，屬瓶頸工序。此外，與底框架連接的輸料底板螺柱規(guī)格為PD M12×35，底框架孔大小為Φ16mm，理論裝配余量2mm，但實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，螺柱存在焊接不勻、垂直度差問題，裝配過程中常出現(xiàn)裝配干涉，需進行擴孔處理。

2.3 " 焊接后縱向易發(fā)生彎曲變形

底框架結(jié)構(gòu)縱向方向上為折彎件拼接，橫向方向上由方管和支撐板貫穿支撐，其焊道位置分布于折彎件與方管、支撐板、配重之間。整體焊道分布為一面焊道數(shù)量多，一面焊道數(shù)量少，縱向方向分布不均勻，橫向焊道均勻?qū)ΨQ，從而導致焊接后縱向方向上發(fā)生彎曲變形，中間變形量小，兩端變形量大，橫向方向上幾乎無變形。焊接后需采用人工火焰校形，費時、費力。

3 " 底框架制造工藝改進方案

3.1 " 工藝路線優(yōu)化

3.1.1 " 采用激光切割下料

攤鋪機底框架的折彎板采用的是t8 Q345號鋼，由等離子下料切割。因現(xiàn)場等離子切割機使用年限長，易出現(xiàn)切割紋、斜口等缺陷，缺陷不穩(wěn)定，不易控制。為解決上述問題，可使用公司內(nèi)的12kW大幅面光纖激光切割機切割折彎板，將工藝更改為激光切割下料，來提高切割質(zhì)量[2]。

3.1.2 " 采用激光切割機成孔并加大孔徑

有孔式底框架由搖臂鉆床鉆孔加工，配合人工劃線，生產(chǎn)周期較長，影響機架生產(chǎn)進度。經(jīng)結(jié)構(gòu)形式與生產(chǎn)方式分析，采用激光切割機將孔直接切割出來，在拼點工序來保證孔距要求，即可替代鉆床加工，減少一道工序，縮短生產(chǎn)周期約45min/件，降低制造成本。此外，為保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，還需將框架孔由Φ16mm增大為Φ18mm，與輸料底板進行螺栓配合。

3.1.3 " 改進工藝的驗證

為驗證以上工藝方案的可行性，技術(shù)人員以常規(guī)型號底框架（有孔式）為研究對象進行生產(chǎn)驗證。由激光切割出的折彎件切口與表面垂直，切割表面光潔美觀，切割孔粗糙度滿足設計要求。拼點作業(yè)時，為保證孔距要求，在原拼點工裝上鋪設檢驗樣板，底框架拼點后，測量驗證合格。裝配過程中，輸料板與底框架緊密貼合，無干涉現(xiàn)象，無需打磨處理。底框架現(xiàn)場裝配如圖2所示。

綜上，優(yōu)化后的工藝滿足生產(chǎn)要求。雖然實驗成功，但若無樣板檢驗底框架孔距，容易因拼點誤差大而導致裝配干涉風險，為此需通過拼點工裝改進，來保證孔距精度要求。

3.2 " 拼點工裝改進

3.2.1 " 工裝改進方案

為保證有孔式底框架拼點后孔距精度，需對原拼點工裝進行優(yōu)化改進。因折彎件采用激光下料，精度高，切割質(zhì)量好，設計人員制定了2種工裝改進方案：一是直接以孔來進行定位，在原工裝上對應孔的位置鉆出定位孔，并插入定位銷；二是原定位形式不變，在原工裝上對應孔的位置鉆出檢驗孔，拼點時目視檢驗是否孔距合格。優(yōu)化后工裝如圖3所示。

3.2.2 " 方案驗證

通過生產(chǎn)驗證，兩種方案拼點出的底框架在裝配過程中，均無需打磨，輸料底板螺柱與底框架無干涉，無需擴孔處理，產(chǎn)品質(zhì)量合格。然而方案一因使用銷軸定位，將折彎件插入銷軸中，需人工調(diào)節(jié)，難以操作，所用時間為55min/件，且易出現(xiàn)磕碰。方案二方便快捷，容易判斷孔距是否符合要求，所用時間為45min/件，且具有檢驗來料件是否合格的功能。綜上，采用方案二作為工裝優(yōu)化方案。

3.3 " 焊接變形控制

3.3.1 " 焊接變形類別

在對工件展開焊接過程中，若發(fā)現(xiàn)其焊件在形狀以及尺寸方面出現(xiàn)變化，則代表著其構(gòu)件同樣存在變化。這種受到焊接影響所出現(xiàn)的變形問題，便是焊接變形[3]。底框架折彎板與方管、支撐板之間的焊縫截面上下不對稱，導致焊縫收縮不對稱，進而產(chǎn)生一定的變形，屬于角變形。底框架整體焊縫上下面分布不對稱，造成其焊縫縱向收縮存在著不一致，進而導致焊件整體兩邊向一側(cè)彎曲，屬于彎曲變形。若施焊方向、焊接順序操作不當，將出現(xiàn)扭曲變形，導致底框架的平面度不滿足要求。一般來講，焊接變形可通過合理的焊接順序、剛性固定法、反變形法等來進行控制[4]。

3.3.2 " 焊接變形情況跟蹤

為減少底框架焊接變形，技術(shù)人員以常規(guī)型號底框架進行工藝研究。現(xiàn)場跟蹤10件底框架焊接后的變形情況發(fā)現(xiàn)，底框架為整體彎曲變形，頭部變形量為16～18mm，尾部變形量為14～16mm，從兩頭向中間呈遞減趨勢，1/4、3/4位置處變形量分別為6～7mm、4～5mm。焊接變形后的校正時間平均為60min/件。底框架焊接變形如圖4所示。

3.3.3 " 焊接順序分析

技術(shù)人員針對底框架現(xiàn)場焊接先后順序進行分析。焊接順序為：焊接底框架側(cè)部→焊接底框架下部→焊接底框架另一側(cè)部→焊接底框架上部，如圖5所示。底框架內(nèi)部的焊接順序及焊接方向不統(tǒng)一，焊接時間為65min。分析認為，先焊接側(cè)部較為合理，但隨后焊接下部將造成底框架兩端向下變形。

3.3.4 " 制定改進方案

為減少焊接變形量，技術(shù)人員制定了兩種改進方案：一是先焊接底框架兩側(cè)部，再焊接上部，最后焊接下部。兩側(cè)焊道焊接后，起到支撐加固作用，以此來削減兩端向下變形量。二是兩底框架下部相接點焊固定在一起，采取典型的剛性固定法，以減小焊接變形。其整體焊接順序與方案一中的要求相同，兩件底框架內(nèi)部同一部位處的焊道連續(xù)焊接，兩側(cè)部及上部焊接完畢后冷卻徹底，再割開點固焊點。底框架焊接點固如圖6所示。

3.3.5 " 方案評估

技術(shù)人員以兩種方案各焊接4個底框架進行方案評估。施工過程中發(fā)現(xiàn)：方案一增加了一次底框架翻轉(zhuǎn)，時間約8min，平均焊接時間約73min；方案二增加了點固、割除打磨點固焊點的時間，約15min，平均焊接時間約80min。

焊接后對變形量進行了測量，結(jié)果如表1所示。由表1可以看到：方案一兩端焊接變形量減少約6～8mm，1/4、3/4位置處變形量減少約1～2mm；方案二焊接變形量兩端減少約8～9mm，1/4、3/4位置處變形量減少約2～4mm，方案二焊接變形控制優(yōu)于方案一。兩種方案焊接后的底框架校正時間分別約為25min/件、20min/件。

綜上可知，改進方案一焊接校形時間為98min/件，效率提升21.6%；改進方案二焊接校形時間為100min/件，效率提升20%，且需重新改制焊接工裝。因此，將方案一作為優(yōu)先焊接變形控制方案。雖然通過優(yōu)化焊接順序的方式，減少了底框架部分焊接變形量，但焊接變形仍較大。后期我們將結(jié)合公司底框架焊接工作站項目，通過采用焊接工裝預變形的工藝，進一步控制焊接變形。

4 " 工藝優(yōu)化效果

按照優(yōu)化后的工藝，對常規(guī)產(chǎn)品型號底框架進行了6個月的生產(chǎn)制造驗證。此過程中跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量均符合設計要求，裝配無反饋，市場驗證合格。此外，通過取消鉆孔工序與焊接變形控制，生產(chǎn)周期平均減少53min/件。按此計算，每年可節(jié)約成本約10萬元。將該工藝推廣應用于其他底框架產(chǎn)品，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮減生產(chǎn)周期，減少員工勞動強度，節(jié)約制造成本。

參考文獻

[1] 李志虎.瀝青混凝土攤鋪機關(guān)鍵部件有限元分析[J].工程機械，

2022，53（9）：101-104.

[2] 宋維建.萬瓦級激光切割裝備及技術(shù)[J].金屬加工（熱加工），

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[3] 王軍.船舶焊接變形與控制策略分析[J].船舶物資與市場，2022，

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[4] 汪超.工字梁車架焊接變形控制[J].機械制造，2022，60（3）：60-62.