焊接殼體（tǐ）組（zǔ）成內孔（kǒng）加工變形分析及工（gōng）藝改進

鑒於焊接殼體組（zǔ）成內孔車削中出現的批量尺寸超差問題（tí），對加工（gōng）過程中的（de）焊接應力時效和工藝方法不當等影響因素進行全（quán）麵（miàn）分析，通（tōng）過對多種規格的焊接殼體組成采用不同（tóng）的工藝改進（jìn）措施，找出造成（chéng）內孔超（chāo）差的主要原因（yīn），解決了加工後變形的慣性質量問（wèn）題。

1  序言

圖1所示焊接殼體（tǐ）組成（以下（xià）簡稱殼體組成）是鉤緩裝置緩衝係統的重要部件之一。其內孔車削加工（gōng）完成後，受結構（gòu）焊接應力時效釋放（fàng）和（hé）加工工藝性等因素影響，出現了（le）較大（dà）的（de）內孔變形，導致尺寸超差的慣性質量問題。經過對各型號（hào）殼體組成的內孔變形（xíng）原因的分析[1]，采用不同的工（gōng）藝改進（jìn）措施進行試驗驗證，基本查明了內孔產（chǎn）生（shēng）變形的主要（yào）原因（yīn）。

通過改進殼體組成加工工藝過程，完善（shàn）加工操作細節，最終解決了加工（gōng）後變形（xíng）造成（chéng）尺寸超差的慣性質（zhì）量問題。

圖1　焊接（jiē）殼體組成

2  殼體組成結（jié）構

公（gōng）司已有30餘種不同型號的殼體（tǐ）組（zǔ）成，每年生產數量達4000多（duō）件。殼體組（zǔ）成主要由拉環（見圖2）和殼體（見圖3）兩大零件經焊接組成。殼體外圓分布許多焊接金屬子件，整體結構（gòu）屬於薄壁深孔類（lèi）工件[2]。

圖2　拉環

圖3　殼體

3  原加工工藝（yì）分析

3.1 原加工工藝

殼體（tǐ）組成原加工工藝為：焊接→探（tàn）傷→精車外圓工（gōng）藝麵→粗車內孔→放置72h釋（shì）放應力（lì）→精車（chē）內孔各尺寸（cùn）和內螺紋→銑（xǐ）、鏜等加工殼體外形孔和槽。

3.2 存在的問題

圖4為T997殼體組成結構尺寸。對按原工藝加工的7個零件（用於裝配1列高鐵（tiě））進行尺寸測量，結果見表（biǎo）1。

從（cóng）表1中（zhōng）的測量結果看，凡外圓尺寸偏差（chà）大（dà）者，對應的內孔尺寸偏差也大，特別（bié）是尺寸（cùn）偏差（chà）超過0.1mm的3個內孔超差的零件，均存在這個規律。

殼體（tǐ）內孔尺寸（cùn）設計公差帶為0.1mm，加（jiā）工完成後內孔尺寸偏（piān）差均在0.07～0.33mm，超差現象明顯，且數量占比近半，可以定性（xìng）為慣性（xìng）質量問題。

圖4 T997殼（ké）體（tǐ）組成結構尺寸

表1　T997殼體組成尺寸測量結果

（單位：mm）

3.3 超（chāo）差對產品的影響

殼體內孔超差後，會造成裝配間隙超標，引發內部零件（jiàn）定位失效，從而導致（zhì）裝配不合格。經調查，因組裝間隙不合格而返修的部件占比20%，造成大量工時浪費。此外， 殼（ké）體組成孔口端為M205×3-6H內螺紋，車削螺紋前內（nèi）徑（jìng）變形大（dà）會造成與端（duān）螺母裝（zhuāng）配後，因間隙過大導致螺母有脫出的風險，是生產工藝中嚴格（gé）控製的關鍵項點。由於殼體組（zǔ）成內（nèi）孔超差後無法通過重新加工來修複，所（suǒ）以選配大直徑（jìng）螺母作為解決措（cuò）施，會導致（zhì）產（chǎn）品失去互換性，勢必（bì）給日後（hòu）檢修造成不便。如裝配時出現漏（lòu）檢（jiǎn），大的螺紋內徑與小（xiǎo）的螺紋配合會產生嚴重的間隙超標，車鉤（gōu）長時間交互縱向受力後（hòu）易形成螺紋預緊力失效，給鉤緩裝置的長期安全運用埋下了隱患。因此，殼體組（zǔ）成內孔加工變形問（wèn）題涉及行車安全，應及時（shí）解決。

3.4 變形原因分析（xī）

根據對殼體組成加（jiā）工全過（guò）程（chéng）進行跟蹤分析，找出造成殼（ké）體組成加工內孔超（chāo）差的兩個主（zhǔ）要原因如下。

1）殼體組成焊接（jiē）後存在焊接應力（lì）[3]，加工去（qù）除部（bù）分表麵材（cái）料後，應力得（dé）到初步釋放；從加工工裝上取下工件後，再次形成時效變形，進一步加大了加工公差。

2）殼體外圓分布非（fēi）對稱接線端（duān）子及托台（tái），易造成類似橢圓的（de）大、小徑現象。

4  改進措施

根據尺寸超差係焊接應力造成的這個原（yuán）因，有針對性地進行工藝改進，提出（chū）兩種改進方案。

4.1 改（gǎi）進方案A

針對焊接應力導致變形這一原因，增加去應力退火工藝[4]，以有效消除焊接應力。對一組T997殼體組成在臥式車床上加工內孔後（hòu），加溫至300℃，保溫（wēn）12h，充分冷卻後再分別精加工外圓和內孔。去應力退火後T997殼體組成尺寸測（cè）量結果見表2。

表2 去應力退火（huǒ）後T997殼體組成尺寸測量結果

（單位（wèi）：mm）

4.2 改進方案B

針對加工工藝設計不合理的（de）問題，進行加工工藝改進，把臥式車床（chuáng）原車削外圓再加工內孔的連續加工，改為先粗車內孔，然後從（cóng）夾具中取下，放置24h以便充分釋放內應力後，再精加工外圓。工藝改進後T997殼體組成尺寸測量結果見表3。

表3 工藝改進（jìn）後T997殼體組成尺寸測量結（jié）果

（單（dān）位：mm）

4.3 兩種改進方案（àn）對（duì）比

由表2、表3兩組精加工後尺寸公差數據可發現如下特點。

1）表2中外圓加工公差控（kòng）製在0.03mm以內（nèi），表3中外（wài）圓加工公差控製0.10mm以內。

2）表2中內孔加（jiā）工公差控製在0.05mm以內，比表（biǎo）1中的（de）數據縮小一（yī）半，內孔變形控製效果明顯。表3中內孔（kǒng）加工公差控（kòng）製在0.09mm以內，說（shuō）明內孔變形得到有效（xiào）控製。

數據對比再次說明，外圓工藝麵的加工精度對內孔加工精（jīng）度有很大的影響。外圓加工精度高，內孔尺寸變（biàn）形量就小。主（zhǔ）要（yào）原因是（shì）數（shù）控車床精加工內孔是以外圓工藝麵支撐中心架作為定位，如果外圓變形大，加上殼體為深孔薄壁（bì）結構，就很容（róng）易引起工件跳動，出（chū）現內孔加工變形量大的問題。

3）比較兩種改進方案的優劣，雖（suī）然方案A改善效果更好一些，但是殼體組成（chéng）數量多，工件（jiàn）尺寸大，增加（jiā）熱處理（lǐ）過程後工件周轉（zhuǎn）頻繁，影響生產效率（lǜ），成本增加較明顯。方案B雖然加工精度比方案A略低，但（dàn）也能達到技術（shù）要求，後續還（hái）可通過繼續細化（huà）工藝（yì）和規範操作細節，不（bú）斷提高（gāo）加（jiā）工精度。綜合考慮，選擇方（fāng）案B作為控製殼體組成內孔加工變形的改進措（cuò）施。

5  改進後的加工工（gōng）藝（yì）

根據前述研究結論，對T997殼體組成（chéng）按改（gǎi）進方案（àn）B加大了試（shì）生產批量，經過多批（pī）次的加工工藝（yì）驗證（zhèng），進一步（bù）實施工藝細化步驟，逐步完（wán）善加工（gōng）工藝（yì），最（zuì）終內孔加工尺寸偏差可穩定地（dì）控製在0.08mm以內，大大降（jiàng）低了操作人員對內孔精度控製的難度。工藝改進主（zhǔ）要是將原車削外圓工序改為分成兩個工序實現，具體工藝步驟如下。

1）半精車內孔。車φ201mm內孔至尺寸φ199mm，孔口倒角1.5mm×30°，從（cóng）機床上拆下工件，放置24h。孔口倒角的（de）目的是為（wéi）下一工序精車外圓時，尾座頂（dǐng）針（zhēn）頂在殼體孔口倒角（jiǎo）處（chù），保證（zhèng）內孔與外圓同心。同樣，在精車（chē）內孔時，頂正殼體保證外圓回（huí）轉精度。放置24h，主要是（shì）由於內孔加工餘量大，半精車（chē）後要進行（háng）應力（lì）釋放，從而避免直接精車引（yǐn）起外圓變（biàn）形（xíng）大。

2）精（jīng）車外圓工藝麵（尺寸≥220mm），保（bǎo）證圓度公差在0.05mm以內。主要是為精加工內孔工序保證中心架的回轉精度。

6  細化作業規範

采用新工藝生產一段時間後，仍有（yǒu）個別超差零件出現。通過分析（xī），發現屬操作環節暴露出的問題（tí）。為規範（fàn）操作，更好地（dì）保證加工質量，特細化作業規範，強調如下幾點。

1）尾座頂針（zhēn）頂緊殼體孔口倒角處，精車外圓後，在精車內（nèi）孔工序發現內孔與外圓不同軸現象，經檢查，發現是（shì）由臥式車床尾座軸線與主（zhǔ）軸不同軸造成的，及時調整後加（jiā）工質量（liàng）穩定。可見，機床尾座定位精度差對加工精度有一定的影響，要求今後定（dìng）期校正尾座精度。

2）修打拉環（huán）中心孔。拉環原中心孔是在其他工序完成的，通過焊接機器人裝夾定位焊接（jiē）殼體組成（見圖5），拉環中心與殼體（tǐ）中（zhōng）心有不（bú）同軸的現象。還有個別中心孔加工質量差，造成工件跳動，都影響加工精度。通過重新修打拉環中心孔，保證精車外圓和內孔兩工（gōng）序加工回轉精（jīng）度（dù）一致；同時對一些殼體組成沒有修打拉環中心孔工序的，要求增加修打拉環中心孔工序。

圖5　通過焊接機器人裝夾定位焊接殼體組成

3）精車內孔工序要求用百分表檢測外圓工藝麵跳動。目的是確保殼體組成上中心（xīn）架處外圓回轉精度，將導致變形的因素的影響降到最低程度。

7  工藝總結與推廣應用

經過對殼體組成超差問題的原因分（fèn）析，在找出焊接應力是（shì）根本原（yuán）因的基礎上，有針對性地進行（háng）了兩種方案的工藝改進（jìn），均（jun1）取得了圓滿成功。在綜合考慮成本和效率的基礎上（shàng），以方案B為基礎進行了多批次小批（pī）量試生產取得成功後，又針對加工中出現的個別（bié）現象細化了作業規範（fàn），使加（jiā）工工藝最終得以全麵完善（shàn）。目前，T997殼體組成內孔加工變形量基本控製（zhì）在0.05mm以內，比改進前實際加工（gōng）公差縮小50%以上，獲得了較好的工藝改（gǎi）進效果。

此外，運用新工（gōng）藝對多種型號（hào）殼體組成進一步（bù）實施加（jiā）工驗（yàn）證（zhèng）。由於每一種殼體組成的尺寸結構、加工餘量和焊接子件（jiàn）位置（zhì）結構不同（tóng），所（suǒ）以采取的工藝細化措施也應有所側重。但修打拉環中心孔、精車外圓工藝麵並嚴格控（kòng）製圓度公差的工（gōng）藝細節均需嚴格執行。

自實施“解決焊接（jiē）殼體組成內孔加工變形慣性質量問題（tí）”攻關項目（mù）以（yǐ）來，共完成30餘種型號的殼體組成（chéng）內（nèi）孔加（jiā）工變（biàn）形慣性（xìng）質量工藝（yì）改進的（de）驗（yàn）證，批量生產的（de）加工變（biàn）形量都能控製在0.02～0.08mm，達到殼體組成內孔尺寸精度有效控（kòng）製的目標，現已作為定型工藝應用於批量生產。

8  結束語

質量攻關項目成果不僅切實解決（jué）了焊接殼體組成內孔加工變形慣性質量（liàng）問（wèn）題（tí），同樣的思路用於（yú）解決其他部件加工質量不穩定的嚐試也已獲得初步成功。因此，該項目成果具有較（jiào）好的推廣應用價值（zhí），為高鐵及地鐵鉤緩產品運用的（de）安全性和低成本等，從工藝方麵提供了可靠保障。

本文作者：徐偉、秦立兵、李鬆，僅做學習用，如有（yǒu）侵權請聯係刪除。