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        長(zhǎng)條形箱體結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題分析與研究

        2013-11-06 03:17:44武紅斌吳香清
        機(jī)電工程技術(shù) 2013年11期
        關(guān)鍵詞:長(zhǎng)條形立板下料

        武紅斌,吳香清

        (中聯(lián)重科股份有限公司,湖南長(zhǎng)沙 410205)

        長(zhǎng)條形箱型結(jié)構(gòu)變形一直是結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中的難點(diǎn),其返工率較高,不僅給生產(chǎn)帶來(lái)了極大的困擾和額外的工作量,而且嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的使用性能,比如容易造成箱體構(gòu)件上軸套孔單邊嚴(yán)重,受力不均,影響零件互換性,降低母材強(qiáng)度,造成后續(xù)焊縫開(kāi)裂等[1-2]。

        為減少生產(chǎn)中返工率高帶來(lái)的各種非增值勞動(dòng),提高生產(chǎn)效率,有必要對(duì)該種結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制、改善。本文通過(guò)對(duì)長(zhǎng)條形箱體結(jié)構(gòu)變形的原因進(jìn)行了分析,并提出相應(yīng)的預(yù)防措施和解決方案。

        1 變形問(wèn)題分析

        1.1 箱體長(zhǎng)度誤差超出工藝允許范圍

        1.1.1 立板拼焊誤差

        一方面,板材下料尺寸與下料圖尺寸不一致,需在結(jié)構(gòu)件制作時(shí)修割立板,而修割時(shí)采用的是火焰切割,對(duì)接處的坡口鈍邊會(huì)被切割掉,而切割后的斜邊與實(shí)際斜邊不平行,導(dǎo)致鉚焊時(shí)難以控制板與板之間的間隙。

        另一方面,鉚焊時(shí)立板總長(zhǎng)控制一定,但板與板之間間隙(1~3 mm)的差異,導(dǎo)致焊接后收縮量不同而產(chǎn)生長(zhǎng)度變化。

        1.1.2 組箱拼焊的工序問(wèn)題

        結(jié)構(gòu)類型相同的箱體,當(dāng)工序一定時(shí),彎曲變形規(guī)律是相同的。對(duì)于常規(guī)箱體,正常焊接順序(先自動(dòng)焊,后首尾焊)時(shí),箱體變形趨勢(shì)往如圖1中1所示方向,可導(dǎo)致總長(zhǎng)變短。當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)較大時(shí),部分箱體是按非正常工序,即先首尾焊,后自動(dòng)焊。當(dāng)首尾焊接完畢后,箱體中間部分4條主焊縫焊接時(shí)不能自由收縮,不僅變形量不一樣,而且變形方向也沒(méi)有規(guī)律:可能是按圖1中1所示方向變形,也可能按圖1中2所示方向變形(此變化會(huì)使箱體總長(zhǎng)變長(zhǎng))

        圖1 長(zhǎng)條形箱體結(jié)構(gòu)焊接變形示意圖

        1.2 箱體中線、立板垂直度超出工藝允許范圍

        1.2.1 左右立板不對(duì)稱易引起箱體扭曲

        箱體立板長(zhǎng)寬比較大,下料時(shí)立板的旁彎量較大(其中有的旁彎量超過(guò)5 mm的概率高達(dá)10%以上)。理論上左右立板是對(duì)稱的,但若左立板是往上面板方向旁彎,而右立板是往下面板方向旁彎(反之亦然),如果不經(jīng)過(guò)修磨或其他處理就組箱,將會(huì)造成箱體在Z軸方向(箱體高度方向)的扭曲變形,因?yàn)榻M箱是以下面板為定位基準(zhǔn)。

        1.2.2 下面板旁彎+箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊引起的彎曲

        (1)根部面板下料時(shí)中心線偏移,如圖2所示。完全對(duì)稱的零件,下料后,會(huì)出現(xiàn) A1≠A2,B1≠B2 且 C1≠C2的情況。

        (2)根部面板(如圖3所示)折彎時(shí),模具與零件理論折彎線不完全重合,且折彎后有一定的回彈,結(jié)果導(dǎo)致折彎后的零件彎曲部分存一定扭曲。

        圖2 根部面板尺寸示意

        (3)部分面板較長(zhǎng)(如部分面板長(zhǎng)度超過(guò)了10米),下料時(shí)存在較大的旁彎。

        圖3 根部面板折彎示意圖

        (4)組箱體時(shí),由于工人技能水平各異,面板局部存在扭曲、旁彎,加之箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為緊湊:大部分產(chǎn)品的立板外側(cè)到面板邊緣的距離僅為10 mm,而對(duì)應(yīng)的角焊焊腳≥7 mm,當(dāng)面板不旁彎(即箱體中線不偏移)時(shí),左、右立板理論對(duì)稱中心與下面板焊件實(shí)際對(duì)稱中心重合,如圖4(a)所示;當(dāng)面板旁彎時(shí),為了保證箱體不彎曲變形,必須保證組箱時(shí)左、右立板以箱體中線兩側(cè)分中,當(dāng)下面板局部范圍內(nèi)旁彎量超過(guò)5 mm時(shí),就會(huì)出現(xiàn)圖4(b)所示的情況:由于一側(cè)焊角不夠(≤5 mm),已不能保證焊接強(qiáng)度要求。

        1.2.3 端部上、下面板相對(duì)箱體中線往相反方向偏移

        組箱后,端部上、下面板出現(xiàn)錯(cuò)位,上面板往箱體中線一側(cè)偏移,而下面板往箱體中線另一側(cè)偏移,當(dāng)兩者偏移之和較大時(shí),最終只能打磨面板邊緣,嚴(yán)重時(shí),需刨除端部立板與面板的焊縫,重新進(jìn)行焊接,嚴(yán)重影響板材質(zhì)量。

        1.2.4 機(jī)加工與結(jié)構(gòu)件制作的基準(zhǔn)不一致

        由于箱體立板內(nèi)側(cè)與下面板間是間斷焊,組箱時(shí)為了保證左、右立板與下面板的垂直度,只能以下面板為基準(zhǔn),但將誤差累積在上面板上,而機(jī)加工以上面板為基準(zhǔn),最終將導(dǎo)致校正上面板后,不能保證立板的垂直度。

        圖4 立板與蓋板的裝配示意圖

        2 預(yù)防措施及效果分析

        2.1 模型分析及建立

        表1為影響箱體返工的因素及對(duì)應(yīng)的分析。

        為了分析表1中的影響因素對(duì)箱體返工率的影響,可引用來(lái)進(jìn)行分析。

        表1 長(zhǎng)條形箱體結(jié)構(gòu)變形影響因素分析

        由于k2、c為常數(shù),而K1(箱體質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)要求)、a(工人熟練程度及操作水平)及X1(箱體產(chǎn)量)是比較客觀的因素;因此,為了提高箱體質(zhì)量,最有效的方式就是從b(提前采取的預(yù)防措施)和X2(工人的責(zé)任心、品質(zhì)對(duì)箱體質(zhì)量的要求和把關(guān)程度)兩方面來(lái)進(jìn)行改善。

        2.2 預(yù)防措施

        針對(duì)上述問(wèn)題,表2列出了相應(yīng)問(wèn)題的預(yù)防措施。

        2.3 效果分析

        圖5分別為不同時(shí)間段對(duì)應(yīng)的返工率及月產(chǎn)量。

        表2 長(zhǎng)條形箱體結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題預(yù)防措施

        圖5 不同時(shí)間段對(duì)應(yīng)的返工率及箱體產(chǎn)量

        通過(guò)抽檢2011年月份的生產(chǎn)數(shù)據(jù),從圖5中可以看出兩個(gè)重要的拐點(diǎn),一個(gè)出現(xiàn)在11年10月份,一個(gè)出現(xiàn)在12年2月份。

        (1)從2011年10月開(kāi)始,隨著箱體的質(zhì)量提升項(xiàng)目的開(kāi)展,返工率迅速增大,但提出了相應(yīng)預(yù)防措施,同時(shí)將結(jié)構(gòu)吊線過(guò)程控制納入日常質(zhì)檢、抽檢作業(yè)范疇;隨著時(shí)間的推移,工人技術(shù)水平逐步得到了提高,質(zhì)量也得到改善,當(dāng)產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)增大時(shí),返工率并沒(méi)有增加,反而有所下降,說(shuō)明改善效果較明顯。

        (2)2012年2月開(kāi)始,在生產(chǎn)場(chǎng)地和工人數(shù)量一定的前提下,生產(chǎn)量提高了50%以上,在巨大的生產(chǎn)壓力下,工人不再進(jìn)行吊線和其他檢測(cè),品質(zhì)檢測(cè)力度也相應(yīng)的下降,這使得返工率又有所上升,但較2011年10月之前還是有所改善的。

        (3)為了降低返工率,必須在生產(chǎn)場(chǎng)地、人員配置等與產(chǎn)量相匹配,同時(shí),必須加大質(zhì)檢力度。

        3 結(jié)論及展望

        3.1 結(jié)論

        (1)通過(guò)一系列預(yù)防的提出,箱體質(zhì)量得到了較好的控制,到2011年12月止,箱體的返工率已從23%降低到了8%以下;

        (2)要真正能控制好產(chǎn)品質(zhì)量,降低返工率,必須保證生產(chǎn)場(chǎng)地、人員配置及品質(zhì)檢測(cè)力度與生產(chǎn)量相匹配。

        3.2 展望

        (1)車間實(shí)行責(zé)任制;

        (2)品質(zhì)加大檢測(cè)力度;

        (3)工藝應(yīng)運(yùn)用好PFMEA(過(guò)程失效模式影響與分析)工具,在產(chǎn)品試制之前進(jìn)行失效分析,并提出相應(yīng)的預(yù)防措施,同時(shí)在焊接和裝配過(guò)程中盡量采用工裝,減少人為因素的影響;

        (4)設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

        [1]付榮柏.焊接變形的控制與矯正[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [2]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

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