大錐度管模的分體加工

馮彩霞 商詠梅 李文革 何志強 韓 微

（齊齊哈爾北方機器有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾161000）

大錐度管模是筆者公司承攬的民品。管模的全長為6375 mm，內孔外圓均為錐形，內孔小端尺寸φ151.5 mm，大端尺寸φ250.4 mm，且為閉孔；管模內孔大小端直徑差98.9 mm，深6326 mm，屬深孔加工，見圖1。

1 工藝方案確定

目前筆者公司用數控設備內孔加工錐度最長不能超過1300 mm，還沒有加工整體大錐度深孔的能力，所以此管模我們準備采用分體焊接的方法分段進行加工。該管共分成6段加工：第1段從小端起長1200 mm，內徑按產品圖紙定寸，外圓均勻留4 mm余量；第2至5段各長1050 mm，內孔外圓均留加工余量4～5 mm；第6段（大端）長975 mm，內孔外圓均留加工余量4～5 mm。第1、2段的結構形式如圖2、圖3所示。

單段加工完成后，各段分別進行焊接。焊接采用60°坡口，25 mm長止口定位，焊道底部留3 mm平臺。焊后加工除第1段外的其它段內孔錐度按圖紙定寸。

2 工藝流程的確定

管模加工的工藝技術路線應包括管模單段的加工階段、焊接、焊后整體加工階段。

管模單段的工藝流程：坯料——粗加工內孔外圓——熱處理——半精加工內孔外圓——精加工內孔——精加工外圓。

焊接工藝流程：裝配——焊接——回火——探傷。

焊后整體加工工藝流程：精加工內孔錐度——拋光內孔錐度——裝配焊接下一段……直至6段全部焊成——精車外圓定寸——鉗工工序。

3 加工中存在的問題及采取的措施

3.1 內孔加工

每個單段內孔加工是在數控車上進行，一夾一架，按單段圖紙進行加工。在加工第1段時，由于此段內孔為盲孔，盲孔處直徑為φ120 mm，而刀桿直徑為φ120 mm，由此產生排屑不暢，導致打刀現象。通過改變工藝方法，由原來的內孔一次加工完成后退刀改為為分3次加工，3次退刀，這樣每次加工的距離短了，產生的鐵屑少，解決了因鐵屑多并纏在刀尖上而導致打刀的現象。另外，在加工每段管模內孔錐度時，由于機床導軌直線方向的誤差，經測量發現內孔有倒錐，每走100 mm長直徑大0.024 mm的現象，通過修改程序進行補償，消除了設備原因產生的直線方向誤差。

焊后內孔加工是在數控車鏜床上進行，第1、2段焊后，用雙夾盤裝夾；焊到第4段后，因工件太長，采用了一夾一架的裝夾方法，全部用電感器在內孔1200 mm處已加工到尺寸的位置找正，使跳動在0.02 mm之內，然后進行加工。在加工過程中，由于機床導軌直線方向的誤差，發現內孔直線差為—0.0054～0.01 mm，通過采取調整程序來進行補償，消除了機床原因產生的直線方向誤差，最終管模內孔達到圖紙要求。

3.2 焊接

由于管模材料為21Cr Mo10，要分段焊接，這樣在焊接時就要考慮焊縫的機械性能能否和母材相匹配以及焊縫內部質量特別是第1層焊縫不能有任何缺陷。另外，管模分6段焊接，越焊越長，必須保證焊后變形不能太大，以保證機加工尺寸。

為了避免上述問題的出現，進行了焊接試驗。焊接試驗分為焊接工藝評定試驗和模擬工件焊接試驗。

通過焊接工藝評定試驗選擇了合理的材料和焊接工藝參數（焊接電流、焊接電壓、預熱溫度、層間溫度、線能量等）。試驗后焊縫的各項性能基本滿足圖紙要求。通過模擬工件焊接試驗選擇了合理的裝配、焊接方法和焊接順序。試驗后焊縫內部質量經探傷完全合格，而且焊接變形也控制在規定的范圍內。

通過焊接試驗后，我們按照焊接試驗所得到的焊接參數制定了焊接措施如下：

（1）控制管模裝配精度，保證管模裝配后同軸度在0.1 mm以內；

（2）第1、2層焊縫采用氬弧焊打底，其余各層采用電弧焊焊接；

（3）直徑小的管模環縫采取對稱施焊，直徑大的管模環縫采取兩名焊工同時施焊，以控制焊接變形；

（4）采用電加熱的方式進行焊前預熱，保證加熱均勻；

（5）焊接后立即對焊縫進行局部回火。

這樣焊接后，保證了內孔外圓的機加工尺寸。

3.3 外圓的加工

內孔加工完成后，在普通數顯車床上加工外部。外部的錐度和內孔一致，圖紙要求保證壁厚為25.4 mm，內孔外圓對軸心的跳動在0.06 mm以內。按我們以往的加工經驗，7 m長的工件要保證這么小的跳動，按我們現有的加工能力是不可能達到的。采取的措施是：在車床上夾大端，頂小端，中間裝上定心夾箍，校合壁厚，經過反復校合，最終校正壁厚差在0.06～0.07 mm范圍內。然后在管模中間架上中心架，去掉定心夾箍，按圖紙加工外圓到尺寸。外加工部完成后，在自然狀態下檢查管模外圓徑向跳動，最大處為0.15 mm。用戶同意放寬接收。

4 結語

通過上述工藝方案的確定和采取的相關措施，此大錐度管模加工完成后達到了圖紙要求，為今后批量生產奠定了基礎。此工件加工的成功，填補了我公司機加工和焊接管模的空白，在工藝上也是個突破，為我公司開發民品，占領管模市場作出了重大貢獻。