（河北省石家莊市93469部隊(duì)，河北 石家莊，050070）

激光切割結(jié)合卯榫定位的加工技術(shù)研究

張勝軍 張志斌 蘇紅彬 王 東

（河北省石家莊市93469部隊(duì)，河北 石家莊，050070）

目前，機(jī)械類的航空地面保障裝備的整體結(jié)構(gòu)大多是用鋼管、槽鋼等型材加工、焊接而成，由于型材結(jié)構(gòu)件的局限，導(dǎo)致生產(chǎn)加工精度不易控制，尤其二次加工余地很小，而且生產(chǎn)加工出的產(chǎn)品重量很重。本文提出的采用板材激光切割結(jié)合卯榫定位的地面保障裝備加工技術(shù)，具有工藝簡單、結(jié)構(gòu)合理、加工質(zhì)量高的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。

板材；激光切割；卯榫定位；地面保障設(shè)備

目前航空地面保障裝備尤其是機(jī)械類保障設(shè)備的結(jié)構(gòu)大多采用鋼管、槽鋼等型材加工、焊接而成，而板材的應(yīng)用較少，多以連接板、加強(qiáng)角板等結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)。在實(shí)際工作中，通過實(shí)踐摸索出了一種采用板材激光切割結(jié)合卯榫結(jié)構(gòu)定位的地面保障裝備加工技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)合理、工藝簡單、加工質(zhì)量高的特點(diǎn)。

1 激光板材切割的特點(diǎn)

激光切割作為無接觸熱切割技術(shù)和其他傳統(tǒng)金屬切割技術(shù)相比，有以下特點(diǎn)：

1）精確度高。由于激光光斑小，切割口細(xì)窄，切縫兩邊平行且與表面垂直，所以切割零件的輪廓尺寸誤差小，可達(dá)到0.1-0.5mm，一般孔中心距誤差為0.1-0.4mm。

2）切割質(zhì)量好。由于激光切割光點(diǎn)小，能量集中，熱影響區(qū)小，同時激光束對工件不施加任何力，加工后的工件不會產(chǎn)生無熱變形和機(jī)械變形。

3）切口表面光滑。激光切割后的表面無毛刺，粗糙度Ra一般為12.5-25um，零件加工后，一般不需再進(jìn)行二次加工，可直接用于生產(chǎn)。

4）切割效果相同。同一批次的零件加工效果幾乎完全一致，利于零件的后期裝配。

5）切割速度快。例如，2kW激光功率，8mm厚的碳鋼板的切割速度為1.6m/min，2mm厚的不銹鋼板的切割速度為3.5m/min。

6）加工適應(yīng)性好。激光切割仿形能力強(qiáng)，切割形狀不受限制，對大尺寸零件的加工優(yōu)勢明顯。

7）經(jīng)濟(jì)性高。激光切割采用計(jì)算機(jī)編程，可以把不同形狀的零件進(jìn)行套裁，提高材料的利用率的同時大大降低了成本。

2 卯榫結(jié)構(gòu)在板材焊接過程中的應(yīng)用

單件板材作為結(jié)構(gòu)承力件，在抗彎、抗扭以及抗壓方面的性能遠(yuǎn)低于角鋼、槽鋼、圓管等型材，多件板材通過焊接組裝、形成一定的結(jié)構(gòu)形式，則可以大大提高其抗彎、抗扭以及抗壓能力。但是板材之間的焊接主要存在定位精度不好控制和焊接過程中的容易出現(xiàn)熱變形的問題。

在實(shí)際工作中通過各種嘗試，發(fā)現(xiàn)采用卯榫結(jié)構(gòu)可以巧妙地解決板材焊接存在的定位精度控制問題和焊接過程中的熱變形問題。簡單地說就是，在需焊接的板材件上預(yù)先切割出用于定位裝配的榫頭和榫槽，這些榫頭和榫槽的位置、尺寸精度很容易控制，將榫頭和榫槽連接裝配好之后再進(jìn)行焊接就可以有效地解決板材焊接存在的定位精度控制問題和焊接過程中的熱變形問題。

圖1 型材件示意圖

圖2 板材構(gòu)件示意圖

表1 兩種結(jié)構(gòu)各種參數(shù)的對比

3 激光切割結(jié)合卯榫結(jié)構(gòu)的板材加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

通過采用輔助計(jì)算機(jī)制圖軟件優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，可以設(shè)計(jì)出具有足夠承載力的板材結(jié)構(gòu)形狀，同時能有效減少零件的數(shù)量，利于產(chǎn)品的模塊化生產(chǎn)，有效縮短生產(chǎn)周期。

由于激光對板材的切割具有極高的加工精度和較強(qiáng)的仿形能力，各零件的裝配孔、工藝孔都可一次性加工到位，且不受零件形狀的限制，在簡化加工工藝的同時，有效保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和維修性。

板材經(jīng)激光切割后借助卯榫結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)零件的定位，又能滿足裝配需求，即減少了輔助工裝的制造成本，又縮短了生產(chǎn)周期，特別適合小批量設(shè)備的制作。

4 應(yīng)用實(shí)例

實(shí)際工作中，某部隊(duì)現(xiàn)用某機(jī)型保障用托架，以其中一部分結(jié)構(gòu)舉例說明，圖1所示為部隊(duì)現(xiàn)用某機(jī)型保障用托架的部分結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)大部分采用型材焊接加工而成，所需的型材有φ40mm×3mm的無縫鋼管、φ25mm×2mm的無縫鋼管、5號槽鋼和5mm厚的鋼板。圖2采用激光切割結(jié)合卯榫結(jié)構(gòu)的板材加工技術(shù)將型材結(jié)構(gòu)改造成板材結(jié)構(gòu)，所有板材均采用5mm的鋼板。

兩種結(jié)構(gòu)各種參數(shù)的對比見表1。采用型材加工需要各種零件共8種23件，需要車、銑、鉗、焊4個工種合計(jì)8個工時完成加工生產(chǎn)，總重量9.6kg。采用板材結(jié)構(gòu)后，零件一共有4種9件，總零件數(shù)減少60%，需要激光切割、焊2個工種合計(jì)1個工時即可完成加工生產(chǎn)，所需工種數(shù)減少50%，加工工時數(shù)減少80%，總重量9.1kg，降低了5.2%。

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[1]葉建斌, 戴春祥.激光切割技術(shù)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2012.

[2]郭希孟, 明清家具鑒賞：榫卯之美[M].北京：中國林業(yè)出版社, 2014.

張勝軍（1973年—），男，河北臨城人，高工，主要研究方向?yàn)楹娇站S修工程。