鋁型材架體制造技術

朱永斌

摘要：本文介紹了鋁型材架體的結構和加工難點，通過一系列的工藝措施，控制焊接變形，提高產品成形質量，為客戶提供高質量的產品。關鍵詞：鋁型材;直線度;對稱焊接

前言：我公司制造的鋁型材架體的材料為5A06鋁合金，外形結構為圓柱形，外形尺寸為Φ534×7300，架體截面簡圖如下圖所示，該架體由11個加強圈、1個中間立板、4個縱向通筋、2個導向條及一定數量的環間縱筋組成，內部通過導向條構成兩個平行的小直徑圓形通道，圓形通道兩邊分別與加強圈及立板相切。要求保證圓形通道的直線度及圓整度均不大于1mm。為保證產品成形質量，我們首先對該產品進行加工難點分析，對應各加工難點我們采取不同的加工工藝措施，保證產品成形質量，為客戶提供高質量的產品。

5A06鋁合金的性能特點，5A06鋁合金屬于鋁鎂系形變強化鋁合金，除具有鋁合金的一般特點外，還具有優越的抗海水和海洋大氣的腐蝕性能，良好的斷裂韌性，工藝塑性和焊接性能，是一種綜合性能好的新型鋁合金，近年來在航空航天、汽車制造、船舶、容器等領域得到了廣泛應用，成為理想的輕量化材料。5A06鋁板具有較高的強度和腐蝕穩定性，在退火和擠壓狀態下塑性良好，焊接性能良好，焊接收縮量大，要注意控制焊接變形。

2加工難點分析

（1）中間立板的加工。中間立板結構為工字形，長約7300mm，上板寬68mm，厚約17mm，中間板寬約460mm、厚6mm，下板寬154mm，厚約33mm。若采用整張板機加工成形，材料標準沒有相應的板材，需要特殊定制，采購成本較高，并且整體機加工量大，材料浪費嚴重，產品制造成本高。我們需要采用上、中、下三塊面板拼接組焊成形，由于需要全部焊透，焊道長，焊接變形大，易產生整體扭曲，中間板的平面度、直線度難保證，如何減小焊接變形是此次制造的關鍵。（2）加強環的加工。加強環外形尺寸為Φ534×30mm，內孔為不規則形狀，最薄處壁厚約8mm，加工中容易因切削應力產生變形。（3）鋁合金架體的整體組焊。鋁合金架體由11個加強圈、1個中間立板、4個縱向通筋、2個導向條及一定數量的環間縱筋等約90個零件組焊而成，內部通過導向條構成兩個平行的小直徑圓形通道，圓形通道兩邊分別與加強圈及立板相切。因焊道多，易產生焊接變形，圓形通道的直線度及圓整度均不大于1mm的要求難以保證。

3采取的工藝措施

3.1中間立板的加工

中間立板的組焊：因為零件太長，中間部分又薄，無法采用澆鑄成形，采用厚板整體加工成形，機加工量大，材料浪費嚴重，產品制造成本太高，因此我們在工藝上采用上、中、下面板三塊板拼接，焊接完成后機加工上、下平面及兩側面。為保證拼接處完全融合，我們采用T型拼焊結構，在中間面板兩頭刨60°雙面焊接坡口，中間鈍邊2mm。首先，由于工件太長沒有合適的板材，我們將上、中、下面板分別采用三塊料拼接而成，錯開拼接位置不在同一斷面上，避免應力集中。其次，上、中、下面板分別在刨床上加工兩邊寬度、臺階面及焊接坡口，兩邊寬度、上下面厚度均留一定的焊后加工余量。最后進行組焊，我們先將上面板固定壓緊在拼裝平臺上，劃中間板擺焊位置線，每間隔500mm左右點焊牢固兩個定位塊，用于固定中面板，保證中面板焊接時在一條直線上。在焊接位置處用鋼絲刷砂光，用丙酮對焊接處進行擦洗，并對焊道進行預熱，保證焊接質量。焊接時采用對稱、跳躍施焊，減少焊接變形。然后將下面板與中面板對接擺焊，采用墊塊壓緊牢固，焊接時按上述方法進行焊接，先焊接一面，將工件翻身，壓緊牢固，背面焊道清根，用丙酮擦洗焊道，進行分段對稱焊接，每預熱一段焊接一段，多層焊道層間用電錘錘擊焊道，層間清理焊道，保證焊接質量。焊接完成后采用振動去應力的方式，減小焊接殘余應力，避免機加工完成后由于焊接殘余應力的存在，產生變形造成加工成形尺寸不滿足圖紙要求。最后整體修正保證加工余量。

中間立板的機加工：將工件放倒，搞正，以中間立板平放中心為準劃各部分加工線。粗刨底平面、粗刨頂平面，松緊壓板一次，精刨底平面、精刨頂平面。再粗精刨其余各面，在粗精刨之間工件增加松緊壓板一次，減小精加工后工件變形。檢查、修正中間板中間位置（寬度方向）50mm范圍的平面度、直線度。同時要求加工人員在工件加工及互轉過程中注意保證工件不得變形。通過采用上述措施，采用多次粗精加工，釋放焊接和機加工過程中存在的殘余應力，保證工件最終成形尺寸滿足圖紙技術要求。

3.2加強環的加工

加強環采用粗加工→振動去應力→精加工的方法，通過中間消除切削應力的辦法，避免工件因加工產生變形，保證了工件成形后的圓整度，平面度。具體工藝措施如下：采用40mm厚5A06鋁板使用等離子切割機切割Φ550mm外圓，內腔單邊留8mm余量，校平直，粗車外圓Φ540mm，車30mm兩端面，粗銑內腔單邊留3mm余量，再次校平直。將多件加強環壓緊在振動平板上，振動消除切屑應力，減少加工成形后的應力變形。精車外圓Φ534mm成形，精銑內腔尺寸成形，鉆、攻各螺紋孔，修銼各拐角處清角，最后再次精校平，保證圖紙尺寸要求，通過上述工藝措施保證了加強環的成形質量。

3.3整體組焊

我們先將中間立板立放在焊接平臺上，墊起支撐穩當，檢查中間立板的平面度、直線度以及各項尺寸滿足圖紙技術要求。在中間立板上劃出各加強環的擺焊位置線，將各加強環依次套在中間立板上，使用氬弧焊機點焊牢固，安裝上兩件導向條，導向條對稱安裝，然后以導向條為基準，對稱檢查并修正結合件的直線度。劃出各縱向通筋位置線，按線擺焊各縱向通筋，點焊牢固。再擺焊各環間縱筋，點焊牢固，再次以導向條為基準，對稱檢查并修正結合件的直線度。為了防止各加強環因受壓變形，擺焊時我們采用將中間立板懸空立放的方案，使加強環不承受中間立板的重力，避免各加強環因受壓變形，保證圓形通道的直線度及圓整度均不大于1mm。

為減少焊接變形，我們將所有零件全部擺焊到位后，先進行點焊牢固，然后整體采用對稱施焊和跳躍焊接的方式，減少焊接產生的應力集中，避免因焊接應力導致工件變形量過大，造成修正困難，整體焊接完成后，我們再次以導向條為基準，對稱檢查并修正結合件的直線度，保證圓形通道的直線度及圓整度均不大于1mm。通過整體檢驗，鋁型材架體各部分尺寸達到了圖紙技術要求。

結束語：通過本次鋁型材架體制造，增加了我公司超長工字型梁類拼焊加工經驗，采用合理的拼接位置和拼接方式，方便焊接人員進行焊接，避免出現焊接缺陷。同時焊接時采用對稱、跳躍施焊，減少焊接變形，降低焊接變形的修正難度。多層焊道層間用電錘錘擊焊道，減小焊接應力集中，層間清理焊道，保證焊接質量，整體焊接完成后采用振動去應力，避免后續機加工時，出現較大的焊接殘余應力造成整體變形，影響產品最終成形質量。通過焊接前、焊接后檢測零件尺寸及變形量，積累了該類零件的焊接收縮量和變形量的實際數據，豐富了我公司制造鋁型材架體籠狀類零件的加工經驗，提高了我公司加工該類產品的技術能力，為客戶提供更高質量的產品。

參考文獻：

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