岳佳宏，韓巧珍，李青，楊軍良，孟璇，高楊，秦國方

1.山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長治 046012

2.火箭軍裝備部駐長治地區(qū)軍事代表室 山西長治 046012

1 序言

某細(xì)長扁盒形薄壁結(jié)構(gòu)件是某車中的重要部件，在使用過程中承受兩種工況下的載荷，主要由架體、托座、前后活動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，架體和托座均為黑色金屬焊接結(jié)構(gòu)件，其焊接質(zhì)量及焊接生產(chǎn)效率是本產(chǎn)品制造的關(guān)鍵點(diǎn)。

本文從零件生產(chǎn)、部件裝配、部件焊接、部件機(jī)加工4方面，制定了工藝優(yōu)化措施，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率及質(zhì)量，滿足了批量生產(chǎn)的要求。

2 細(xì)長扁盒形薄壁件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要問題

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

架體是由兩件支耳、厚度6m m的上板及下板、厚度10m m的左封板及右封板形成的長度約6000mm、高度約110mm的扁盒形結(jié)構(gòu)（見圖1），鋼板材料均為HG785D高強(qiáng)鋼板。

圖1 架體結(jié)構(gòu)示意

托座是由插接式鋼板、筋板組成的狹小空間密集焊縫型構(gòu)件，如圖2所示。鋼板材料均為HG785D高強(qiáng)鋼板，軸套材料為30CrMnSiA鋼。

圖2 托座示意（去除上端引弧板后）

2.2 主要問題

（1）零件生產(chǎn)問題 本結(jié)構(gòu)中多數(shù)零件為彎形件，零件材料均為HG785D高強(qiáng)鋼板。該材料強(qiáng)度高、壓型回彈大、不易掌控，前期生產(chǎn)時(shí)，采用自制壓模壓制成形，但成形效果差，質(zhì)量一致性較差，多數(shù)需要通過二次校形修制，影響后續(xù)裝配及焊接生產(chǎn)效率。

架體中的支耳生產(chǎn)過程較長，導(dǎo)致裝配等待時(shí)間加長。

托座中鋼板與鋼板之間的焊縫均需焊接，但多個(gè)零件沒有避讓焊縫的倒角，這就給鉗工增加了大量修挫工作量，不利于批量生產(chǎn)。

（2）部件裝配問題 部件裝配時(shí)，在普通平臺(tái)上劃線裝配各部件，因?yàn)槭苋藶橐蛩赜绊?，裝配質(zhì)量不穩(wěn)定，一致性較差，所以不便于后續(xù)機(jī)器人焊接，且裝配效率低，不利于批量生產(chǎn)。

（3）部件焊接問題 架體中主要有4條長焊縫、兩圈I級(jí)焊縫，且兩圈I級(jí)焊縫焊后要求超聲波檢測。

由于鋼板厚度薄、截面小，所以 4條長焊縫焊后產(chǎn)生扭曲變形，架體表面不平，不滿足整體平面度≤2mm的技術(shù)要求。對(duì)架體采用壓力機(jī)校形后，平面度仍然不滿足技術(shù)要求。

兩圈I級(jí)焊縫質(zhì)量要求采用超聲波檢測，由于是封閉結(jié)構(gòu)，坡口背面無法清根，要求焊縫單面焊雙面成形，才能滿足I級(jí)要求，前期生產(chǎn)時(shí)采用預(yù)留裝配間隙的方法進(jìn)行混合氣體保護(hù)焊，這對(duì)焊工來說要求很高，因此致使兩圈I級(jí)焊縫檢測合格率較低。

（4）部件加工問題

1）前期生產(chǎn)時(shí)，由于受到焊接變形的影響，所以部件加工時(shí)檢測兩支耳上表面不平度約2mm。本結(jié)構(gòu)件裝到車上后，與該支耳表面裝配間隙僅有1.6mm，因此為滿足使用要求，前期工藝方案為：焊后加工該支耳上平面，加工后對(duì)支耳進(jìn)行超聲波檢測，滿足檢測要求后方可使用。該方案不僅增加了大設(shè)備占用時(shí)間，而且還增加了檢測工序，使生產(chǎn)成本增加，生產(chǎn)效率很低，不利于大批量生產(chǎn)的要求。

2）該結(jié)構(gòu)件中有兩處油杯孔，原先位置為10°方向，加工時(shí)需要調(diào)整銑頭角度才能加工，不利于批量生產(chǎn)。

3）該結(jié)構(gòu)件中有兩處漏水孔，原先尺寸為φ4mm，由于深度較深，所以加工時(shí)容易斷刀，且斷刀后不易取出。

4）該結(jié)構(gòu)件中有4處電安裝板，按照?qǐng)D樣要求，安裝板上的安裝孔原先在細(xì)長扁盒形薄壁結(jié)構(gòu)件中焊后加工，安裝板如圖3所示。由于安裝板厚度為5mm，且位置伸出架體外，所以剛性差，加工時(shí)顫動(dòng)厲害，加工后的尺寸穩(wěn)定性差，且加工時(shí)需要翻轉(zhuǎn)工件，重新裝夾找正，增加了加工輔助時(shí)間，不利于批量生產(chǎn)。

圖3 安裝板位置

3 細(xì)長扁盒形薄壁結(jié)構(gòu)件制造工藝優(yōu)化措施

3.1 零件制造

（1）彎形件 針對(duì)不同折彎半徑的彎形件，設(shè)計(jì)相應(yīng)壓模，經(jīng)過對(duì)回彈量的理論計(jì)算，并不斷試模，最終做出工裝實(shí)物。采用相應(yīng)壓模后，各彎形件壓制成形質(zhì)量高、一致性好，大大提高了生產(chǎn)效率。某R110mm、R150mm壓型使用的壓模及環(huán)形封板實(shí)物如圖4～圖6所示。

圖4 R110mm壓模圖樣

圖5 R150mm壓模圖樣

圖6 環(huán)形封板實(shí)物

（2）架體中支耳 該零件上的方孔需要插入支耳加強(qiáng)筋，方孔不允許留銑刀圓角，原工藝采用外協(xié)電火花處理圓角，零件加工周期長。因此，工藝優(yōu)化為支耳上的方孔允許留銑刀圓角R5mm，并且將支耳加強(qiáng)筋插接處加工成R5mm，滿足裝配要求。支耳及支耳加強(qiáng)筋焊后狀態(tài)如圖7所示。

圖7 支耳及支耳加強(qiáng)筋焊后狀態(tài)

對(duì)于支耳圖樣中某尺寸公差，要求很高，為滿足該尺寸公差，操作工往往需要耗費(fèi)更多時(shí)間來保證尺寸，但對(duì)于焊接件來說，該尺寸不需要這么精準(zhǔn)的公差。因此，工藝將該尺寸公差0.02mm優(yōu)化為0.2mm，降低加工難度，加快生產(chǎn)進(jìn)度，滿足大批量生產(chǎn)要求。

（3）托座中零件 托座內(nèi)部焊縫密集，所有位置均需施焊，但多數(shù)零件沒有避讓焊縫的倒角。經(jīng)過工藝設(shè)計(jì)協(xié)同，在零件加工時(shí)，提前增加倒角，避免裝配時(shí)等待，減少鉗工修挫工作量，提高了生產(chǎn)效率，有利于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

3.2 部件裝配

采用柔性裝配定位工裝，該工裝包括柔性平臺(tái)及定位角尺、定位平尺，柔性平臺(tái)平面度精度高，平臺(tái)上的孔間距為（100±0.05）mm，鉗工劃線時(shí)根據(jù)孔距可以很快放樣，定位后不再變更，再次裝配時(shí)直接符線裝配即可，這樣提高了裝配效率及裝配質(zhì)量，同時(shí)采用同心桿、等高塊，從而保證支耳孔的同軸度要求、托座上的支耳孔與架體中支耳孔的水平距離及垂向距離。這樣不僅提高了裝配質(zhì)量，而且可以確保后續(xù)機(jī)加工余量滿足要求。裝配局部如圖8所示。

圖8 裝配局部

綜上所述，投入柔性裝配定位工裝、同心桿、等高塊后，不僅可以實(shí)現(xiàn)快速裝配，提高部件裝配質(zhì)量及一致性，還為后續(xù)機(jī)器人自動(dòng)焊的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而且滿足批量生產(chǎn)的要求。

3.3 部件焊接

（1）架體焊接 針對(duì)4條長焊縫，采用雙工位機(jī)器人焊接工裝，通過工裝兩側(cè)的低三角架和高三角架使旋轉(zhuǎn)軸與水平面呈相應(yīng)的角度來補(bǔ)償，確保長焊縫在產(chǎn)品處于豎直位置時(shí)保持水平狀態(tài)，并通過減速電動(dòng)機(jī)和傳感器實(shí)現(xiàn)細(xì)長扁盒形薄壁結(jié)構(gòu)件水平和豎直位置的快速轉(zhuǎn)換，一次裝夾焊接兩個(gè)產(chǎn)品，且不需要反復(fù)找正，節(jié)約了輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)化[1]及對(duì)稱焊接。焊后焊縫外形美觀，變形較小，經(jīng)過壓力機(jī)簡單校形后，滿足整體平面度≤2mm的要求。此外，架體上中間3處封板焊縫也可采用機(jī)器人焊接，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率與焊接質(zhì)量。焊接局部如圖9所示。

圖9 焊接局部

針對(duì)支耳處的兩圈I級(jí)焊縫，采用手工氬弧焊打底＋混合氣體保護(hù)焊蓋面的方法[2]，實(shí)現(xiàn)了單面焊雙面成形，且降低了焊工操作難度。焊接完成后，經(jīng)過超聲波檢測，焊縫質(zhì)量滿足I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。氬弧焊打底焊接參數(shù)見表1。

表1 氬弧焊打底焊接參數(shù)

（2）托座焊接 由于托座為對(duì)稱件，所以焊接時(shí)采用對(duì)稱焊接方法，且托座上的支耳孔內(nèi)穿入同心桿，保證其同軸度，焊后再將其去除，有效減小了托座焊接變形[3]。

3.4 部件加工

1）針對(duì)支耳，為滿足使用要求且不受焊接變形影響，經(jīng)過與設(shè)計(jì)溝通，更改與其裝配的部件結(jié)構(gòu)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)后，支耳不再受間隙的影響，不僅滿足使用要求，同時(shí)省去了對(duì)支耳上平面的加工及超聲波檢測，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

2）針對(duì)油杯孔，取消10°方向，改為垂直向下，加工時(shí)節(jié)省了調(diào)整銑頭角度的輔助時(shí)間。

3）針對(duì)漏水孔，將原φ4mm改為φ6mm，鉆頭加粗后，剛性加強(qiáng)，有利于制孔，減小斷刀風(fēng)險(xiǎn)。

4）針對(duì)4處安裝板上的安裝孔，將安裝孔在各零件上制成，部件加工完成后，在架體上調(diào)整合適位置后，與電動(dòng)機(jī)配焊，保證電動(dòng)機(jī)順利裝配。

4 結(jié)束語

通過分析細(xì)長扁盒形薄壁結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)存在的問題，提煉出可以通過工藝優(yōu)化得到改善的地方，得出以下結(jié)論。

1）為滿足產(chǎn)品批產(chǎn)要求，工藝與設(shè)計(jì)必須協(xié)同，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，優(yōu)化公差尺寸，可以減少工序流轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)效率。

2）對(duì)于高強(qiáng)鋼板、大折彎半徑的零件，可以采用一次或多次壓制成形壓模，提高產(chǎn)品彎形質(zhì)量。

3）引入柔性平臺(tái)、裝配定位工裝、同心桿及等高塊，給裝配帶來極大方便，大大提高了生產(chǎn)效率，也提高了產(chǎn)品裝配質(zhì)量及一致性。

4）采用雙工位機(jī)器人焊接工裝，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)化焊接，可大大減小焊接變形，降低校形難度，提高了產(chǎn)品焊接效率與質(zhì)量，滿足了大批量生產(chǎn)要求。

5）調(diào)整加工順序的方法，提高了部件加工效率與質(zhì)量，滿足了批量生產(chǎn)的要求。