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英文名称:Hot Working Technology
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主办单位:中国船舶重工集团公司第十二研究所
出版周期:双月刊
出版地址:陕西省兴平市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1001-3814
国内刊号:61-1133/TG
邮发代号:52-94
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:2006
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有些自动焊接设备所产生的电弧是在焊剂层下面燃烧,这样所产生的热量就不容易散失掉,所消耗的电能也相对少很多,在这样的自动焊接中,进行薄板焊接加工时可以不用开坡口,这样一来焊条在加工时就没有金属飞溅,也没有焊头,这样就会节省了焊条或者是焊丝金属的消耗,进而节约了加工原材料。改善加工工作环境,同时降低加工者的劳动强度自动焊接在焊接的过程中产生的焊接烟雾会被自动焊接设备的隔离罩阻挡住,有的自动焊接设备在焊接时不会产生很强烈的焊光,焊接时所产生的烟雾也很少,这样就会很好的改善了焊接加工人员在进行焊接作业时的工作环境;使用自动焊接设备进行焊接加工,不需要焊接作业人员长时间保持一个焊接动作,这样就减轻了焊接机加工人员的体力损耗,降低了焊接作业人员的劳动强度。
2自动焊接在机械焊接的运用
这里所提到的自动机械焊接是指焊接机械手和焊接机械人。这种将自动焊接运用于机械手臂和机械人中的工作方法就像机械加工中的加工中心,可以输入加工程序进行加工,相当于多个自动焊接设备在同一个加工部件上进行不同的焊接工作。由于加工部件在进行加工时无法进行工位的变换,在同一个工件上进行多步焊接加工时,有的焊接工作所要加工的焊缝并未处于方便加工的位置,这就需要通过焊接的自动化数字系统进行焊接动作的变化和焊接位置的转动或移动,然后再进行焊接动作;还可以通过焊接的自动化数字系统发送工件运动动作与焊接动作同时进行的指令,使工件的工位移动与机械手臂或者机器人进行协调运动,这样的自动化机械焊接往往需要很多个轴,每一个轴相当于一个机械焊接手臂,只在主系统下达的指令位置执行自己的焊接动作,轴与轴之间不产生干扰,进行协调工作的指令也是有主系统发出的,这样的自动化机械焊可以保证加工部件进行拼接时各拼接部分相对位置的准确度,可以更高效高质量的完成焊接加工工作。通常这样的自动化焊接机械手臂和机器人还经常运在流水线的生产加工中。这种加工方式也运用了自动化原理,不同的是,这种方式是将多个机械手臂或机器人分布在同一条串联的流动工作线中,每一个动作组执行相同的动作指令,完成本工作线动作后再进行下一个工作线的加工,这些动作指令,对机械手臂或者机器人的控制以及流程安排也全部是运用了自动焊接的工作原理,有简单的单一的自动焊接组成整体的自动焊接组,由主数字控制系统统一进行指令,完成焊接加工程序。
3结语
【关键词】 机械设备;焊接工艺; 规程
一、机械金属材料的焊接性研究
(一)焊接性概述。焊接性,指的是金属材料在一定工艺技术的操作下,通过焊接作业获得质量优良的焊接接头的难易程度。在进行机械设备焊接时,如采取一般的焊接工艺条件即可获得优质焊接接头,则表明该材料焊接性较好,反之,如采取一般焊接工艺无法保证焊接接头质量,应用复杂的焊接工艺条件方可获得质量优良的焊接接头,则表明该材料焊接性较差。其中,焊接工艺条件,主要指的是进行焊接作业过程中所采取的焊接方法、焊接材料、焊接规范、工艺措施等内容,焊接前预热、焊接后进行热处理、接头形式、环境温度、坡口形式及坡口尺寸等均属于焊接工艺措施的内容。判断金属材料焊接接头质量的标准在于焊接接头承载力、抗腐蚀性、耐磨性等性能。
(二)机械设备焊接性试验。为保证焊接质量,一般在进行正式焊接作业之前,会进行焊接性试验。焊接性试验,是进行鉴定焊接新材料、鉴定焊接材料及焊接工艺质量的重要措施。焊接性试验主要包括抗裂性试验及焊接接头使用性能试验两个内容。通过抗裂性试验,检验焊接机械设备焊接接头位置焊接是否存在质量问题,是否具备抗裂性,在提高焊接质量,实现焊接目标等方面发挥着重要作用;焊接接头使用性能试验,主要是对焊接接头承载力、耐磨性能及抗腐蚀性进行试验,保证其接头使用性能。
(三)机械设备焊接评价。机械金属材料焊接性评定主要是通过估算方法来实现,影响钢材焊接性的主要因素在于材料其本身化学成分,在各种元素中,碳含量属于影响焊接性能的最大因素,含碳量越高,其焊接性则越差。为此,在当前钢材焊接中,将各种元素对焊接性影响折合为碳量成分影响。
二、机械设备焊接工艺规程
(一)焊接工艺规程的依据。在焊接工程师进行焊接工艺规程编制时,应充分保证焊接工艺规程的正确性。在多数国家中,其焊接规范及标准是通过公认的科学技术成果为依据并进行编制的。在焊接工艺规程编制中,不允许使用尚在研究阶段、没有获得权威结构认可的材料、方法及技术。由此可以看出,进行焊接工艺规程编制是有据可依的。在进行机械设备焊接工艺规程编制时,应在相关知识的基础上进行编制,针对焊接设备特殊性,收集相关焊接相关技术资料,从而安排焊接工艺规范编制工作,其收集材料越充分,其焊接工艺规程编制正确性越高。
(二)焊接工艺规程。焊接工艺规程主要包括焊接结构工艺性分析、焊接方法及焊接材料的选择、焊接接头、坡口形式的选择、焊接规范、焊接技术要求等内容。通过明确焊接工艺规程中各项内容及标准,保障焊接质量及水平。
1、焊接结构的工艺性。在进行机械设备焊接作业时,需要考虑焊接结构工艺性问题。机械设备焊接结构设计直接影响着焊接作业的操作难度,影响着设备焊接接头质量及焊接效率等。在进行熔焊作业时,以焊缝倾角及转角为标准,可以划分为平焊、立焊、横焊、仰焊等形式。在进行某些机械设备中,需要在机械设备加工后其焊接结构方可进行焊接,为避免焊接对设备加工精度造成影响,一般要求其焊缝结构设计应与加工表面保持一定距离。机械设备焊缝布置应综合考虑焊接操作空间问题,保证其预留操作空间可以满足焊接作业时其运条角度调整的要求。
2、焊接材料选择。焊接材料指的是在进行焊接作业过程中所应用的为提高焊接质量附加的保护物质及各种填充物质,常见的焊接材料为焊条、焊丝、钎料、保护气体、焊剂及钎剂等。在焊接材料选择时,需要按照焊接材料可以满足焊件母材及焊缝处理强度的要求进行选择,并综合考虑工艺因素及焊接方法的冶金特点对焊接接头可能产生的影响。一般在产品样品性能说明或焊接材料标准中对焊接材料熔敷金属性能进行了说明。在焊接中所采取的焊缝材料及焊接工艺直接影响着焊接接头性能,在选择焊接材料时,应充分考虑焊接接缝金属性能。在我国焊接操作规范中规定,焊接过程中其焊缝金属性能应等于或高于相应母材标准规定值下限,或其焊缝金属性能应满足技术条件要求。
3、焊接方法。当前,机械设备焊接方法种类较多,以焊接过程特点作为标准进行划分,可以将焊接方法分为熔焊、压焊及钎焊。其中熔焊指的是在没有施加压力的情况下,将需要焊接位置的母材金属进行熔化,并形成焊缝的一种焊接方法。熔焊其特点在于应用局部热源,将填充金属在焊件结合处熔化并熔合,在熔合冷却后形成牢固的焊接接头,电弧焊及电渣焊均属于熔焊方法;压焊指的是在进行焊件焊接操作的过程中,需要对焊件施加压力方可完成焊接的一种方法,应用压焊进行机械设备焊接,在焊接之前无论进行加热或不加热,均需要施工一定压力方可保证焊件焊接质量,摩擦焊及接触焊均属于压焊类型;钎焊与熔焊存在着本质区别,其选择较之焊接母材熔点低的金属材料作为钎料,将钎料加热到高于钎料熔点,将焊件加热到低于母材熔化温度,应用熔化为液态钎料进行接头间隙填充,并通过扩散连接完成焊接的一种方法,铁钎焊、火焰钎焊均属于钎焊方法。
(三)焊接接头与焊接坡口形式。焊接接头指的是应用焊接方法后形成的不可拆接头,以焊件结构厚度、焊件结构形状及应用条件为标准,可以将焊接接头形式分为对接接头、搭接接头、角接头、T形接头等多种形式。其中对接接头指的是将同一平面内被焊工件相对焊接所形成的一种接头形式,这种接头受力状况较好,其应力分布集中程度较低,属于机械设备焊接作业的理想接头形式。T形接头则是将存在一定角度或保持垂直的被焊工件通过应用角焊缝连接形成的接头形式,其承载力较好,在机械设备焊接应用中十分广泛。
结语
在机械设备加工中,为保证设备加工质量,需要进行设备焊接作业。为保证焊接质量,保证焊接接头使用性能,需要编制焊接工艺规程。焊接工艺规程编制质量直接影响着焊接质量。焊接工艺规程主要内容包括焊接方法、焊接材料、焊接接头及坡口形式、焊接工艺规范参数与焊接技术要求等。本文在分析机械金属材料的焊接性的基础上,对当前机械设备焊接工艺规程进行分析。实践证明,保证焊接工艺规程质量,在实现焊接接头质量及焊接效益等方面发挥着重要现实意义。
参考文献:
[1]郭晶,李艳,史雪芬等.焊接工艺规程编制、评定和应用中的若干问题[J].石油化工设备,2010,39(4):39-45.
[2]郭晶,古敏.焊接工艺规程的编制、评定和应用[J].石油化工设备,2010,39(5):76-82.
[3]邢志海,刘相伟.锅炉压力容器中焊接工艺规程辅助系统的研究使用[J].科技视界,2013,(18):189-190.
[4]朱海鹰,辛忠智,辛忠仁等.中外焊接工艺评定方法以及焊接工艺规程和焊接工艺评定的标准体系[J].中国化工装备,2011,(1):18-23,33.
[5]杨晓丹.谈机械设备焊接工艺规程[J].中国石油和化工标准与质量,2012,32(3):59.
[6]张华,魏艳红.钢桥焊接工艺评定软件开发及应用[J].焊接技术,2010,39(3):27-30.
【关键词】铝合金;焊接;焊接变形;调修;加工中心;龙门机床;刀具
一、引言
目前我国高速动车组使用的车体绝大部分是铝合金的,其好处是可以减轻车体重量,可以有效降低车体运行噪音,可以保证车体的密封性从而提高旅客的舒适度。铝合金车体制造的工艺难点集中在焊接和加工上,焊接是将各部位连接成形的重要手段,是车体强度的保障,针对不同的部位,不同的板厚必须采用不同的焊接形式,对于焊缝的受力情况给予不同的处理方式,有的需要PT(pene-tration test),有的需要RT(Non destructive test X-Ray)等等。焊接完成后的部件绝大多数会发生变形,一些经过调修后可以转入下道工序,一些部件无法调修,就需要焊前做好反变形,最大限度减小焊接引起的变形量。
铝合金车体部件的加工最大的特点是针对焊后变形的部件进行加工,这就需要先测量焊接完成后部件的变形量在进行加工,目的是满足加工后的尺寸及强度要求,一些部件由于其尺寸较大,加工必须在专用的设备上完成,例如侧墙、底架、车体等;加工所使用的刀具必须满足铝合金材质加工要求。铝合金加工以型材加工和板材加工加以区分,型材加工的特点是加工震动大、工装压卡干涉多;空心型材在加工过程中容易将里面的筋撕扯坏,所以加工时必须采用特殊方法,即螺旋铣削法,厚度不同其加工的参数也不同,板材加工较为容易。
二、铝合金车体部件的焊接特点
铝合金焊接特点:
铝合金制品具有质轻、美观和耐蚀性好等特点,无疑已成为高速列车车体的首选材料,但是由于铝合金的弹性模量只有钢的1/3左右,铝合金构件焊后失稳变形问题尤为突出。
1.铝合金的焊接性
(1)铝与氧的亲和力很强
在空气中极易与氧结合生成致密而结实的氧化铝薄膜,厚度约为0.1μm,熔点高达2050℃,远远超过铝及铝合金的熔点,而且密度很大,约为铝的1.4倍。在焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分,焊接时会促使焊缝形成气孔。这些缺陷,都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并防止在焊接过程中再次氧化,对熔化金属和处于高温下的金属进行有效地防护,这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是:
焊前使用机械打磨或化学方法D40清除工件坡口及周围部分的氧化物;
焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护(例如99.99%Ar)。
(2)铝的导热率和比热大,导热快
尽管铝及铝合金的熔点远比钢低,但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大,比钢大一倍多,在焊接过程中大量的热能被迅速传导到集体金属内部,为了获得高质量的焊接接头,必须采用能量集中、功率大的热源,8mm及以上厚板需采用预热等工艺措施,才能够实现熔焊过程。
(3)线膨胀系数大
铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时体积收缩率达6.5%~6.6%,因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外,采用适宜的焊接工装也是非常重要的,焊接薄板时尤其如此。另外,某些铝及铝合金焊接时,在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大,往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹,这是铝合金,尤其是高强度铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计,选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序,采用适应母材特点的焊接填充材料等。
(4)容易形成气孔
焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷,尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因,这已经为实践所证明。氢的来源,主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分,其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分,对焊缝气孔的产生,常常占有突出的地位。
铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气孔,在高温下溶入的大量气体,在由液态凝固时,溶解度急剧下降,在焊后冷却凝固过程中气体来不及析出,而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生,以获得良好的焊接接头,对于氢气的来源要加以严格控制,焊前必须严格限制所使用的焊接材料(包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体)的含水量,使用前要严格进行干燥处理,清理后的母材及焊丝最好在2~3小时内焊接完毕,最多不超过24小时。TIG焊时,选用大的焊接电流配合较高的焊接速度。MIG焊时,选用大的焊接电流慢的焊接速度,以提高熔池的存在时间。
(5)铝在高温时的强度和塑性低
铝在370℃时强度仅为10MPa,焊接时会因为不能支撑住液体金属而使焊缝成形不良,甚至形成塌陷或烧穿。为了解决这个问题,焊接铝及铝合金时常常要采用垫板。。
(6)无色泽变化,给焊接操作带来困难
铝及铝合金焊接时由固态转变为液态时,没有明显的颜色变化,因此在焊接过程中给操作者带来不少困难。因此,要求焊工掌握好焊接时的加热温度,尽量采用平焊,在引(收)弧板上引(收)弧。
2.铝合金的焊接变形
与其他材料相比较,铝合金具有较大的热膨胀系数和导热系数,所以在焊接过程中伴随着快速加热和快速冷却会有相应的膨胀和收缩,所以必然发生不同形式的变形。变形的原因是焊接受到不均匀的加热,并且由于焊件本身刚度的不同导致了在焊接过程中一些部位产生内应力,是焊接变形的根源。
3.焊接变形的控制
影响焊接变形的因素主要包括:结构设计、接头类型、焊接方法、焊接顺序等。其中,选择合理的焊接顺序是行之有效的控制变形的主要方法。它使焊接变形消失于焊接过程中,或者使得不同时期、不同位置产生的焊接变形相反、消失,从而达到控制焊接变形的目的。在设计焊接顺序的时候应该注意以下几个方面:
(1)先焊固定整个构件的焊缝;
(2)焊接次序原则是先短后长、先里后外、先中心后两侧、先对接焊缝后角接焊缝;
(3)具有最大收缩的焊缝先焊,构件刚性最大的部位最后焊接;
(4)如有可能,为了平衡收缩对于一个结构的两边焊接应该同时进行;
(5)焊缝应均匀分布在结构的两边,焊接时,焊道要两边交替焊接,以平衡应力;
(6)对于一个焊道,一旦开始焊接后,就不要间断,一直焊完;
(7)对于变形有特殊限制的时候,可以采用分段退焊法,此方法对于补修焊尤为适用。
采用工装夹具对焊件进行刚性固定之后再实施焊接,这也是防止变形的有效措施,当采用大刚度夹具和密集段焊时,不必过分考虑焊接顺序。但是对一些大的形状复杂的焊件来说,夹具的制造比较麻烦,而且撤除固定夹具之后,焊件还有少许变形。因此这种方法更适用于一些小的,形状规则的焊件焊接。如果焊件尺寸大,形状复杂,又是成批量生产,可以设计一个能够转动的专用焊接夹具,既可防止变形,又能提高生产率。
在实际焊接生产中,控制变形的方法还有很多,而且在运用时,往往都是联合采用,而非单独采用。所以在具体选择方法时,一定要根据焊件的结构形状和尺寸来分析其变形情况后再决定。
4.焊接变形的调修
焊接变形造成焊接结构尺寸形状超差,焊接结构装配困难,焊接变形过大或者矫正无效都有可能致使产品报废,造成经济损失。所以在焊接过后进行适当的调修是很重要的。可以采用冷矫形和热矫形两种工艺来消除变形。这两种方法各有优劣。冷矫形容易导致铝合金焊接构件发生损伤,火焰矫形是利用金属热胀冷缩的原理对焊后变形进行反变形的一种方法。
由于焊缝造成的工件轮廓或角度的误差一般采用火焰调修的方式进行矫正。调修前先分析工件变形的趋势来确定要加热的焊缝,调修时利用火焰调修枪加热焊缝部位,温度一般都小于200℃,冷却方式采用自然冷却、风冷和水冷。
对于焊缝及热影响区出现的局部突变可以采用冷矫正的方法进行调修,用垫平板锤击的方式进行,冷矫正必须保证工件发生塑性变形但是又不会出现裂纹。
对于工件刚度大或者变形过大时,使用火焰调修无法完全矫正的时候可以采用高温机械矫正的方式进行。即冷矫正与热矫正同时对引起变形的焊缝或应力区进行加热。
当以上三种方式都失败后,把工件上的焊缝铣开进行二次焊接,通过二次焊接过程中的收缩来实现工件的矫正
铝合金车体部件手工焊接使用的焊接设备为MIG焊机,焊机的电流电压调节以适应不同板厚不同焊接形式的焊接,针对目前高诉动车组车体使用的铝合金材质型号是6系,那么所选焊丝型号是5183。目前铝合金车体各部位焊缝的形式主要有角焊缝、对接焊缝、搭接焊缝等,根据板厚的不同焊接方式和层数有所不同,根据焊缝受力情况对焊缝的检测也有所不同,其中常用的检测手段包括VT、PT、UT、RT等的检测。铝合金在焊接过程中会产生一定的收缩量,收缩量的大小因焊缝的形式和板厚有较大区别,同时在焊接的过程由于焊接应力的产生会使组焊件产生变形,一般情况焊接变形是有规律可循的,所以我们根据不同的焊缝形式需要给出合理的工艺放量和反变形量以达到焊后的设计要求。
三、铝合金车体部件的加工特点
为了满足铝合金车体部件的加工,引进了先进的加工制造技术和数控设备,在铝合金车体部件加工方面,主要是FOOK、INNSE、HAGE等进口龙门加工中心,该类设备同时用于新产品的开发和制造。设备的加工范围是X轴0----5~61.5米,Y轴0?----4.3米,Z轴0----1.2~1.4米,A轴旋转范围±95°,C轴旋转范围±200°五轴可联动的大型数控加工设备,适合复杂形状铝合金型材的加工。
铝合金车体部件加工大体可分为:板材加工、型材加工、组焊件加工;加工特性不同,装卡难易不同,在刀具使用、转速(s)、进给(f)的匹配上应特别注意。
1.铝合金加工特点
(1)强度、硬度比铜更低,切削加工性更好
(2)加工时容易粘刀,形成刀瘤,加工表面粗糙度变大
(3)组织不够致密,很难获得较小的粗糙度
(4)刀具使用寿命一般都较高
(5)装卡和加工时容易引起变形,工件表面也易碰伤或划伤
(6)膨胀系数更大,影响尺寸精度更突出。
2.铝合金加工重要性及难点
(1)加工无论是底架前端还是底架、车顶、侧墙、端墙,都需要在组焊后加工才能进行车体整体组焊阶段,整体组焊完后还要对车体进行整体加工,可见加工在整个CRH3制造过程中的重要性。CRH3高速动车组对车体密封性要求很严,对车体的稳定性要求更严,车体稳定性在配重准确的情况下主要在车体与转向架之间的连接,车体的整体加工正是为了满足这一要求。
(2)铝合金加工主要难点:刀具路径的选择、刀具的选择、加工震动。
1)刀具路径选择:因车体部件的外形尺寸和铝合金材质的特点,对加工设备及加工使用的刀具都必须提出特殊的要求,例如底架加工、侧墙加工、车体加工所使用的设备均为特殊制造,以满足加工精度。各部件的加工多为多面体加工,三轴以上联动加工并不多用,目前机床虽然是五轴的但除了在换刀过程是五轴联动,其他加工部位没有使用五轴联动,但由于工件尺寸较大,装卡难度大,尽可能保证一次装卡完成加工,这就要求机床能够实现多面加工。在加工过程中针对不同的型材、板材、装卡情况进行加工路线选择。
2)加工震动和刀具选择:考虑到加工震动就必须对刀具提出要求,这些刀具除了满足铝合金的加工特性外,其材质还需具有足够的韧性以减少由于加工震动对刀具的损坏,延长刀具的使用寿命。
铝合金车体部件多为焊后加工所以多数都是有变形的,需要避免过切,为了满足焊接和装配要求就必须采取措施,加工时进行测量,将测到的每一个点与加工程序结合起来然后才能进行加工,在这里使用的测量循环是CYCLE730和CYCLE740。有些特殊部位测量是必须的,例如前端面板加工,因为面板的厚度为35MM最大去除量不能超过3mm,那就必须找出面板上的最高点,否则必然会加工过量,找出这个最高点就需要测量程序完成。
(3)龙门式高速加工机床
典型的用于高速加工的机床是龙门式高速铣床。龙门结构具有较大的加工范围,而且有利于提高机床的刚性,改善热变形特性,能有效减少机床变形和振动的发生。用于加工的龙门式高速机床大多采用固定工作台、移动龙门结构,不仅机床占地面积小且相对于工作台移动的龙门机床,X坐标的驱动负载变化不大,适应高速机床对坐标驱动快速响应和高稳定性的要求。在龙门式高速加工机床中,采用了新的高速主轴、驱动及控制技术和功能部件,一般为龙门双侧同步驱动,但总体结构和传统龙门机床差别不大,机床结构刚性好,从而大大提高了传动系统的刚度,提高了坐标驱动的加速度,保证机床在加工复杂形状的零件时,尤其是在处理边、角、拐点、曲面过渡等情况时具有与加工特征相适应的加速度变化。另外,机床坐标在高速进给时的定位精度也由于传动系统的简化得到有效提高,为高精度高效率加工提供了可靠保障。缺点是可移动的整个龙门架具有较大的移动质量,而且整个龙门架的驱动点与龙门架的重心距离较远,不能适应更高的动态性能要求,一般用于机床主轴功率要求较高的场合。
如60米福克加工中心在加工大型或超长零件时,由于龙门架的加工行程可以覆盖整个机床工作台,既可以一个龙门架利用整个工作台进行加工,也可以在加工稍小的零件时,将不同的零件限定在各自的加工区域内进行加工,或在一个区域内加工,在另一个区域内进行工件装卸、调整等辅助工作,彻底避免了加工辅助时间的发生,相当于多台高速机床同时进行加工,加工效率非常高。
(4)刀具的材料和铣削方式的选择
刀具的材料和铣削方式的选择也是高速铣削工艺系统的一个重要组成部分。由于在高速切削时,切削力已经不是重要因素,不需大的切削扭矩,因此刀柄就不再是传统的锥柄,而是短圆柄,即HSK型柄,不需拉钉,主轴锁紧装置充分考虑离心力的影响。重要的是需要动平衡,即需加上动平衡环,在装好刀具后,由动平衡仪进行平衡。刀具本身采用通体硬质合金刀,或在硬质合金上涂CBN、TiC等,也可采用人造金刚石,即PCD等,使刀具可以承受高达300~500m/min的切削线速度。
此外,进给速度和角度也直接影响刀具的寿命和表面加工质量。刀具的切削量与进给速度成正比例,并与切削速度成反比。如果按比例增加切削速度和进给量,则每齿的进给量要保持不变。对于面铣来说,进给速度必须很高,才能使每次进刀足以深入工件保证切割质量,否则刀片将刮伤工件,产生的热能使材料硬化并缩短刀具寿命。此外,设计刀具多用途,能够用一把多用途刀具同时完成几项作业,也是提高加工速度的一种方法。例如采用复合刀具(如复合阶梯钻、钻铣螺纹刀具和其它用于综合加工的复合刀具)、圆周进给铣削的多功能立铣刀等各种先进刀具可以显著减少换刀次数和降低辅助时间,由此显著地提高生产效率。切削时采用油雾加工区,而不再使用传统的冷却液。
加工对刀片的要求十分严格,刀片既要有锋利的切削刃,以降低精加工表面的粗糙度,又要有极高的耐磨性,以保证工件的形状精度。这种性情况下,必须采用多种镀膜的组合。有的刀片为了确保使用过程上万无一失,镀膜层数可多达100层。
为了提高加工过程的稳定性,优化切削策略时,必须保证切削的连续性,同时尽可能减少走刀运动和空行程,以便缩短切削时间。铣削工件时,一般都采用顺铣加工,因为顺铣可以获得较高的加工表面质量,而且刀具高速向前铣削,铝屑向后铣出的通道排出,不容易挤屑,也就不容易产生切削热,能提高刀具的耐用度。尽量降低刀刃在切削过程中切削量波动的峰值。
在各种型面的数控铣削中,合理地选择切削加工方向、进刀切入方式是很重要的,因为二者直接影响零件的加工精度和加工效率。
(5)轮廓加工中的进刀方式
法线进刀和切线进刀。轮廓加工进刀方式一般有两种:法线进刀和切线进刀,如图1中(a)、(b)所示。法线进刀由于容易产生刀痕,因此一般只用于粗加工或者表面质量要求不高的工件。法线进刀的路线较切线进刀短,因而切削时间也就相应较短。
在一些表面质量要求较高的轮廓加工中,通常采用加一进刀引线再圆弧切入的方式,如图2所示,使圆弧与加工的第一条轮廓线相切,能有效地避免因法线进刀而产生刀痕,而且在切削毛坯余量较大时离开工件轮廓一段距离后下刀再切入,很好地起到了保护立铣刀的作用。
(6)挖槽和型腔加工中的进刀方式
对于封闭的型腔零件加工,下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜线下刀三种,下面着重说一下垂直下刀方式。垂直下刀:指使用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削。虽然键槽铣刀其端部刀刃通过铣刀中心,有垂直吃刀的能力,但由于键槽铣刀只有两刃切削,加工时的平稳性也就较差,因而表面粗糙度较低;同时在同等切削条件下,键槽铣刀较立铣刀的每刃切削量大,因而刀刃的磨损也就较大,在大面积切削中的效率较低。所以采用键槽铣刀直接垂直下刀并进行切削,只用于小面积切削和被加工零件表面粗糙度要求不高的情况下。
(7)科学选用工装夹具
如果能够使用最适合的工夹,就可能达到良好的高速切削性能。对于工夹的要求是:最少的托板,高压、高扭距,重复精度高、操作容易、标准化、安全、长度短、加压均匀,以便达到刀具转换和零件处理时间最少。另外的要求是工夹越小越好,缩短加工时的切削与非切削时间。
1、网架结构主材
杆件规格为:Ф60×3.5、Ф75.5×3.75、Ф88.5×4、Ф114×4、Ф140×4、Ф159×6、Ф159×8、Ф159×10、Ф219×8、Ф219×12、Ф2 19×14、Ф219×20等;焊接球径:WS200×6、WS260×8、WS250×10、WS280×12、WS300×12、 WS350×14、WS400×16、WS450×18、WSR450×18、WS500×12、WS500×20、 WSR500×20等。
2、网架结构施工
(1)校核轴线:
使用钢卷尺复测支撑点位的轴线尺寸,纵横向长度偏差±L/2000,且不应大于±30mm。
(2)采购网架构配件:
根据施工图纸,结合市场情况及时组织材料的采购工作。检查构配件与钢管杆件的匹配情况,复核确定杆件下料尺寸。
(3)杆件下料:
1)网架安装,杆件下料是至关重要的,因此必须严格按设计尺寸加上各杆件收缩量下料。焊接收缩量通过焊接试验确定数据。
2)钢管壁厚大于6mm时管端应打坡口,壁厚小于6mm时管端可不打坡口。钢管坡口下料时采用车床切割,开30°~45°坡口。杆件下料长度应预加焊接收缩量。具体收缩量根据施工经验和进行的焊接收缩量试验确定。钢管杆件下料长度允许偏差±1mm;杆件轴线不平直度:
(4)焊接球加工:
用于制造焊接球节点的原材料品种、规格、质量必须符合设计要求和有关标准的规定。焊接球节点的半圆球,由机床下料加工,并开坡口。焊接用的焊条与对接焊缝必须符合设计要求和钢结构焊接的专门规定。焊接完成后的成品球表面光滑平整,不应有局部凸凹或褶皱。焊接球制作的允许偏差及检验方式符合规范要求。焊接空心球按规格分堆放置。
(5)网架材料打包装运:
网架材料制作加工完毕后,为防止混装和缺失,要求由专人清点材料并检查核实,最后进行打包成捆堆放待用。
(6)现场网架安装:
1)安装前用钢卷尺、经纬仪或水准仪检查各支座的标高和轴线位置,位置偏差为15mm,水平度允许偏差l/1000。
2)根据本工程的结构特点,结合以往同类工程的施工经验,经过比较和优化选择,确定采用“搭设满堂红脚手架整体安装”的施工方法。
3)网架施工方法:搭设满堂红脚手架,观众厅搭设标高至+15.8m,舞台厅搭设标高至+21.7m。上部满铺钢脚手板或钢模板,作为预制、拼装与焊接网架的操作平台。先在操作平台上每个下弦球节点位置安放支承胎模,再在支承胎模上铺设下弦杠铃单元与相应连接杆件,紧随其后安放四角锥单元,最后在上弦节点间安装相对应的上弦杆件。网架拼装完毕后,将网架进行调正,调整支座位网架就位。
4)网架安装平台的搭设:
网架安装平台的搭设采用满堂红扣件式钢管脚手架,上面满铺钢脚手板或钢模板,其搭设要求满足规范标准规定,搭设高度应满足施焊操作和方便就位的要求。脚手架必须具有足够的强度、刚度和稳定性。注意平台的安全围护,确保施工时安全可靠。
5)网架安装胎模制作:
网架安装平台安装完毕后,在操作平台上制作网架安装胎模,具体过程如下:
a.根据设计图中网架下弦平面安装布置图,确定各球节点的水平位置及相对高差。利用AutoCAD辅助绘图软件进行微机放样,进行网架上弦坐标定位,建立网架节点坐标网图。
b.根据网架上弦节点坐标网图,确定上弦球节点的规格和位置、轴线间距等参数,使用仪器、钢卷尺等进行平台放线,将上弦球节点的位置测设到操作平台上。
c.上弦胎模的制作:使用机制红砖或砌块进行制作,要求位置准确,标高正确,符合规范和使用要求。
d.胎模制作时,要求使用240mm×240mm独立砖柱,砖柱不宜过高,以300mm至400mm为宜,其高度根据操作平台和焊接操作方便来确定。砖柱必须保证具有足够的强度、刚度和稳定性。
e.胎模制作完成后,使用测量仪器复核砖柱顶面标高,误差较大的进行填补调整,直到达到使用要求为止。
6) 网架单元预制:本网架工程焊接工程量大,为确保焊接质量,减少定位焊和高空施焊,将网架进行单元预制。
a.单元胎模预制:为确保“杠铃单元”和“四角锥单元”预制质量,按要求预制单元预制用胎模。
b.杠铃单元预制:根据网架下弦拼装平面布置图,由中心向四周将下弦杆件和相对应的节点球分别点焊预制成“杠铃单元”,分别把各节点分三点均称点焊固定,然后把点焊固定的“杠铃单元”进行焊接。
c.四角锥单元预制:根据网架腹杆拼装平面布置图,由中心向四周将腹杆和相对应的上弦节点球点焊预制成“四角锥单元”,分别把各节点分三点均称点焊固定,然后把点焊固定的“四角锥单元”进行焊接。
7) 网架拼装:
a.根据网架上弦平面拼装布置图,由中心向四周铺设上弦杆件和相对应的节点球预制成的“杠铃单元”。
b.根据网架腹杆平面拼装布置图,铺设预制成的“四角锥单元”。四角锥的铺设要由中心向四周扩展拼装。
c.腹杆“四角锥单元”铺设完毕,在下弦节点球之间安装相应的下弦杆件,下弦杆件的铺设也要由中心向四周扩展拼装。
d.在拼装过程中反复核对尺寸,发现误差及时调整,全部拼装完毕后检查网架整体纵、横向轴线几何尺寸。
8) 网架焊接:
a.网架检查:网架拼装完毕后,要求检查网架纵、横向轴线几何尺寸,核对几何尺寸符合本规范规定后方可进行施焊。
b.焊接顺序:焊接时要求由中心向四周对称扩展进行,以减少焊接应力与焊接变形量。
c.焊接方法:焊接时采用对接焊、贴角加强焊的组合焊接法即第一遍焊透(打底焊)、第二遍加强面焊接遍数。每遍焊接完成后,施焊操作人员必须随手清除药皮,并经观察检查符合焊缝质量标准要求后,方可继续施焊下一遍。焊口焊接完成后,使用药皮锤清理药皮和焊渣等飞溅物,经过质检人员进行检查,对不饱满焊缝及时修补,不合格焊缝必须铲除重焊。
9) 网架安装完成后再涂装一层灰防锈漆,涂装前应检查钢材表面除锈是否符合设计要求和国家现行有关标准规定。
10) 网架就位:网架整体安装焊接完成,经检查无误后,调整支座位置使网架就位。