挖掘機支撐圈制造工藝

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

從近幾年工程機械的發展來看，挖掘機的發展相對較快，已經成為工程建設中最主要的工程機械之一。挖掘機由工作裝置、上部車體和底盤三大部分組成。底盤包含回轉與行走裝置，是整個挖掘機的主要承重部分。挖掘機底盤以上部分工作中360°旋轉，對回轉機構要求較高。底盤回轉支撐圈是聯接底盤架和回轉支撐的主要組成部件，為挖掘機重要承載部件。

支撐圈屬于圓環結構，尺寸輪廓大，質量要求高，所以要加強對回轉支撐圈制造工藝控制，從而提高產品質量。支撐圈成形質量、焊接變形以及二次校圓需要較高的工藝和操作手段， 制造過程中經常出現圓度偏差、加工部位尺寸偏差， 造成加工量不足或加工量過大。本文對回轉支撐圈的下料、成形及焊接工序工藝控制進行介紹。

1. 工藝流程

各挖掘機廠家及型號各異，支撐圈具體結構存在部分差異，但其結構均為圓筒形，筒壁上開有管路孔，制造工藝流程基本相同。各種機型支撐圈常用板厚范圍大致在16～30mm，材質為低合金鋼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）為例進行關鍵制造工藝介紹。

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，綜合考慮切割質量、速度、材質和厚度等，決定采用火焰切割方式。該產品為長條狀，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），在卷板時會造成應力不均勻，導致圓筒直徑在圓孔處產生直邊變形，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，產品圖樣上不存在，是成品零件的多余部分，在成形加工時主要起傳遞力的作用。通常采用機器人切割、龍門銑銑削和龍門刨刨削等方法去除余料。

在設計余料的結構時，首先要考慮方便去除，一般不采取將整個圓作為余料。圓孔的位置在割余料時不好進行定位，經過長期分析和試驗驗證，余料留在支撐圈側壁圓孔中間，在下料時割出一兩個半圓進行定位（圖2陰影部分為余料），在卷板施力的縱向方向。用三維軟件進行模擬，制作出相應的去除余料樣板，方便在切割機器人上直接去除。使用SolidWorks制作曲面外（內）皮樣板的步驟如下：建模→插入曲面→保存曲面實體→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，接口要焊接成環狀，需要加工對稱坡口進行焊接。在加工坡口時，應根據焊縫及重要度要求來選擇焊接坡口的形式。對于一般無探傷要求的支撐圈，選擇單面V形坡口即可；對于探傷要求二級焊縫及以上的情況，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

成形分為預彎和卷板兩個工序，根據我公司制作經驗，在焊接時，焊縫周圍會出現硬化區域，焊后此部位無法進行再校形，因此在焊前必須使焊縫部位圓弧一次成形，進行預彎處理。根據支撐圈特性，采取壓力機壓模預彎（見圖4）和托板在卷板機內預彎（見圖5）兩種方式。因支撐圈兩端部有坡口，卷板機無法直接對工件進行預彎，由于支撐圈板厚在16～30mm，我公司卷板機型號較小，增加托板在卷板機內預彎無法實現。因此，我公司使用壓力機進行預彎，設計專用壓力機模具，模具分為兩大部分上模和下模，固定在壓力機上，繼續預彎成形。預彎完成后，采用三輥卷板機根據圓筒內側弧度樣板進行卷板，當兩端對接后，對接兩端部留2～3mm間隙，不能出現臺階，在卷板機上對圓環連接處進行焊接點固，壓力機泄壓，取下工件轉下道工序。

圖4 用壓力機模壓預彎

圖5 用托板在卷板機內預彎

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，使用半自動二氧化碳氣體保護焊機進行焊接，采用ER50-6型號焊絲。在焊接時，根據卷板間隙、鈍邊和板厚的大小選擇合適的電流電壓，先焊接圓筒的外側坡口，然后清根，再焊接內側坡口，保證焊縫的合格率。先外后內的焊接順序主要是為了清根操作方便。支撐圈焊接時需要使用焊接夾具進行固定，來保證焊接質量的穩定，我公司根據產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，焊接后卷圓沒有標準，需要重新進行圓度校正，根據卷板機的有效工作長度和支撐圈的寬度，可以進行支撐圈的批量校形。

因支撐圈在上下料時不易進行吊裝，所以我公司自制了有效的吊裝工具（見圖8），可以平穩地吊裝多個支撐圈，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備進行加工（見圖9），端面加工的裝夾和定位方法取決于客戶對支撐圈的端面平行度要求。

圖9 鏜床加工

9. 零件存放

為方便支撐圈轉運或存放，設計制作專門的工裝（見圖10）。

1 0. 質量檢驗

由于支撐圈在使用過程中受力復雜，為保證其質量的可靠性，必須對焊縫質量、圓度誤差進行檢查。

圖10 存放轉運工裝示意

1）焊前對坡口幾何尺寸進行嚴格的檢驗，應符合工藝要求。焊后對焊縫外觀進行檢查，不允許有咬邊現象，焊高控制在1～2mm，焊縫寬度覆蓋坡口兩側邊緣各寬2～4mm。該處焊縫屬于GB/T 11345—2013中的1級焊縫要求，對焊接接頭進行UT探傷。探傷后有缺陷的，要及時修復。

2）支撐圈加工后進行上下端面平行度復合設計要求，一般不超過4mm，圓度誤差控制在3mm以內。

1 1. 結語

通過對支撐圈關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，對于同類產品的制造具有一定的參考價值。