彭代強(qiáng)，張益泉，趙發(fā)銀

(中國(guó)兵器工業(yè)第五八研究所 產(chǎn)品制造部，四川 綿陽(yáng) 621000)

鋁板組合焊接機(jī)箱的加工策略研究

彭代強(qiáng)，張益泉，趙發(fā)銀

(中國(guó)兵器工業(yè)第五八研究所 產(chǎn)品制造部，四川 綿陽(yáng) 621000)

摘要：某鋁板組合焊接類機(jī)箱需要在野外作業(yè)，由于路途顛簸，振動(dòng)次數(shù)較多，因此要求其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，并進(jìn)行振動(dòng)、沖擊等環(huán)境試驗(yàn)。分析了該類機(jī)箱的技術(shù)要求和工藝特點(diǎn)，通過(guò)工藝驗(yàn)證對(duì)提出的工藝方案進(jìn)行了可行性分析及評(píng)估，研究了不同焊接方式的加工效果，選取了合理且經(jīng)濟(jì)的工藝方案，保證了鋁板組合焊接的質(zhì)量，有效降低了該類機(jī)箱的生產(chǎn)成本，縮短了加工周期，對(duì)加工有同類使用功能及焊接要求的機(jī)箱有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋁板組合機(jī)箱；焊接；工藝方案；工藝驗(yàn)證；加工成本；加工周期

某機(jī)箱結(jié)構(gòu)為鋁板組合焊接類機(jī)箱，材料為2A12，其外形尺寸為545 mm×420 mm×221.5 mm。該機(jī)箱由于工作性能需要，結(jié)構(gòu)要求強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，并進(jìn)行振動(dòng)、沖擊等環(huán)境試驗(yàn)；因此，用螺釘組裝成機(jī)箱后，還需要采用焊接工藝。本文分析了該類機(jī)箱的技術(shù)要求和工藝特點(diǎn)，通過(guò)焊接工藝驗(yàn)證，選取了合理且經(jīng)濟(jì)的工藝方案。

1工藝分析

該機(jī)箱需要在野外作業(yè)，路途顛簸，振動(dòng)次數(shù)較多，作業(yè)環(huán)境較為惡劣。如果箱體只用螺釘聯(lián)接，箱體的可靠性得不到保證，因此，在機(jī)械加工圖樣中，技術(shù)要求明確提出各鋁板聯(lián)接后需采用焊接，以保證強(qiáng)度。如果鋁件四周滿焊，焊接變形會(huì)很大，加工周期較長(zhǎng)，且難度較大；如果不焊接又不能滿足產(chǎn)品強(qiáng)度要求。究其原因，主要是在焊接過(guò)程中，鋁合金不均勻的加熱使得焊縫及其附近的溫度很高，冷卻后，焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和殘余應(yīng)力(縱向殘余應(yīng)力和橫向殘余應(yīng)力)，致使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種變形[1]。由于鋁的熱導(dǎo)率是鋼的3倍，因此，鋁板焊接變形的控制比碳鋼結(jié)構(gòu)難度大。如何采用最佳的工藝手段，使機(jī)箱焊接后變形小，加工難度降低，產(chǎn)品強(qiáng)度滿足要求，是目前亟需解決的問(wèn)題。

2加工要求

為了達(dá)到圖樣的尺寸和技術(shù)要求，保證機(jī)箱的強(qiáng)度，要求機(jī)箱在組合焊接后，無(wú)明顯變形，長(zhǎng)、寬公差控制在±0.5mm以內(nèi)，且能夠滿足振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)要求。

3工藝驗(yàn)證

3.1提出工藝方案

本文提出了3種焊接方案(見表1)，并逐一進(jìn)行驗(yàn)證，分析優(yōu)劣。

表1　驗(yàn)證方案對(duì)照表

3.2驗(yàn)證工藝方案

選取3組與機(jī)箱相同規(guī)格、尺寸和厚度的5塊鋁板，分別代替機(jī)箱的前面板，后面板，左、右側(cè)板和底板。經(jīng)過(guò)銑削外形、鉆攻螺紋孔和組裝，再按表1的3種方案分別焊接后進(jìn)行驗(yàn)證。各面板銑削加工后外形尺寸見表2。

表2　各面板加工后外形尺寸

為了達(dá)到良好的驗(yàn)證效果，在加工拼裝連接孔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D樣的孔距和數(shù)量，分別在前、后、左、右面板共加工38處螺釘裝配孔；再用M4×12十字槽沉頭螺釘組合裝配3組驗(yàn)證機(jī)箱；最后按照表1的3種焊接方式，分別對(duì)機(jī)箱進(jìn)行焊接。驗(yàn)證機(jī)箱焊接前、后的外形尺寸對(duì)比表見表3。

表3　驗(yàn)證機(jī)箱焊接前、后的外形尺寸對(duì)照表　(mm)

3.3分析方案優(yōu)劣

從3種方案在焊接試驗(yàn)后的尺寸對(duì)照可以看出，方案1的焊接變形量最大。如果采用方案1整體焊接，要達(dá)到圖樣的各項(xiàng)尺寸，需要留出精加工余量，并制作專用的焊接工裝，控制焊接變形量，材料成本和加工成本較高；如果采用方案2焊接外表面所有螺釘頭，焊接變形仍較大，同樣需要人工校形和精加工；雖然方案3焊接量少，但能夠滿足產(chǎn)品的強(qiáng)度要求，且加工周期和成本都有很大減少。3種方案的優(yōu)劣對(duì)比詳細(xì)情況見表4。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為很好5分，較好4分，一般3分，較差2分，差1分；選擇標(biāo)準(zhǔn)是最后總分最高者為最佳方案。

表4　方案可行性分析及評(píng)估表

3.4確定最佳方案

經(jīng)過(guò)對(duì)上述3種方案的驗(yàn)證和分析評(píng)估，確定分值最高的是方案3，即在機(jī)箱外表面對(duì)接處局部打磨焊接坡口焊接機(jī)箱為最佳方案。

4制定工藝方案流程

工藝方案流程如圖1所示。

圖1　工藝方案流程圖

5工藝方案實(shí)施

通過(guò)對(duì)3種方案的可行性分析及評(píng)估，決定采用在機(jī)箱局部打磨焊接坡口的加工形式，來(lái)保證機(jī)箱主體的焊接質(zhì)量。具體實(shí)施的工藝手段為：1)分析機(jī)箱主體的結(jié)構(gòu)，在機(jī)箱主體外側(cè)選定合理的焊接位置(根據(jù)機(jī)箱尺寸，每一邊選取2～3處，共10處)，打磨2×45°焊接坡口，長(zhǎng)度為25～30 mm，保證適當(dāng)間距；2)焊接前，將機(jī)箱主體和蓋板用螺釘聯(lián)接，更好地控制焊接變形；3)將機(jī)箱主體打磨的焊接坡口滿焊，其余地方不焊接；4)焊接完成后，采用人工時(shí)效，去除焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；5)打磨平整焊接坡口，待冷卻后，取下機(jī)箱主體的蓋板。

通過(guò)在加工生產(chǎn)中的實(shí)際運(yùn)用，證明上述工藝措施能良好地保證機(jī)箱主體的設(shè)計(jì)尺寸和強(qiáng)度要求。經(jīng)過(guò)對(duì)4臺(tái)機(jī)箱主體組合焊接后的外形尺寸進(jìn)行測(cè)量，證明機(jī)箱變形量在圖樣尺寸的公差范圍內(nèi)，且通過(guò)振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)未發(fā)生裂紋與變形情況，符合圖樣的尺寸和技術(shù)要求。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝方式的合理選擇，有效降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。根據(jù)表4的成本統(tǒng)計(jì)，選擇局部打磨坡口焊接。在焊接這一環(huán)節(jié)，每件機(jī)箱比方案1節(jié)約了1 130元。對(duì)加工有同類使用功能及焊接要求的機(jī)箱有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳裕川.焊接工藝設(shè)計(jì)與實(shí)例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

責(zé)任編輯鄭練

Processing Strategy Research of the Aluminum Composite Welding Casing

PENG Daiqiang, ZHANG Yiquan, ZHAO Fayin

(Department of Product Manufacturing, No.58 Research Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)

Abstract：Due to the road bumps and more vibration frequency need in field operation of A combination of aluminum welding class chassis, so the mechanical processing for high strength and light quality needs to test through vibration, impact, etc. Analyze the technical requirement and process characteristic of the case. Through the process validation of the proposed process carried out with feasibility analysis and evaluation, study the effect of different welding processing, select the reasonable and economic process, and ensure the quality of the welding of aluminum plate combination. It effectively reduces the production cost of this kind of case, shortens the processing cycle, and has a certain reference value to similar functions and welding request for processing.

Key words:aluminum plate combination casing, welding, process, process validation, processing cost, processing cycle

收稿日期：2015-04-02

作者簡(jiǎn)介：彭代強(qiáng)(1986-)，男，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事工藝設(shè)計(jì)等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TG 4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A