大型薄壁缸体防变形工艺

大型薄壁缸体是设备上的关键件,这种缸体尺寸大,加工难度也大,缸体在加工过程中产生的变形也大。为了保证零件的质量,我们经过多次实验,从中找出缸体变形规律,采用防止变形的措施,确定出加工工艺方案,使薄壁缸体的加工均达到设计要求。按原工艺加工的首件缸体变形量为0.5～0.7mm。因缸孔内装有外购配套的异形密封环,无法满足使用及采取相应补救措施。我们即用此首件作为试验件。将工件1710mm长度分成前、中、后3段,每段在内圆周上取对称4处,在各个工序之后检测各点变形量,并作好记录,再比较及分析。现仅介绍为防止加工中及完工后缸体变形所采取的相应工艺措施。以图1所示薄壁缸体为例,该件为Q235A钢板卷焊件,完工后壁厚为20mm,重量近600mm。

图1薄壁缸体

一、变形原因与工艺改进

经验证分析,薄壁缸体变形包括以下几方面:

因薄壁板卷筒焊接生产过程产生内应力所致;

零件经粗、半精及精加工所产生应力不平衡引起的;

因工件装夹不当而产生变形及综合应力影响所致;

工件加工工序由于周转、吊运摆放不当等客观因素的影响。

综上所述,在工艺上采取如下措施:焊接 → 退火 → 粗加工(内孔留4～6mm加工量)→ 二次退火 → 半精加工(留量1～2mm) → 时效(自然时效48h) → 精加工。虽工序较长,但工序间多次定性热处理,多次检测验证,残余应力消除效果明显,克服了焊接及机械加工过程中所产生应力的影响,使精加工后精度稳定。变形量由原来的0.6～0.8mm降到0.1～0.2mm,取得明显效果,基本满足设计使用要求。

二、最大限度减小装夹变形

薄壁缸内孔加工是在卧式大型车床上进行的,所用专用夹具设计合理、性能稳定,满足了加工要求(见图2)。工件以外径、端面定位。由压板予以紧固。因缸体长,为克服自重的影响,由4根加长螺栓和盖板作辅助夹紧。在工艺验证中,工件完工后现场检测时,孔径在公差范围内;但工件卸下后,变形达0.3mm,过2日达0.4mm。经分析观察,这是因为工件尺寸较大,操作者担心工件夹压不紧会产生振动而影响缸体加工质量,使夹紧力过大而产生人为变形。如何选择合适的夹紧力,使夹紧与松驰后工件的变形与尺寸恢复力求达到平衡,尽量减小对加工后的精度影响,这是需要解决的问题。我们采用力矩扳手夹压工件,并控制夹紧力。夹紧工件时要对称施力,预紧时为150N,二次紧固时达350N。应用力矩扳手使工件受力均匀,对称夹紧,从而保证夹紧力趋于平衡。工件完工卸活后达到变形相对平衡,加工精度趋于稳定,使薄壁缸体因夹压而引起的变形有效地得以控制。

三、完善吊运工艺及工位器具

根据工件特点,对工件吊运、转运,摆放均提出相应的要求,利用工件右端螺孔采用专用吊装工具及高强度柔性尼龙绳,使工件便于翻转、安夹、拆卸和吊运。工件宜直立摆放,备有专用工位器具及垫块,避免磕碰划伤。防止因生产管理不善而产生工件变形,从而保证其加工精度的稳定性。

综上所述,通过对薄壁缸体变形的分析以及采取消除焊接应力,粗、精加工分开,多次退火,时效定性处理,消除机械加工中的残余应力。采用力矩扳手等一系列工艺措施,加工出合格的缸体,卸压后缸体的变形很小,加工精度达到了设计及使用要求。

(作者单位:浙江省嘉兴高级技工学校)