焊（hàn）接殼體組成內孔加工變形分析及工藝改進

鑒於焊接殼體組成內孔車削中出現的批量尺寸超差問（wèn）題，對加工過程中的焊接應力時效和（hé）工藝方法不當等影響因素進行全麵（miàn）分析，通過對多種規格的焊接殼體組成采用不同的工藝改進措施，找出造成內孔超差的主要原因，解決了加工後變形的慣性質量問題（tí）。

1  序（xù）言

圖1所示焊接殼體組成（以下簡稱殼體組成）是鉤緩（huǎn）裝置緩衝係統（tǒng）的重要部件之一。其內孔車削（xuē）加工完成後，受結構焊接應力時效（xiào）釋放和加工工藝性等因素影（yǐng）響，出現了較大的內孔變形，導致（zhì）尺寸超差的慣性（xìng）質（zhì）量問題。經過對各型號殼體組成的內孔變形原因的分析[1]，采用不同的工藝改進措施進行（háng）試驗驗證，基本查明了內孔產生變形的主（zhǔ）要原（yuán）因。

通過改進殼體組成加工（gōng）工藝過程，完善加工操作細節（jiē），最終解決了加工後變形造成尺寸（cùn）超差的慣性質量問題（tí）。

圖1　焊接殼體組成

2  殼體（tǐ）組成結構

公司已有30餘種不同型號的殼（ké）體組成，每（měi）年（nián）生產數量達4000多件。殼體組成主要由拉（lā）環（huán）（見圖2）和殼體（見圖3）兩大零件經焊接組成。殼（ké）體外圓分布（bù）許多焊（hàn）接金屬子件，整體結（jié）構屬於薄壁深孔類工件[2]。

圖2　拉環

圖3　殼體

3  原加工工藝（yì）分析

3.1 原加工工藝

殼體組（zǔ）成原加工工（gōng）藝為：焊接→探傷→精車外圓工藝麵→粗（cū）車內孔→放置72h釋放應力→精車內孔各尺（chǐ）寸和內螺紋→銑、鏜等加工殼體外形孔和槽。

3.2 存在的問題

圖4為（wéi）T997殼體組成結（jié）構尺寸。對按原工藝加（jiā）工的7個零件（用於裝配1列高鐵（tiě））進行尺寸測量，結果見表1。

從表1中的測量結果看，凡外圓尺寸（cùn）偏差大（dà）者，對應的內孔尺寸偏差也大，特別是尺寸偏差超過0.1mm的3個（gè）內孔超差的零件，均存在這個規律。

殼體內孔尺寸設（shè）計公差帶為0.1mm，加工完成後內孔尺寸偏差均在0.07～0.33mm，超差現象明顯，且數量占比近半，可以（yǐ）定性為慣性質量問題。

圖4 T997殼體組（zǔ）成結構尺寸

表1　T997殼體組成尺寸測量結果

（單位：mm）

3.3 超（chāo）差對產品的影響

殼體內孔超差後，會（huì）造成（chéng）裝配間隙超標，引（yǐn）發內部零件定（dìng）位失效，從而導致裝配不合格。經調查，因組裝間隙不（bú）合格而返修的部件占比20%，造成大量（liàng）工時浪費。此外， 殼體（tǐ）組成孔（kǒng）口端（duān）為M205×3-6H內螺紋，車（chē）削螺紋前內徑變形大會造成與端螺母裝配後，因間隙（xì）過大導致螺母有脫（tuō）出的（de）風險，是生產（chǎn）工藝中嚴格控（kòng）製的關鍵項點。由於殼體（tǐ）組成內孔超差（chà）後無法通（tōng）過（guò）重新加（jiā）工來修複，所以選配大直徑螺母作（zuò）為解決措施，會導致產品失去互換性，勢（shì）必給（gěi）日後檢修造成不便。如裝（zhuāng）配時出現漏檢，大的螺紋內徑與小的螺紋配合會產生嚴重的間隙超標，車鉤長時間交互縱向受力後易形成螺紋預緊力失效，給鉤緩裝置的長期安全運用（yòng）埋下（xià）了隱（yǐn）患。因此（cǐ），殼（ké）體組成內孔加（jiā）工變形問題涉及行車安全，應及時解決。

3.4 變形原因分析

根據對殼體組（zǔ）成加（jiā）工全過程進行跟蹤分析，找出（chū）造成殼體組成加工內孔超差的兩個主要原因（yīn）如下。

1）殼體（tǐ）組成焊接後存在焊接應力（lì）[3]，加工去除（chú）部（bù）分表麵材料（liào）後，應力得到初步釋放；從加工工裝（zhuāng）上取（qǔ）下工件後，再次形成時效變形，進一（yī）步加大了（le）加工（gōng）公差（chà）。

2）殼體外圓分布非（fēi）對稱接線端子（zǐ）及托台，易（yì）造成（chéng）類（lèi）似橢圓的大、小（xiǎo）徑現（xiàn）象。

4  改（gǎi）進（jìn）措施

根據尺寸超差係焊接應力（lì）造成的這個原因，有針對性地（dì）進（jìn）行工藝改進，提出兩種改進方案。

4.1 改進方案A

針對（duì）焊接應力導致變形這一原因，增加去應力退火（huǒ）工藝[4]，以有（yǒu）效消除焊接應力（lì）。對一（yī）組（zǔ）T997殼體組成在臥式車床上加工內孔後，加溫至300℃，保溫12h，充分冷卻後再分（fèn）別精加工外圓和內孔。去應力退（tuì）火後T997殼體（tǐ）組成尺（chǐ）寸測量結果見表2。

表2 去應力退火後T997殼體（tǐ）組成尺（chǐ）寸測量結果

（單位：mm）

4.2 改進方案B

針對加工工藝設計不合理（lǐ）的問題，進行（háng）加工工藝改進，把臥式車（chē）床原車削外圓再加（jiā）工內（nèi）孔的連續加工，改為先粗車內孔，然後從夾具中取下，放置24h以便充分釋放內應力後，再精加工外圓（yuán）。工藝改進後T997殼（ké）體組成尺（chǐ）寸測量結果見表3。

表3 工藝（yì）改進後T997殼（ké）體組成尺寸測量結果

（單位：mm）

4.3 兩種改進方案對比

由表2、表3兩組精加工後尺寸公差（chà）數據（jù）可發現如下特（tè）點（diǎn）。

1）表2中外圓加（jiā）工公差控製在0.03mm以內（nèi），表（biǎo）3中（zhōng）外圓加（jiā）工公（gōng）差控製0.10mm以內。

2）表2中內孔（kǒng）加工公差控製在0.05mm以（yǐ）內，比表1中的數據縮小一半，內孔變形控製效果明顯（xiǎn）。表3中（zhōng）內孔加工公差控製在0.09mm以內，說明內孔變形得到有效控製。

數據對比（bǐ）再次說明，外圓工藝麵的加工精（jīng）度對內孔（kǒng）加工精度有很大（dà）的影響。外圓加工精度高，內孔尺（chǐ）寸變形量就小（xiǎo）。主要（yào）原因是數控車床精加工內孔是以外圓工藝麵支撐中心架作為定位，如果（guǒ）外圓變形大（dà），加（jiā）上殼體為深孔薄壁結構，就很容易引起工件跳動，出現（xiàn）內孔加工變形量（liàng）大的問題。

3）比較（jiào）兩種（zhǒng）改進方案的優劣，雖然方案A改善效果更好一些，但是殼體組成數量多，工件尺寸大，增加（jiā）熱處理過程後工件周轉頻繁，影響生產效率，成本增加（jiā）較明顯。方（fāng）案B雖（suī）然加工精度比（bǐ）方案A略低（dī），但也能達到技術要求，後續還可通（tōng）過繼續細化工藝（yì）和規範操作細節（jiē），不斷提高加工精度。綜合考慮，選擇方案B作為控製殼體組成內孔加工變形的改進措施。

5  改進後（hòu）的加工工藝（yì）

根據前述研究結論，對（duì）T997殼體組成按改進方案B加大（dà）了試生產批量，經過多批次的加工工藝驗（yàn）證，進一步實施工藝細（xì）化步驟，逐步完善加工工（gōng）藝，最終內孔（kǒng）加工尺寸（cùn）偏差（chà）可（kě）穩定地控製在0.08mm以內，大大降低了操（cāo）作（zuò）人員對內孔精（jīng）度控（kòng）製的難度。工藝改進主要是將原車削外（wài）圓工序改為分成兩個工序（xù）實現，具體（tǐ）工藝步驟如下。

1）半精車內孔。車φ201mm內孔至尺寸φ199mm，孔（kǒng）口倒角1.5mm×30°，從機床上拆下工件，放置24h。孔口倒角的目的是為下一工序精車（chē）外圓時，尾座頂針頂在殼體孔口倒角處，保證內孔與外圓同心。同樣，在精車內孔時，頂正殼體保證外圓回轉精度。放置24h，主要是由於內孔加工（gōng）餘量大，半精車後要進行應力釋放，從而避免直接精車（chē）引起外圓變形大。

2）精車外圓工藝麵（尺寸≥220mm），保證圓度公（gōng）差在0.05mm以內。主要是為精加工內孔工序保證（zhèng）中心架的回轉精度。

6  細化作業規範

采用新工藝生產一段時間後，仍有個別超差零件出現。通（tōng）過分析，發現屬（shǔ）操作環（huán）節暴露（lù）出的問題。為（wéi）規範操作，更好地保證加工質（zhì）量，特細（xì）化作業規範，強調如下幾點。

1）尾座頂針（zhēn）頂緊殼體孔口倒角處，精車外（wài）圓後，在精車（chē）內孔工序發現內孔（kǒng）與外圓不同軸現象，經檢查，發現是由臥式車（chē）床尾座軸（zhóu）線與主軸不同軸（zhóu）造成的，及時調整後（hòu）加工（gōng）質量穩定。可見，機床尾（wěi）座定位精度差對加工精度有一定的影響，要（yào）求今後定（dìng）期（qī）校（xiào）正尾座精度。

2）修（xiū）打拉環中心孔（kǒng）。拉環原中心孔是在其他工序完成的，通過焊接機器人裝夾（jiá）定位焊接殼體組成（見圖5），拉環中心與殼體中心有不同軸的現象。還有個別中心孔加工質量差，造成工件跳動，都影響加（jiā）工精度。通過重新修（xiū）打拉環中心孔，保證精車外圓和內孔兩工序加工回轉精度一致；同時（shí）對一些殼體組成（chéng）沒有修打拉環中心孔工序的，要求增加修（xiū）打拉環中心孔工序。

圖5　通過焊接機器人裝夾定位焊接殼體組成

3）精車內孔工序要求用百分表（biǎo）檢（jiǎn）測外圓工藝麵跳動。目的是確保殼體組成上中心架處外圓回轉精（jīng）度，將導致變形（xíng）的因素的影響降到最低程度。

7  工（gōng）藝總結與推廣應用

經過對殼體組成超差問題的（de）原因分析（xī），在找出焊接（jiē）應力是根本原因的基礎上，有針對性地進行了兩種方案的工藝改進，均取得了圓滿成功。在綜合考慮成本和效率的基礎上，以方案B為基礎進行了（le）多批（pī）次小批（pī）量試生（shēng）產取得成功後（hòu），又針對加工中出（chū）現的個別現（xiàn）象細化了作業規範，使加工工藝最終得以全麵完（wán）善。目前，T997殼體組成內孔加工變（biàn）形量基本控製在0.05mm以內，比改進前實際加工公差縮小50%以上，獲得了較好的工藝改進效果。

此外（wài），運用新工（gōng）藝對多種型號殼體組成進一步實施（shī）加（jiā）工驗證。由於每一種殼體組成的尺寸結構、加工餘量和焊接（jiē）子件位置結構不同，所（suǒ）以采取的工藝細化措施也應有所（suǒ）側重。但修打拉環中心孔、精車外圓（yuán）工（gōng）藝麵（miàn）並嚴格控製圓度公（gōng）差的工藝（yì）細節均需嚴格（gé）執行。

自實（shí）施（shī）“解決焊接殼體組成內孔加工變形慣性質量問題”攻關項目以來，共完成30餘種型號的殼體組成內孔加工變形慣（guàn）性質（zhì）量工藝改進的驗證，批量生產的加工變形量都能控製在0.02～0.08mm，達到殼體組成內孔尺寸精度有效控製的目標（biāo），現已作為定型（xíng）工藝應（yīng）用於批量生（shēng）產。

8  結束語

質量攻關項目（mù）成果不僅切實（shí）解決了焊（hàn）接殼體（tǐ）組成內孔加工變（biàn）形慣性質量問題，同樣的思路用於解決其他部件加工質量不穩定的嚐試也已獲得初步成功。因此，該（gāi）項目成（chéng）果具有較好的推廣應用價值，為高鐵及（jí）地鐵鉤緩產品運用的（de）安全性和低成本等，從工藝（yì）方麵（miàn）提供了可靠保障。

本文作者（zhě）：徐偉、秦（qín）立（lì）兵、李鬆，僅做學習用，如有侵權（quán）請聯係刪除。