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以焊代铸工艺在复杂箱体零件上的应用

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2021-03-22 10:00 热度:

   以焊代铸工艺是采用焊接构件取代铸造毛坯的一种工艺方法, 能有效避免铸件毛坯存在的气孔、夹砂、缩松等缺陷。 特别是针对结构复杂、箱壁厚薄不均、铸造工艺性差的箱体类零件,该工艺在毛坯质量和生产周期两方面给生产组织提供了更优的选择。 本文以某型煤矿用钻机减速箱箱体为例,介绍了以焊代铸工艺在复杂箱体类零件上的实际应用。

以焊代铸工艺在复杂箱体零件上的应用

  1 箱体工艺性分析

  某型煤矿用钻机减速箱箱体三维示意图如图 1 所示,箱体材料为 ZG270-500。 箱体是钻机动力输出机构的一个主要零件,起着固定和支撑轴系传动零部件的作用。 箱体的加工精度直接影响到与其装配的传动轴系的位置精度,最终将决定整机动力输出的平稳性。

  箱体加工表面主要为平面和孔。 轴系孔多用于轴承安装,起着固定轴系零件的作用;平面上的螺纹安装孔用于联接密封端盖或者液压马达。 减速箱运行时箱体内要注入液压油,轴系零件的传动要求平稳、低噪声。 所以,箱体上这些孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度,孔系之间的同轴度、平行度,孔与平面的垂直度等都有较高要求。 箱体主要的轴系 孔 准240 mm、准205 mm、准100 mm、准88 mm 尺 寸精度均为 J7,表面粗糙度 Ra≤1.6 μm,相互平行度 0.05 mm。

  箱体结构复杂、箱壁厚薄不均、铸造工艺性差,但是加工面的尺寸精度和形状精度要求高,由于传统的铸造毛坯难以避免气孔、夹砂、缩松、飞边等铸造缺陷,影响了箱体的切削性和腔体密封性,需要花费大量的精力去寻找渗漏点并焊接修复,生产成本和报废率居高不下,生产周期不稳定。 为此,决定采用焊接结构代替铸造毛坯进行加工。

  2 焊接方案设计

  2.1 焊接材料选择铸造毛坯材料为 ZG270-500,综合考虑材料的力学性能和焊接性能,焊接结构材料选择低碳钢 Q235A。 低碳钢 Q235A 的强度与 ZG270-500 相近,但焊缝存在裂纹倾向,宜选用低氢碱性焊条。

  2.2 焊接结构设计根据箱体的结构特性及功能需求,结合材料的适用性,将焊接箱体分为主面板、盖板安装座、联接座和辅助支撑肋板等零件组焊而成,焊接箱体结构示意图如图 2 所示。

  1. 盖板安装座 2、4、6. 联接座 3. 前后主面板 5. 辅助支撑肋板

  (1)主面板 箱体前后主面板加工到成品尺寸。面板与各联接座采用过盈配合,面板上的联接座安装孔 准310H7、准275H7、准164H7 孔口设计 15 mm 坡口,单面施焊。 安装孔与面板基准面的垂直度公差取 0.02 mm,以保证箱体加工后轴系孔之间的平行度 0.05 mm。(2)联接座 各联接座外形加工到位,与面板安装孔配合尺寸公差取 p6 级, 与面板安装孔过盈配合,以保证组装及焊接后的垂直度要求。各联接座内孔单边留加工余量 5 mm,焊后加工,以保证孔系尺寸精度、形状精度及位置精度。(3)盖板安装座 盖板安装座端面要加工 16- M12(螺纹有效深 15 mm、孔深 20 mm)螺纹联接孔,为了避免钻穿导致漏油,联接座厚度必须大于螺纹孔底孔深度 20 mm,联接座与箱体侧板及主面板在箱体内侧组焊。

  2.3 焊接工艺设计减速箱工作时箱体内腔是密封结构,注入液压油,要求能承受 1.5 MPa 工作压力,齿轮高速旋转会使油液飞溅,必须杜绝焊缝缺陷引起的油液渗漏问题,同时要保证焊缝强度。箱体轴系孔的形位精度关系到减速箱性能好坏,要求减少焊接变形。焊接工艺路线: 前后主面板与对应的联接座组装焊接→分别与箱体侧板组焊→焊接箱体底座构件→焊接盖板安装座→焊接各辅助支撑肋板。(1)焊前准备 焊接构件焊接坡口及周边 20 mm 内清理油污、吹干;在定位工装上将前后主面板分别与对应联接座配合,压装到位;焊前将待焊结构件先预热,预热温度不低于 50 ℃;焊条烘干待用。(2)焊接 构件之间在定位工装上调整定位,点焊固定。 先焊短焊缝,后焊长直焊缝和弧形焊缝;优先对称施焊,避免焊缝集中、热应力过大;分层施焊,焊条牌号选择 J421、J422,每层焊缝厚度要低于焊条直径,先采用 准2 mm 小焊条、40 A 低电流低速焊接,再采用 准5 mm 焊条、250 A 电流分层焊接,注意控制层温不低于 150 ℃。(3)焊后处理 待箱体全部焊缝焊接结束,应立即送入回火炉进行回火去应力。 回火温度 600~650 ℃,保温时间不低于 1 h,出炉后应在静止的空气中冷却。(4)检查焊缝质量 焊缝外观不得有明显的咬边、夹渣;在 5 倍放大镜下焊缝及周边热影响区不得有裂纹、气孔;采用煤油试漏法检查焊缝严密性。

  3 结语

  通过多批次投产验证,采用以焊代铸工艺焊制的箱体经过粗加工和精加工后无一毛坯缺陷,水压试验全部合格,各项技术指标满足设计要求。相较于铸造毛坯,焊制毛坯的加工余量和生产周期均大幅减少,避免了铸造缺陷引起的返修和报废,经济效益较为显著。

  参考文献:

  [1]芦新建. 偏心盘的以焊代铸工艺[J]. 焊接技术,1992(1):19-21.

  [2]周振丰. 焊接冶金学[M]. 北京:机械工业出版社,1993.

  《以焊代铸工艺在复杂箱体零件上的应用》来源:《煤矿机械》,作者:田乐意

文章标题:以焊代铸工艺在复杂箱体零件上的应用

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