CN103231212A - 超长焊接同类件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长焊接同类件的大型工件的加工方法，能够利用常规机床加工多个尺寸要求相同的超长焊接件，且精度要求高的加工方法，其同类件的每件包括前段、后段、中间段，加工方法步骤包括：A.对前段、后段和中间段分别进行粗加工；B.将前段成组精加工；C.各段之间整体焊接、局部消应；D.在机床工作台外安装定位平台，安装基准面与前段的相对应定位基准面贴合；精加工后段上配对结构的需要配合部位；E.加工完成的首件保持原位不移动；以首件的后段12作为模板，加工第2件的需要配合的部位；F.重复步骤E，完成其他余下超长件的加工。本发明能够利用现有的机床对进行加工，而且能够保证各加工件之间的尺寸误差。

Description

超长焊接同类件的加工方法

技术领域

本发明涉及大型工件的加工方法，尤其是适用于多件超长且尺寸要求相同焊接件的加工方法。

背景技术

随着目前超大型设备的不断发展，超过加工设备的加工尺寸的超长件的数量和精度要求越来越高，而受到机加工设备自身尺寸的限制，对加工的工艺要求也相应的越来越高。

如大型热模锻压力机中的C形板，成品外形尺寸为：厚350㎜×宽4650㎜×长36190㎜，重量：250000㎏/件。C形板5件一组，组成压力机的一个立柱，四个由C形板组成的立柱与上隔梁、上夹紧梁、上十字键、下夹紧梁、船形板、下十字键和大拉杆、小拉杆等零件关联组成800MN压机的主体框架，因此必须严格控制20件C形板的总长尺寸、键槽定位尺寸等关键尺寸的相对误差，才能保证各立柱的安装装配精度，而目前能够满足这种C形板加工的大型机床几乎没有。上世纪乌克兰曾有650MN压机制造的经历，为了加工20件C形板而专门修建了厂房，设置了两台大型镗铣床在同一导轨上运动，导轨长度为50米，采用的是五件一组同加工方法，在两台大型镗铣床上控制20件关键尺寸一致。而要采用上述方法，需要设置专门的加工场地和连体机床，如果要创造与乌克兰同样的加工条件，需投资近数亿元，且前期准备的工期长，将影响整个加工周期和进度，因此就需要在利用现有的设备基础上，找到能够完成此类产品的加工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够利用常规加工机床保证多个尺寸要求相同的超长焊接件精度要求高的加工方法。

本发明解决其技术问题所采用超长焊接同类件的加工方法，其同类件包括至少两件成品尺寸一致，每件成品包括至少需要精加工的前段、后段，以及与前端和后段焊接的中间段，

其加工方法步骤包括：

A.对前段、后段和中间段分别进行粗加工，包括：各配对结构部位的半精加工、非配对结构部位按照设计要求加工、连接焊缝的焊接坡口加工；

B.将前段成组统一装夹，对配对结构部位精加工；或者将首件已加工的前段作为模板对其他前段的配对结构部位精加工；

在前段、后段和中间段上选择组焊定位基准面和加工定位基准面；

C.根据组焊要求组装组焊定位工装，并对组焊定位工装的定位基准面找正固定，吊装前段、后段和中间段在组焊定位工装上，并将相对应的组焊定位基准面相贴合；

对正各段之间的连接焊缝4坡口；

整体焊接、局部消应；

D.在机床工作台上安装等高垫块，

在机床工作台外安装定位平台，在上述定位平台上安装支承垫块，

调整等高垫块、支承垫块的安装基准面，

将组焊完成的首件超长件吊装在装支承垫块和等高垫块上，通过支承垫块上的安装基准面与前段的相对应定位基准面贴合；

精加工后段上配对结构的需要配合部位，直至满足设计要求；

E.加工完成的首件超长件保持原位不移动；

将第2件超长件与首件超长件同方向装夹，通过调整和激光跟踪仪复查，保证第2件超长件的前段加工基准面与首件超长件前段的加工基准面的相同部位共面，然后将第2件超长件装夹固定。以首件超长件的后段12作为模板，加工第2件超长件后段12上配对结构5的需要配合的部位，直至满足设计要求；

F.重复步骤E，完成其他余下超长件的加工。

作为本发明的一种改进，在步骤D中，调整等高垫块、支承垫块的安装基准面时采用激光跟踪仪进行基准面检测，同时保证定位平台侧的垂直基准面与机床X轴运动方向平行。

作为本发明的另一种改进，在步骤D中，机床工作台上的等高垫块基准面利用上述机床进行同一刀加工。

作为本发明的一种改进，在机床工作台和定位平台之间安装有辅助支撑。

采用本发明的加工方法，能够利用现有的机床对超过机床加工尺寸的高精度要求大型焊接件进行加工，减少了设备投入和改造成本，而且由于采用首件已完成加工件作为模板加工，能够保证各加工件之间的尺寸误差，有利于在安装中的调整和配合。

附图说明

图1：大型热模锻机立柱装配示意图；

图2：大型热模锻机立柱的C形板结构示意图；

图3：C形板组焊定位工况示意图；

图4：C形板精加工定位工况俯视图；

图5：C形板精加工定位工况主视图。

图中标记：1-超长件，11-前段，12-后段，13-中间段，2-连接组件，4-连接焊缝，5-配对结构，51-装配定位面，52-连接孔，61-前工装,62-后工装，63-中间工装，7-机床工作台，8-辅助支承，9-定位平台，10-后平台，15-等高垫块，16-支承垫块，17-机床刀头。

具体实施方式

需要加工的超长工件1至少为两件以上，并且在各加工完成后的超长件上有需要相互尺寸和精度一致的配对结构5。每件超长工件1分为三段，包括需要精加工保证加工尺寸和精度的前段11、后段12，以及与前段11和后段12焊接连接的中间段13。

具体加工步骤包括：

1.分别对各超长件1的前段11、后段12和中间段13分别进行粗加工，包括：

1）分别组焊完成前段11、后段12和中间段13。

2）对各超长件1之间的配对结构5的部位半精加工，单面留余量；

对各超长件1之间的非配对结构部位按照设计要求加工；

按照设计要求加工连接焊缝4的焊接坡口。

2.对前段11精加工

将成组的前段11统一装夹，然后对配对结构5部位精加工并符合设计要求。

如前段11数量大，一次装夹不能完成，则将已经加工完成的首批前段11中的一件作为首件作为加工基准的模板，然后再将其他未精加工前段11与首件前段11一起装夹进行精加工，保证所有前段11的加工尺寸和精度一致。

在前段11、后段12和中间段13上已经加工的部位中根据后期焊接和加工要求的装夹需要选择定位基准面。

3.组焊定位工装安装及调整焊接

1）组装焊接工装

根据组焊要求组装组焊定位工装，该组焊定位工装包括：对前段11、后段12分别定位的左工装61和右工装62，以及对中间段13定位的中间工装63。

将左工装61、右工装62和中间工装63的垂直和水平定位基准面初调找正定位，然后用激光跟踪仪精确测量左工装61、右工装62的基准面误差和共面程度并找正调整到要求误差范围之内，然后固定。

2）将前段11吊装到左工装61上，并将前段11的定位基准面与左工装61基准面相贴合，按工装要求调整并控制前段11定位基准面与左工装61基准面之间的间隙满足焊接变形要求，然后固定。必要时配磨安装垫板调整。安装完成后用激光跟踪仪复查安装参数，如不满足安装要求再修正，直至满足安装要求。

吊装中间段13到中间工装63上，按焊接工艺要求对正对与前段11之间的连接焊缝4坡口，然后固定。激光跟踪仪测量找正，保证中间段13的定位基准面与中间工装63基准面之间的贴合，并保证贴合间隙满足焊接变形要求。

将后段12吊装到右工装62上，并将后段12的定位基准面与右工装62基准面相贴合，按工装要求调整并控制后段12定位基准面与右工装62基准面之间的间隙满足焊接变形要求，并同时保证后段12与前段11的安装误差在公差范围内，按焊接工艺要求对正对与中间段13之间的连接焊缝4坡口，然后固定。必要时配磨安装垫板调整。安装完成后用激光跟踪仪复查安装参数，如不满足安装要求再修正，直至满足安装要求。

3）整体焊接、局部消应。

4）松开焊接定位工装的固定，激光跟踪仪检查焊后尺寸和变形情况，并提供报告。

4.超长件成组精加工

1）在机床工作台7上安装等高垫块15，保证各等高垫块15水平安装基准面在同一水平平面内。具体方式可以通过激光跟踪仪对安装基准面检测进行调整，也可以利用本机床对各等高垫块15上平面一次加工完成形成共面的安装基准面。

2）根据组焊完成的超长件1的尺寸在机床工作台7外安装定位平台9，在上述定位平台9上安装支承垫块16。调整支承垫块16的水平安装基准面，激光跟踪仪进行安装基准面检测，保证满足加工精度要求。同时还要保证定位平台侧的垂直基准面与机床X轴运动方向平行。

为了保证定位平台9的稳定和减少震动对加工精度的影响，在定位平台9下面安装有重量大、稳定性好的铸钢件后平台10。根据超长件1的长度，还可以在定位平台9和机床工作台7之间安装辅助支承8，提高中间段13的稳定性。

3）将焊接完成的首件超长件1吊装在定位平台9和等高垫块15上，然后进行调整装夹。

超长件1的前段11位于定位平台9上，后段12位于等高垫块15上。调整前段11的水平定位基准面与支承垫块16的水平安装基准面贴合，激光跟踪仪检测前段11已加工的基准面与机床X轴的平行情况、如未达到加工要求精度，则再进行调整，直至符合要求。

4）精加工后段12上配对结构5的需要配合的平面、槽、孔部位等，直至满足设计要求。

5.加工完成的首件超长件1保持原位不移动，作为其后加工超长件的加工模板。

将第2件超长件与首件超长件同方向装夹，通过调整和激光跟踪仪复查，保证第2件超长件的前段11的加工基准面与首件超长件前段的加工基准面的相同部位共面，然后将第2件超长件装夹固定。以首件超长件的后段12作为模板，加工第2件超长件后段12上配对结构5的需要配合的平面、槽、孔部位等，直至满足设计要求。

6.重复第5步骤，完成其他余下超长件的加工。

实施例1

如图1所示，大型热模锻压力机的每个立柱由一组C形板组装而成，C形板之间用连接组件2连接，相应的在各C形板上需要加工如图2所示的与连接组件2配合的配对结构5。该配对结构5包括装配定位面52、连接孔51等，由于C形板的长度达到数十米，在加工和安装过程中受外部环境的影响，热胀冷缩和加工误差容易造成最终的配对结构尺寸不能保证立柱组装后的质量和精度，因此需要在相同条件下将C形板配对或同形加工，才能满足最终产品的质量。以下结合附图，对大型热模锻压力机中的C形板的加工工艺步骤进行说明。

步骤A、

将C形板分为前段11、后端12和中间段13，前段11和后端12上设置有需要精加工的配对结构5，中间段13是用于将前段11和后端12焊接连接。

先将前段11、后端12和中间段13分别组焊成型，然后再分别利用普通机床设备进行粗加工，粗加工的部位包括：各配对结构5部位的半精加工、非配对结构部位按照设计要求的精加工、连接焊缝4的焊接坡口加工等。

步骤B、

将前段11成组统一装夹，对配对结构5部位精加工，保证各前段11的配对结构5尺寸相同；还可以采用先加工一件前段11，然后将已加工完成的首件前段11作为模板，然后再逐一装夹其他前段11，对其余前段11的配对结构5部位精加工。上述这两种方式主要是根据机床型号和前段11的尺寸大小进行选择，只要能保证满足最终的加工精度和尺寸即可。

在前段11、后段12和中间段13上的已加工面上选择组焊定位基准面和加工定位基准面，作为后期焊接和加工的基准面。

步骤C、

根据C形板组焊工装图要求组装组焊定位工装，包括对前段11和后端12进行固定和定位的前工装61和后工装62，引钢丝粗找正垂直基准面和水平基准面左右共面，稍加固定，然后用激光跟踪仪精确测量左右定位弯板垂直基准面的垂直度误差和共面程度、两侧定位弯板水平基准面的水平度误差和共面程度，要求误差均应在0.1范围内。如精度不满足要求，请钳工配合进行相应调整，适当是可配垫板调整，直到满足要求。

将C形板的前段11吊装到前工装61上，前段61的组焊定位基准面与工装基准面相贴，按工装图要求装定位心轴，配磨安装垫板，控制C形板前段11的组焊定位基准面与工装基准面间有0.03至0.05的间隙，满足焊接变形需要，激光跟踪仪复查。

吊装C形板中间段13，按焊接工艺要求对正与前段11之间的焊缝坡口。激光跟踪仪测量找正，要求C形板中板的组焊定位基准面与前段11和后端12的组焊基准面平面平行，误差小于0.1。

将C形板后段12吊装到后工装62上，后段12的组焊定位基准面与工装基准面相贴，并通过调整垫保证C形板后端12的组焊定位基准面与工装基准面间有0.03至0.05的间隙，后段12的焊接坡口与中间段13的焊接坡口对正。并要求中间段13与C后段12的组焊定位基准面平行，允许误差0.10。

整体焊接、局部消应；

松开固定，激光跟踪仪检查焊后尺寸和变形情况，并提供检测报告。

步骤D、

在机床工作台7上按照后段12的加工固定位置安装等高垫块15，为了保证等高垫块15等高和基准面共面，利用本身机床进行同一刀加工。由于组焊后的C形板长度超出机床工作台7的长度，因此在机床工作台7外安装定位平台9，并在上述定位平台9上安装支承垫块16。根据C形板需要加工的前段和后端的尺寸要求，调整机床工作台7上的等高垫块15、定位平台9上的支承垫块16的安装基准面。在机床工作台7和定位平台9之间安装有辅助支撑8，在前段11和后端13安装定位后，采用垫块等方式对中间段13进行支撑，减少中间段13的变形。

将组焊完成的首件C形板吊装在机床工作台7和定位平台9上，将上述等高垫块15、支承垫块16的安装基准面与前段11、后段12的相对应定位基准面贴合。激光跟踪仪测量C形板前段11已加工的面与机床X轴的平行情况、工件上平面与机床的水平情况如未达到0.07以内，则进行调整直至满足加工工装精度要求。

用机床刀头17精加工安装C形板后段12的配对结构5中需要配合部位，直至满足设计要求。

步骤E、

将上述加工完成的首件C形板保持原位不移动，激光跟踪仪精确测量C形板加工后的尺寸，并记录数据，首件C形板即为其它19件C形板的加工模板。

将第2件C形板与首件C形板同方向装夹，位于首件C形板的上方，即首件C形板的前段与第2件C形板的前段同向，首件C形板的后段与第2件C形板的后段同向，通过百分表找正调整和激光跟踪仪复查，保证第2件C形板的前段加工基准面与首件超长件前段的加工基准面的相同部位共面，然后将第2件C形板装夹固定。以首件C形板的后段12作为模板，加工第2件C形板后段12上配对结构5的需要配合的部位，直至满足设计要求，卸下第2件C形板。

步骤F、

采用与第2件C形板相同的加工方式完成其他余下C形板的加工。

由于C形板超长，超薄，严重受温度变化影响，温差十度，全长变化超过2mm,而加工精度要求高，生产周期长达七十二小时左右，在采用上述加工方法时，在首件C形板加工完成后，其余的C形板的加工环境和条件与首件相同，定时测量在加工中加工固定端基准面变化情况，避免了由于装夹误差、加工温度差等造成的成品加工误差，保证最终的产品精度要求。

Claims (4)

1.超长焊接同类件的加工方法，

其同类件包括至少两件成品尺寸一致，每件成品包括至少需要精加工的前段（11）、后段（12），以及与前端和后段焊接的中间段（13），

其加工方法步骤包括：

A.对前段（11）、后段（12）和中间段（13）分别进行粗加工，包括：各配对结构（5）部位的半精加工、非配对结构部位按照设计要求加工、连接焊缝（4）的焊接坡口加工；

B.将前段（11）成组统一装夹，对配对结构（5）部位精加工；或者将首件已加工的前段（11）作为模板对其他前段（11）的配对结构（5）部位精加工；

在前段（11）、后段（12）和中间段（13）上选择组焊定位基准面和加工定位基准面；

C.根据组焊要求组装组焊定位工装，并对组焊定位工装的定位基准面找正固定，吊装前段（11）、后段（12）和中间段（13）在组焊定位工装上，并将相对应的组焊定位基准面相贴合；

对正各段之间的连接焊缝4坡口；

整体焊接、局部消应；

D.在机床工作台（7）上安装等高垫块（15），

在机床工作台（7）外安装定位平台（9），在上述定位平台（9）上安装支承垫块（16），

调整等高垫块（15）、支承垫块（16）的安装基准面，

将组焊完成的首件超长件（1）吊装在装支承垫块（16）和等高垫块（15）上，通过支承垫块（16）上的安装基准面与前段（11）的相对应定位基准面贴合；

精加工后段（12）上配对结构（5）的需要配合部位，直至满足设计要求；

E.加工完成的首件超长件（1）保持原位不移动；

将第2件超长件与首件超长件同方向装夹，通过调整和激光跟踪仪复查，保证第2件超长件的前段加工基准面与首件超长件前段的加工基准面的相同部位共面，然后将第2件超长件装夹固定。以首件超长件的后段12作为模板，加工第2件超长件后段12上配对结构5的需要配合的部位，直至满足设计要求；

F.重复步骤E，完成其他余下超长件的加工。

2.如权利要求1所示超长焊接同类件的加工方法，其特征在于，在步骤D中，调整等高垫块（15）、支承垫块（16）的安装基准面时采用激光跟踪仪进行基准面检测，同时保证定位平台侧的垂直基准面与机床X轴运动方向平行。

3.如权利要求1所示超长焊接同类件的加工方法，其特征在于，在步骤D中，机床工作台（7）上的等高垫块（15）基准面利用上述机床进行同一刀加工。

4.如权利要求1所示超长焊接同类件的加工方法，其特征在于，在机床工作台（7）和定位平台（9）之间安装有辅助支撑（8）。

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