徑鍛機鉗桿制造的工藝研究*

張彩玲，王 龍，魏 巍

(蘭州蘭石重工有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

我公司承擔的甘肅省科技重大專項計劃項目“1.6MN徑鍛機機組研制”，通過了省科技廳組織的專家驗收,項目組成員研究開發了錘頭調節伺服控制系統、隨動托料支架、夾頭高頻回轉制動裝置和夾頭伺服控制系統，保證了鍛造過程的連續控制和鍛造尺寸的高精度、鍛造長軸類零件的直線度[1]，有效解決了因鍛件扭轉產生的工藝缺陷問題，實現了行走和緩沖位置的可控。鍛造尺寸精度達到±0.1 mm，軸向尺寸精度達到±1 mm，托舉位置的控制精度達到±0.1 mm。機組技術水平達到國際先進，填補了國內空白。鉗桿是徑鍛機錘頭部分的核心零件，其結構復雜、精度要求高、生產制造難度大[2]。

1 零件結構分析

鉗桿是焊接件，由爪頭(材質ZG35CrMo)和軸(Q345B)焊接成整體制作。爪頭兩側對稱共六個面用抗裂耐磨損低合金堆焊焊條堆焊，加工后厚度4 mm，硬度HRC 30～35；軸外圓分段壓焊8件銅帶(材質QSn6.5-0.1)，要求銅帶焊接時必須張緊，焊后銅帶壓槽拉緊銅帶，與軸外圓面貼實；零件輪廓尺寸2150 mm×520 mm×520 mm(長×寬×高)，該零件結構復雜，爪頭主要鏜銑加工、軸車削加工，空間尺寸較大，并有很多精度要求高的形位公差，加工周期長，加工精度難保證。分析了該零件的工藝特點、技術難點，從指定工藝焊接、加工策略，到工裝夾具、刀具等方面進行闡述。

2 工藝性分析

2.1 工藝準備

由于零件結構復雜，有異種鋼材的焊接、抗裂耐磨層堆焊、有色金屬銅合金焊接、熱處理、壓力機壓槽和機加工工藝，探傷檢測、溫度檢測、尺寸檢測。因此需從人、機、料、法、環和測等幾方面做充分準備。

人:選擇經驗豐富的操作人員及檢測人員，并隨時配合。

機：與工藝方法相配合，選擇加工精度高的機床，較好的刀具等進行加工。

料：確定采用的毛坯、規格。

法：結合以往經驗，編制出合理的工藝方案。

環：確保在加工、檢驗區域內環境溫度、濕度相對恒定。

測：確保在檢測時，零件溫度與檢測環境溫度接近，選擇適合和檢測儀器，確定合理的檢測方案。

2.2 工藝難點及分析

鉗桿結構如圖1所示。經過分析我們認為，該零件加工存在以下工藝難點：

(1) 爪頭粗加工外形尺寸，兩側對稱兩面加工到位，進行超聲波探傷，用UTP-C DUR 350抗裂耐磨損低合金堆焊焊條堆焊，焊接后表面進行著色探傷檢測[3]，耐磨層堆焊進行工藝評定，形成焊接工藝流程如下：

打磨清理待堆焊面—天然氣均勻預熱(溫度≥150 ℃)—用UPT-C DUR 350 直徑φ4.0焊條堆焊，層間溫度(150～250)℃—焊后天然氣加熱(300～350)℃X2hr消除應力退火—電源極性直流反接—焊接電流140～180 A—焊接電壓22～26 U—焊接速度≥130 mm/min—表面著色探傷，焊接規范見表1。

圖1 鉗桿結構示意圖

層次焊接方法焊條牌號直徑(mm)電源類型焊接電流(A)焊接電壓(U)焊接速度(mm/min)1～2層焊條電弧焊J507RHΦ3.2直流反接90～13020～24≥1102～完焊條電弧焊J507RHΦ4.0直流反接140～18022～26≥130

(2) 爪頭和軸半精加工后焊接，異種鋼材焊接工藝過程

機械加工坡口—清理坡口表面油污、銹跡—采用天然氣預熱(溫度≥500 ℃)、裝配點焊，ZG35CrMo坡口邊緣50 mm范圍內紅外線測溫儀測量預熱溫度，保證預熱溫度達到工藝要求—φ3.2焊條打底、φ4.0焊條焊接蓋面，焊接過程中用紅外線測溫儀測量層間溫度200～300 ℃—焊后熱處理：300～350 ℃保溫2 h—焊縫超聲波探傷。

(3) 軸上外包銅帶的焊接：銅帶由兩個半圓組成，對接處間隙0.5 mm，厚度6 mm,焊接坡口60°，為了使銅帶緊貼軸的外圓，設計加緊工裝保證，該工裝由兩件焊接件卡箍，中間留14 mm間隙，兩面對稱用4個螺釘和4個螺母擰緊，用塞尺檢測不留間隙，焊接工藝過程：

用丙酮清洗，清除坡口兩側雜質及油污—天然氣預熱≥150 ℃—手工氬弧焊焊接縱縫、層間溫度150～250 ℃—焊接后天然氣加熱到250～350 ℃、2 h，消除應力退火—電源極性直流正接—焊接電流160～220 A—焊接電壓15～17 U—焊接速度≥80 mm/min—氬氣流量8～12 L/min—表面著色檢測。

(4) 銅帶焊接后壓槽與軸外圓貼緊，夾具是機械加工系統中起定位和約束工件作用的子系統，為了壓力均勻防止銅帶斷裂，設計專用工裝在油壓機上完成，如圖2、3所示，工裝工作原理如下：下V鐵、下壓塊-Ⅰ和墊板等相關件組裝后放在油壓機工作臺上，將工件水平尺找正后放在下V鐵上，用兩側壓板將上V鐵和上壓塊組裝，上、下壓塊凸臺嚴格與鉗桿軸上的槽對正，依次加壓3 T、5 T、10 T壓力壓槽。對于小徑銅帶需裝墊板-Ⅰ和墊板-Ⅱ，下壓塊-Ⅰ更換成高度低的壓塊，找正后施壓壓槽。

(5) 結構復雜，工件加工精度和表面粗糙度保證。 爪頭堆焊了抗裂耐磨損硬質合金，是屬難切削加工的材料，選用高速鋼銑刀切削時刀具磨損快[4]，易損壞刀具，容易打刀；選用焊接硬質合金銑刀，試加工選取合理的切削三要素，切削速度Vc=20 mm/min、進給量f=0.20 mm/s、背吃刀量ap=3 mm。

圖2 銅帶焊接工裝圖

圖3 壓槽工裝圖

左端爪頭結構復雜，內孔、外圓圖紙尺寸精度和形位公差要求高，外形開檔和孔尺寸精度和形位公差要求高，鉗桿整體內外圓尺寸精度和同軸度要求也高，加工難度大，在生產過程中，遵循先粗后精，先基準后其他的工藝原則，通過數控車床、龍門銑床和鉗工等多種加工方法，完成零件加工。

鉗桿內孔尺寸大，但在車床上加工要以中心孔定位，為此，我公司專門設計工裝堵頭，以堵頭兩端中心孔定位，為防止鉗桿加工時熱漲變形，堵頭端面鉆透氣工藝孔車削加工外圓時，必須以兩端中心孔為基準，加工時注意吃刀量，確保加工精度，Ra1.6表面粗糙度車床車削達Ra3.2然后用羊毛輪拋光處理。

3 工藝路線確定

根據以上分析，確定加工工藝路線如表2所示。

依據該工藝流程制造的徑鍛機鉗桿尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、焊接接頭強度、堆焊層硬度和厚度完全達到圖紙技術要求。

表2 機械加工工藝路線表

4 結 語

通過對零件制造工藝研究，掌握異種鋼材焊接、耐磨合金的堆焊、薄型銅體的焊接及張緊技術，用特殊牌號的刀具，選擇合理的切削參數、合理地編制工藝路線，增加必要的熱處理工序；冷熱加工工序安排合理，提高大尺寸對稱體的加工精度，為了此類零件工藝過程合理、可靠；經多年的經驗積累，為加工此類零件提供了完整的工藝參數。