一种大型异形件制作工艺的探讨

前言

大型异形件的制造一直以来都是制造业的难题，而冶金行业的关键零部件，往往都是大型、甚至超大型异形件。从毛坯制作阶段开始就要兼顾到零件后续的加工方法和难度，必要时，还需要分步制作。大型异形件的加工，通常都需要两种以上的大型数控机床协同完成，涉及多道装夹和转接工序，精度难以保证，实际效果差。加工方法和工装的合理选用，能大大提高生产效率。因此，本文以一种大型异形零件为列，阐明工序的合理衔接和工装选择的重要性。

1 零件介绍

本文介绍的零件是一种用于铁水堵口的冶金备件，名称为支座。本体制造方式可整体铸造，亦可分段制作后拼焊而成。整体立体图示意图外形如图1。

由图1 可以看出，零件外形可由支座上回转平面处且分为上下两部分，即立柱和底座。两者作为整体加工，零件不仅装夹不便，对机床的要求也高。需要注意的是，立柱上的Φ139H7/Φ145H7 及36K7键槽等关键加工部位，均需保证与底座所成的夹角。

图1 支座立体示意图

2 毛坯制作要点

该支座是一个两面夹角型的回转体，底座上下端部均是一个带孔凸缘法兰，内部为一个凹字形腔体，可用铸造或者焊接结构完成，毛坯易于成型，但考虑到铸造成本高、难度大，建议采用焊接结构；立柱部分是个G字状异形体，结构稍显复杂，又是支座的主要受力部位，容易产生应力集中，不适合采用焊接，适用铸件制成。鉴于其特殊性，采用焊接+铸造的方法完成。需要特别说明的是，立柱部分采用ZG270-500铸造完成后需要进行调质处理和探伤处理，表面和内部均不得有影响力学性能的缺陷，非加工面亦不可留有余量；底座法兰与围板需要加工有0.7 倍板厚的焊接坡口，采用气体保护焊进行焊接，组焊前需要预热，焊后进行保温，然后整体进行去应力退火，加工之前对焊缝再进行磁粉探伤。考虑到加工的经济性，立柱与底座分别制作完成后，暂不组焊。

3 加工工艺

3.1 立柱加工工艺（焊前）

立柱零件图见图2。立柱的主要加工内容与底座存在较高的相对位置要求，转接加工时，需要确保零件上刻有下道工序的定位基准，立柱本体上焊接前的加工工艺见表1。

图2 立柱零件图

表1 立柱加工工艺卡（焊前）

3.2 底座加工工艺（焊前）

底座的加工比较复杂，因为该零件涉及到9.95°的法兰加工。底座底部的法兰面和顶部的法兰面，需要加工的部位是相反的，这注定了两个斜面不能同时加工。同时，法兰面所成角度与立柱也有位置要求，形位公差必须得完全得到保证。上部法兰面周围还有Φ1625h6 的尺寸公差需要保证，数控镗床或数控铣床加工Φ1625h6 又容易产生椭圆现象，只有立车才能既快又好地完成加工任务。因此，设计一个合理的工装则成为了最佳选择，不仅可以减少斜面装夹和加工的难度，尺寸和形位公差更可以完全保证。底座零件图见图3。

图3 底座零件图

工装的设计要求不高，只需要满足能准确定位底座和将底座的9.95°转化为0°即可。针对这两点要求，工装设计了定位销孔和9.95°的斜面：销孔用来定位、斜面用来“扳平”底座两面的夹角，使得其在加工时法兰面可以呈现水平位置摆放，减小加工和找正难度。工装可采用Q235-A 钢板进行放样、卷制、焊接制成毛坯，然后竖立在数控铣床上加工9.95°上下面并钻销孔用于定位底座。

根据设计好的工装，制定底座（焊前）的加工工艺如表2。

表2 底座加工工艺

3.3 支座加工工艺（焊后）

根据立柱和底座的前期加工情况，两单体均已完成定位基准的加工，后续只需将立柱和底座组装、焊接再利用工装加工即可。详细工艺路线如表3。

表3 支座加工工艺

3.4 成品检验

使用万能角度尺、游标卡尺、内径量表、外径千分尺等量具，结合几何三角关系公式，测量和计算支座检验记录如表4。

表4 支座成品检验记录表

4 结论

通过本次大型异形件的工艺探讨，我们不难发现，只需要认真分析零件的用途、构造，运用合理的工艺思路，例如分体制作、多次转接等，再借助装配钳工、划线钳工和普通立车等低成本生产方式，制作简易的工装，只需要数控铣床的简单配合，也完全能生产出合格产品。合理编排的多工序生产工艺，不仅没有增加加工的不可控性，而且减少了数控机床的使用率，降低了生产成本。

文章来源：《冶金与材料》 网址: http://www.yjyclzz.cn/qikandaodu/2021/0125/729.html