摊铺机底框架制造工艺优化及应用.pdf

36工程机械与维修TECHNOLOGY&MAINTENANCE技术维修0 引言底框架是摊铺机上的一个重要结构件，用于连接机架侧板与履带梁安装板、支撑输料底板、输料刮板链等，其制造质量将直接影响摊铺机整体结构强度、输料平稳度等1。其结构由折弯板、方管、支撑板及配重等部件拼接而成。目前，本公司摊铺机底框架，存在生产周期长、产品质量无法保证、焊接变形量大等一系列问题，制造工艺优化工作还存在较大的提升空间。为解决上述问题，技术人员从工艺路线、拼点工装、焊接变形控制三个方面进行优化改进，以便进一步提升底框架生产效率、产品质量，降低制造成本。1 摊铺机底框架组成与分类1.1 结构组成摊铺机底框架为平面框架式结构，纵向方向由折弯板拼接而成，横向分布三排，折弯板两端与中间连接过渡位置由 120mm120mm 方管、t30 支撑板横向贯穿支撑，部分型号底框架端部连接配重，如图 1 所示。1.2 结构分类虽然底框架中的配重外形及数量不尽相同，但按结构形式可分为有配重与无配重两类，有配重的又可分为连接式焊接与嵌入式焊接两种。此外，根据输料底板在底框架上的装配形式方式不同，底框架可分为有孔与无孔两大类，二者工艺路线也有所差距。有孔式底框架工艺路线为：一道拼点一道焊接火焰校形钻孔二道拼焊；无孔式底框架工艺路线为：一道拼点一道焊接火焰校形二道拼焊。2 摊铺机底框架制造工艺的不足经实际生产与装配工序反馈情况分析，底框架制造工艺主要存在如下问题：2.1 输料底板难装配输料底板装配时，无法平铺于底框架之上，需人工打磨输料底板接触面至平整。分析认为，这是因为底框架折弯件由等离子切割，切口参差不齐，导致装配干涉。2.2 钻孔与螺柱加工精度难以保证有孔式底框架焊接后需先人工划线，再用摇臂钻床进行钻孔加工，孔距精度难以保证，生产周期长，影响生产进度，属瓶颈工序。此外，与底框架连接的输料底板螺柱规格为 PD M1235，底框架孔大小为 16mm，理论装配余量2mm，但实际生产中发现，螺柱存在焊接不匀、垂直度差问题，装配过程中常出现装配干涉，需进行扩孔处理。2.3 焊接后纵向易发生弯曲变形底框架结构纵向方向上为折弯件拼接，横向方向上摊铺机底框架制造工艺优化及应用石海洋（徐工集团工程机械股份有限公司道路机械分公司，江苏徐州 221004）摘要：摊铺机是公路建设中必不可少的一种机械，其底框架是摊铺机重要结构件之一，具有平衡整机重心、支撑输料底板、输料刮板链等作用。原底框架制造工艺存在生产周期长，焊接变形量大，产品质量难以保证等缺点。为解决以上问题，技术人员结合实际情况，从工艺路线优化、拼点工装改进、焊接变形控制三个方面，来提高底框架生产效率与产品质量。经生产验证，优化后的制造工艺缩短了生产周期，产品质量得到有效保证。关键词：底框架；工艺优化；工装；焊接变形图1 底框架结构示意图CM&M 2023.0437由方管和支撑板贯穿支撑，其焊道位置分布于折弯件与方管、支撑板、配重之间。整体焊道分布为一面焊道数量多，一面焊道数量少，纵向方向分布不均匀，横向焊道均匀对称，从而导致焊接后纵向方向上发生弯曲变形，中间变形量小，两端变形量大，横向方向上几乎无变形。焊接后需采用人工火焰校形，费时、费力。3 底框架制造工艺改进方案3.1 工艺路线优化3.1.1 采用激光切割下料摊铺机底框架的折弯板采用的是 t8 Q345 号钢，由等离子下料切割。因现场等离子切割机使用年限长，易出现切割纹、斜口等缺陷，缺陷不稳定，不易控制。为解决上述问题，可使用公司内的 12kW 大幅面光纤激光切割机切割折弯板，将工艺更改为激光切割下料，来提高切割质量2。3.1.2 采用激光切割机成孔并加大孔径有孔式底框架由摇臂钻床钻孔加工，配合人工划线，生产周期较长，影响机架生产进度。经结构形式与生产方式分析，采用激光切割机将孔直接切割出来，在拼点工序来保证孔距要求，即可替代钻床加工，减少一道工序，缩短生产周期约 45min/件，降低制造成本。此外，为保证产品质量的稳定性，还需将框架孔由 16mm 增大为 18mm，与输料底板进行螺栓配合。3.1.3 改进工艺的验证为验证以上工艺方案的可行性，技术人员以常规型号底框架（有孔式）为研究对象进行生产验证。由激光切割出的折弯件切口与表面垂直，切割表面光洁美观，切割孔粗糙度满足设计要求。拼点作业时，为保证孔距要求，在原拼点工装上铺设检验样板，底框架拼点后，测量验证合格。装配过程中，输料板与底框架紧密贴合，无干涉现象，无需打磨处理。底框架现场装配如图 2 所示。综上，优化后的工艺满足生产要求。虽然实验成功，但若无样板检验底框架孔距，容易因拼点误差大而导致装配干涉风险，为此需通过拼点工装改进，来保证孔距精度要求。3.2 拼点工装改进3.2.1 工装改进方案为保证有孔式底框架拼点后孔距精度，需对原拼点工装进行优化改进。因折弯件采用激光下料，精度高，切割质量好，设计人员制定了 2 种工装改进方案：一是直接以孔来进行定位，在原工装上对应孔的位置钻出定位孔，并插入定位销；二是原定位形式不变，在原工装上对应孔的位置钻出检验孔，拼点时目视检验是否孔距合格。优化后工装如图 3 所示。3.2.2 方案验证通过生产验证，两种方案拼点出的底框架在装配过程中，均无需打磨，输料底板螺柱与底框架无干涉，无需扩孔处理，产品质量合格。然而方案一因使用销轴定位，将折弯件插入销轴中，需人工调节，难以操作，所用时间为 55min/件，且易出现磕碰。方案二方便快捷，容易判断孔距是否符合要求，所用时间为 45min/件，且具有检验来料件是否合格的功能。综上，采用方案二作为工装优化方案。3.3 焊接变形控制3.3.1 焊接变形类别在对工件展开焊接过程中，若发现其焊件在形状以及尺寸方面出现变化，则代表着其构件同样存在变化。这种受到焊接影响所出现的变形问题，便是焊接变形3。底框架折弯板与方管、支撑板之间的焊缝截面上下不对称，导致焊缝收缩不对称，进而产生一定的变形，属于角变形。底框架整体焊缝上下面分布不对称，造成其焊缝纵向收缩存在着不一致，进而导致焊件整体两边向一侧弯曲，属于弯曲变形。若施焊方向、焊接顺序操作不当，将出现扭曲变形，导致底框架的平面度不满足要求。一般来讲，焊接变形可通过合理的焊接顺序、刚性固定法、反变形法等来进行控制4。3.3.2 焊接变形情况跟踪为减少底框架焊接变形，技术人员以常规型号底图2 底框架现场装配图3 优化后工装a 全景图b 底部螺柱安装图38工程机械与维修TECHNOLOGY&MAINTENANCE技术维修框架进行工艺研究。现场跟踪 10 件底框架焊接后的变形情况发现，底框架为整体弯曲变形，头部变形量为1618mm，尾部变形量为 1416mm，从两头向中间呈递减趋势，1/4、3/4 位置处变形量分别为 67mm、45mm。焊接变形后的校正时间平均为 60min/件。底框架焊接变形如图 4 所示。3.3.3 焊接顺序分析技术人员针对底框架现场焊接先后顺序进行分析。焊接顺序为：焊接底框架侧部焊接底框架下部焊接底框架另一侧部焊接底框架上部，如图 5 所示。底框架内部的焊接顺序及焊接方向不统一，焊接时间为65min。分析认为，先焊接侧部较为合理，但随后焊接下部将造成底框架两端向下变形。3.3.4 制定改进方案为减少焊接变形量，技术人员制定了两种改进方案：一是先焊接底框架两侧部，再焊接上部，最后焊接下部。两侧焊道焊接后，起到支撑加固作用，以此来削减两端向下变形量。二是两底框架下部相接点焊固定在一起，采取典型的刚性固定法，以减小焊接变形。其整体焊接顺序与方案一中的要求相同，两件底框架内部同一部位处的焊道连续焊接，两侧部及上部焊接完毕后冷却彻底，再割开点固焊点。底框架焊接点固如图 6 所示。3.3.5 方案评估技术人员以两种方案各焊接 4 个底框架进行方案评估。施工过程中发现：方案一增加了一次底框架翻转，时间约 8min，平均焊接时间约 73min；方案二增加了点固、割除打磨点固焊点的时间，约 15min，平均焊接时间约 80min。焊接后对变形量进行了测量，结果如表 1 所示。由表 1 可以看到：方案一两端焊接变形量减少约 68mm，1/4、3/4 位置处变形量减少约 12mm；方案二焊接变形量两端减少约 89mm，1/4、3/4 位置处变形量减少约24mm，方案二焊接变形控制优于方案一。两种方案焊接后的底框架校正时间分别约为 25min/件、20min/件。综上可知，改进方案一焊接校形时间为98min/件，效率提升21.6%；改进方案二焊接校形时间为 100min/件，效率提升 20%，且需重新改制焊接工装。因此，将方案一作为优先焊接变形控制方案。虽然通过优化焊接顺序的方式，减少了底框架部分焊接变形量，但焊接变形仍较大。后期我们将结合公司底框架焊接工作站项目，通过采用焊接工装预变形的工艺，进一步控制焊接变形。4 工艺优化效果按照优化后的工艺，对常规产品型号底框架进行了6 个月的生产制造验证。此过程中跟踪记录发现，产品质量均符合设计要求，装配无反馈，市场验证合格。此外，通过取消钻孔工序与焊接变形控制，生产周期平均减少53min/件。按此计算，每年可节约成本约 10 万元。将该工艺推广应用于其他底框架产品，有利于提高产品质量，缩减生产周期，减少员工劳动强度，节约制造成本。参考文献1 李志虎.沥青混凝土摊铺机关键部件有限元分析J.工程机械,2022,53(9):101-104.2 宋维建.万瓦级激光切割装备及技术 J.金属加工(热加工),2018(3):22-24.3 王军.船舶焊接变形与控制策略分析J.船舶物资与市场,2022,30(9):39-41.4 汪超.工字梁车架焊接变形控制 J.机械制造,2022,60(3):60-62.图4 底框架焊接变形示意图图5 底框架焊接顺序步骤图6 底框架固定配合a 底框架侧部 b 底框架下部c 底框架另一侧部d 底框架上部 表1 底框架焊接变形测量数据 mm头部1/4 处3/4 处尾部原工艺161867451416方案一912453468方案二811232357头部1618mm1/4位置67mm3/4位置45mm尾部1416mm