■ 山推工程機(jī)械股份有限公司 （山東濟(jì)寧 272073） 樊慶琢 宮 濤 李賀德

從近幾年工程機(jī)械的發(fā)展來看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對(duì)較快，已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的工程機(jī)械之一。挖掘機(jī)由工作裝置、上部車體和底盤三大部分組成。底盤包含回轉(zhuǎn)與行走裝置，是整個(gè)挖掘機(jī)的主要承重部分。挖掘機(jī)底盤以上部分工作中360°旋轉(zhuǎn)，對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要求較高。底盤回轉(zhuǎn)支撐圈是聯(lián)接底盤架和回轉(zhuǎn)支撐的主要組成部件，為挖掘機(jī)重要承載部件。

支撐圈屬于圓環(huán)結(jié)構(gòu)，尺寸輪廓大，質(zhì)量要求高，所以要加強(qiáng)對(duì)回轉(zhuǎn)支撐圈制造工藝控制，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。支撐圈成形質(zhì)量、焊接變形以及二次校圓需要較高的工藝和操作手段， 制造過程中經(jīng)常出現(xiàn)圓度偏差、加工部位尺寸偏差， 造成加工量不足或加工量過大。本文對(duì)回轉(zhuǎn)支撐圈的下料、成形及焊接工序工藝控制進(jìn)行介紹。

1. 工藝流程

各挖掘機(jī)廠家及型號(hào)各異，支撐圈具體結(jié)構(gòu)存在部分差異，但其結(jié)構(gòu)均為圓筒形，筒壁上開有管路孔，制造工藝流程基本相同。各種機(jī)型支撐圈常用板厚范圍大致在16～30mm，材質(zhì)為低合金鋼Q345。我公司制造工藝流程為：下料→加工坡口→成形→焊接→校圓→割余料→車端面。下面以某廠家支撐圈（見圖1）為例進(jìn)行關(guān)鍵制造工藝介紹。

2. 下料工藝過程控制

金屬板材切割一般會(huì)選用火焰切割、等離子切割和激光切割這三種常見的切割方式。支撐圈板厚為16～30mm，屬于中厚板，綜合考慮切割質(zhì)量、速度、材質(zhì)和厚度等，決定采用火焰切割方式。該產(chǎn)品為長(zhǎng)條狀，采取共邊切割方式，可提高材料的利用率。

3. 余料控制

支撐圈筒壁上有較大圓孔，由于此處缺料（見圖1），在卷板時(shí)會(huì)造成應(yīng)力不均勻，導(dǎo)致圓筒直徑在圓孔處產(chǎn)生直邊變形，使得直邊無法校圓，零件不合格。需要在圓孔處預(yù)留卷板余料及端面余料。余料是為滿足成形工藝要求而增加的部分材料，產(chǎn)品圖樣上不存在，是成品零件的多余部分，在成形加工時(shí)主要起傳遞力的作用。通常采用機(jī)器人切割、龍門銑銑削和龍門刨刨削等方法去除余料。

在設(shè)計(jì)余料的結(jié)構(gòu)時(shí)，首先要考慮方便去除，一般不采取將整個(gè)圓作為余料。圓孔的位置在割余料時(shí)不好進(jìn)行定位，經(jīng)過長(zhǎng)期分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，余料留在支撐圈側(cè)壁圓孔中間，在下料時(shí)割出一兩個(gè)半圓進(jìn)行定位（圖2陰影部分為余料），在卷板施力的縱向方向。用三維軟件進(jìn)行模擬，制作出相應(yīng)的去除余料樣板，方便在切割機(jī)器人上直接去除。使用SolidWorks制作曲面外（內(nèi)）皮樣板的步驟如下：建?！迦肭妗４媲鎸?shí)體→加厚曲面→插入鈑金→展開。

圖2 下料示意

4. 坡口加工過程控制

卷板成形后，接口要焊接成環(huán)狀，需要加工對(duì)稱坡口進(jìn)行焊接。在加工坡口時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊縫及重要度要求來選擇焊接坡口的形式。對(duì)于一般無探傷要求的支撐圈，選擇單面V形坡口即可；對(duì)于探傷要求二級(jí)焊縫及以上的情況，需雙面V形坡口（冷、熱加工均可）來保證焊縫質(zhì)量。為方便坡口加工，在兩坡口之間留1～2mm鈍邊，如圖3所示。

圖3 兩端部坡口示意

5. 成形工藝過程控制

成形分為預(yù)彎和卷板兩個(gè)工序，根據(jù)我公司制作經(jīng)驗(yàn)，在焊接時(shí)，焊縫周圍會(huì)出現(xiàn)硬化區(qū)域，焊后此部位無法進(jìn)行再校形，因此在焊前必須使焊縫部位圓弧一次成形，進(jìn)行預(yù)彎處理。根據(jù)支撐圈特性，采取壓力機(jī)壓模預(yù)彎（見圖4）和托板在卷板機(jī)內(nèi)預(yù)彎（見圖5）兩種方式。因支撐圈兩端部有坡口，卷板機(jī)無法直接對(duì)工件進(jìn)行預(yù)彎，由于支撐圈板厚在16～30mm，我公司卷板機(jī)型號(hào)較小，增加托板在卷板機(jī)內(nèi)預(yù)彎無法實(shí)現(xiàn)。因此，我公司使用壓力機(jī)進(jìn)行預(yù)彎，設(shè)計(jì)專用壓力機(jī)模具，模具分為兩大部分上模和下模，固定在壓力機(jī)上，繼續(xù)預(yù)彎成形。預(yù)彎完成后，采用三輥卷板機(jī)根據(jù)圓筒內(nèi)側(cè)弧度樣板進(jìn)行卷板，當(dāng)兩端對(duì)接后，對(duì)接兩端部留2～3mm間隙，不能出現(xiàn)臺(tái)階，在卷板機(jī)上對(duì)圓環(huán)連接處進(jìn)行焊接點(diǎn)固，壓力機(jī)泄壓，取下工件轉(zhuǎn)下道工序。

圖4 用壓力機(jī)模壓預(yù)彎

圖5 用托板在卷板機(jī)內(nèi)預(yù)彎

6. 焊接工藝過程控制

卷板成形后，需要將接口處焊接，從焊接效率及成本來考慮，使用半自動(dòng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行焊接，采用ER50-6型號(hào)焊絲。在焊接時(shí)，根據(jù)卷板間隙、鈍邊和板厚的大小選擇合適的電流電壓，先焊接圓筒的外側(cè)坡口，然后清根，再焊接內(nèi)側(cè)坡口，保證焊縫的合格率。先外后內(nèi)的焊接順序主要是為了清根操作方便。支撐圈焊接時(shí)需要使用焊接夾具進(jìn)行固定，來保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，我公司根據(jù)產(chǎn)品特征自制支撐圈焊接夾具（見圖6），效果非常好。焊接夾具的使用如圖7所示。

圖6 焊接夾具示意

圖7 焊接夾具的使用

7. 校形工藝過程控制

焊接后，支撐圈變形量大，圓度不好控制，焊接后卷圓沒有標(biāo)準(zhǔn)，需要重新進(jìn)行圓度校正，根據(jù)卷板機(jī)的有效工作長(zhǎng)度和支撐圈的寬度，可以進(jìn)行支撐圈的批量校形。

因支撐圈在上下料時(shí)不易進(jìn)行吊裝，所以我公司自制了有效的吊裝工具（見圖8），可以平穩(wěn)地吊裝多個(gè)支撐圈，方便批量校形。

圖8 吊具示意

8. 加工工藝過程控制

為保證其圓度和端面的平行度，用鏜床或立式車床等設(shè)備進(jìn)行加工（見圖9），端面加工的裝夾和定位方法取決于客戶對(duì)支撐圈的端面平行度要求。

圖9 鏜床加工

9. 零件存放

為方便支撐圈轉(zhuǎn)運(yùn)或存放，設(shè)計(jì)制作專門的工裝（見圖10）。

1 0. 質(zhì)量檢驗(yàn)

由于支撐圈在使用過程中受力復(fù)雜，為保證其質(zhì)量的可靠性，必須對(duì)焊縫質(zhì)量、圓度誤差進(jìn)行檢查。

圖10 存放轉(zhuǎn)運(yùn)工裝示意

1）焊前對(duì)坡口幾何尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，應(yīng)符合工藝要求。焊后對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查，不允許有咬邊現(xiàn)象，焊高控制在1～2mm，焊縫寬度覆蓋坡口兩側(cè)邊緣各寬2～4mm。該處焊縫屬于GB/T 11345—2013中的1級(jí)焊縫要求，對(duì)焊接接頭進(jìn)行UT探傷。探傷后有缺陷的，要及時(shí)修復(fù)。

2）支撐圈加工后進(jìn)行上下端面平行度復(fù)合設(shè)計(jì)要求，一般不超過4mm，圓度誤差控制在3mm以內(nèi)。

1 1. 結(jié)語

通過對(duì)支撐圈關(guān)鍵制造工藝流程的探索和完善，形成了一套成熟的工藝方法，對(duì)于同類產(chǎn)品的制造具有一定的參考價(jià)值。