CN104057256B - 一种井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下大斗容铲运机举升大臂的标准制作方法，包括：下料步骤，校平与矫直步骤，上下腹板的卷制步骤，整体拼接与成型步骤，整体组焊步骤，去应力处理步骤，整体机械加工步骤，整体防腐处理步骤。与现有技术相比，本发明优化调整制造的流程，形成了标准化的工艺步骤，利用先进的加工设备和技术，确保组焊、机加工精度，大幅提高了铲运机举升大臂的成品质量和使用寿命，通过本发明提供的方法制造出来的举升大臂品质均一、精度较高、承载能力强、不易开裂，价格降至进口件的1/3~1/4，使用寿命与进口件基本相近。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，尤其是涉及一种井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法。
背景技术
随着生产力的日益增长，目前国内井下矿山大量采用进口大斗容铲运机，这些进口铲运机配套使用的举升大臂等备件由于是进口件、价格昂贵且交货周期较长，因此国内众多制造厂家纷纷开发研制进口大斗容铲运机配套备件。图1为井下大斗容铲运机的结构示意图，铲运机结构包括铲运机后车架15、铲运机前车架16、铲运机举升大臂17、翻斗油缸18、铲运机摇臂19、铲运机铲斗20，而铲运机铲斗举升大臂17的结构如图2所示，包括前销耳座1、大侧板2、下腹板3、上腹板4、摇臂通轴销套5 、连接箱座6、举升油缸侧板7、举升油缸腹板8、连接管座9和后销耳座10。举升大臂作为连接铲运机车架与铲斗的连杆部件，承载较大，而且作为完成铲运机铲矿、举升、装载、卸矿、铲斗复位等连贯动作的决定性部件，其制造精度、整体结构强度等，直接影响铲运机生产效率，由于其呈“Z”字型空间箱式结构，制造难度也较高。目前开发井下进口铲运机备件产品研制过程中，一直存在制造精度不高，成品使用过程中关键部位易开裂、产品使用寿命达不到预期目标等问题，导致制造出来的举升大臂很难达到应用要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种井下大斗容铲运机举升大臂的标准制作方法。
本发明提供如下技术方案：
一种井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，包括如下步骤：
步骤1，对简单直线条的板料零件，采用半自动火焰切割下料；对复杂曲线形状的零件，采用数控火焰切割下料；全部大侧板下料后外形对齐叠加点焊在一起，在镗铣或龙门刨床上加工底边作为基准边，再以加工的底边为基准，在落地镗铣床上加工出前后销耳座的焊接位置孔及焊接坡口；切割完成后进行清除割渣的处理；大臂前后两组销耳座零件采用锯床下料、锻造毛坯、粗加工；
步骤2，检查切割后的板料毛坯的变形情况，并用压力机压平、压直，对尺寸较小的板材零件，用锤击方法进行矫直校平；
步骤3，举升大臂上腹板、下腹板下料后在卷板机上卷制圆弧，并用与上腹板、下腹板组焊的大侧板的上下边圆弧对上下腹板的卷制圆弧进行检验与复核，卷制完成后，再将腹板完全切割分开成单个待焊接零件；
步骤4，各板在焊接连接处，气割、加工出焊接坡口，先拼接同一平面的板材零件；制作标准长度的卡板或短块，将两排大侧板控制好相互开档及对角线尺寸，令大侧板与上下腹板间相互垂直；拼接时前后销耳座孔、举升油缸销套孔、摇臂通轴销套孔分别用各自焊接芯轴贯穿，举升大臂整体成型；拼接完成后进行形位尺寸的初检；
步骤5，根据设计图纸及拼接的举升大臂半成品要求，明确各焊接部位的焊缝种类，参照焊接工艺规程选择合理的焊接电流，结合设计的图纸技术要求，确定各处的焊缝高度，对举升大臂进行整体组焊，组焊时各处销耳座为锻造后粗加工半成品，留有内孔及其端面的加工余量，前后销耳座孔、举升油缸销套孔及摇臂通轴销套孔各处焊接芯轴不拿下；组焊完成进行焊接质量检验，检验合格后，进行各处焊渣、飞溅的去除；
步骤6，采用整体高温回火的消除焊接应力的处理:将举升大臂放入回火炉，随炉加热至580~680℃，到温度后保温0.5~1.2小时后，随炉缓慢冷却10~15小时后，出炉冷却至常温；
步骤7，取下各处焊接芯轴，取出时注意避免破坏焊接芯轴，将焊接芯轴清理校对后，根据型号标记妥善保管，待下一批次焊接时重复使用；待举升大臂完全冷却后，在落地镗铣床上一次性装夹、找正，镗出举升大臂前后两排安装销耳座的孔及其端面，以及举升油缸销套孔及摇臂通轴销套孔，加工完成进行尺寸检验；
步骤8，再次检查及清理内外表面的残留焊接飞溅，以及加工产生的毛刺，然后进行两道防锈、两道面漆的油漆涂刷，经机械加工的前后销耳座孔、举升油缸销套孔及摇臂通轴销套孔孔壁及端面用钙剂脂类油脂涂抹进行防腐处理。
进一步的，所述步骤1中切割下料前，若板坯料本身就有较大、较明显的且难以校平的变形或缺陷，则切割下料时直接避开缺陷范围进行下料。
进一步的，所述步骤1中进行半自动及数控火焰切割下料时，均放出合适的切割余量。
进一步的，所述步骤3中还包括以下步骤：将举升油缸腹板通过卷板机卷制圆弧，并用举升油缸侧板的下边圆弧对举升油缸腹板的卷制圆弧进行检验与复核。
进一步的，所述步骤4中在焊接时，复杂曲线结合处的坡口点焊拼接后用碳弧气爆工艺。
进一步的，所述步骤5中的焊接工艺采用CO2气保焊。
有益效果：
与现有技术相比，本发明优化调整制造的流程，形成了标准化的工艺步骤，利用先进的加工设备和技术，确保组焊、机加工精度，大幅提高了铲运机举升大臂的成品质量和使用寿命，通过本发明提供的方法制造出来的举升大臂品质均一、精度较高、承载能力强、不易开裂，价格降至进口件的1/3~1/4，使用寿命与进口件基本相近。
附图说明
图1为井下大斗容铲运机的结构示意图；
图2为举升大臂结构示意图；
图3为举升大臂的大侧板、举升油缸侧板的形状示意图；
图4为举升大臂组焊中采用芯轴焊接示意图；
图5为举升大臂去应力热处理工艺曲线图。
附图标记列表：
1-前销耳座，2-大侧板，3-下腹板，4，-上腹板，5-摇臂通轴销套，6-连接箱座，7-举升油缸侧板，8-举升油缸腹板，9-连接管座，10-后销耳座，11-前销耳座焊接芯轴，12-摇臂通轴销套焊接芯轴，13-举升油缸销套焊接芯轴，14-后销耳座焊接芯轴，15-铲运机后车架，16-铲运机前车架，17-举升大臂，18-翻斗油缸，19-铲运机摇臂，20-铲运机铲斗。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供的井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，包括如下步骤：
步骤1，各零件的下料：对简单直线条的板料零件（除下述大侧板2、举升油缸侧板7以外的板料零件），采用半自动火焰切割下料，先在板材上划线或者弹线划出下料毛坯外形，再将半自动火焰切割机轨道与割嘴按线调整，再固定轨道，进行切割下料。对复杂曲线形状的零件，如图2所示的大臂左右两组大侧板2、举升油缸侧板7，采用数控火焰切割下料，先用CAD软件绘制1:1图幅图纸，图纸中只含平面内所有实线轮廓，不画任何辅助线（如中心线、点划线等），并以dwg格式保存；绘制完成，转化为DFX格式文件；再用AUTOCAM软件读取，并进行编程，输出为记事本级.txt文件格式；最后数控火焰切割机上读取.txt文件格式，备好板料，即可直接切割成板料毛坯。半自动及数控火焰切割下料时，均根据后续加工工序及下料设备的特点，放出合适的切割余量。切割完成后，全部进行清除割渣的处理。全部大侧板（每台举升大臂4片）下料后外形对齐叠加点焊在一起，在镗铣或龙门刨床上加工底边作为基准边，再以加工的底边为基准，在落地镗铣床上加工出前后销套的焊接位置孔及焊接坡口。前销耳座1、后销耳座10采用锯床下料、锻造毛坯、粗加工、半精加工（留焊接后加工余量），再与举升大臂整体组焊。
切割下料前，若板坯料本身就有较大、较明显的且难以校平的变形或缺陷，则切割下料时直接避开缺陷范围进行下料。
步骤2，校平与矫直：检查切割后的板料毛坯的变形情况，并用压力机压平、压直，因井下铲运机所用板材，一般都是板厚小于50mm的中薄板，故一般的压力机可以进行校平。对尺寸较小的板材零件，可以直接用锤击方法进行矫直校平。
步骤3，上下腹板的卷制：根据铲运机整体设计，尤其举升大臂惯性重心位置设计，举升大臂上腹板3、下腹板4一般采取多段直线与多段圆弧的组合设计。因此举升大臂上腹板3、下腹板4下料后（下料是左右相同宽度及形状尺寸的腹板合并宽度下料，预割间断割缝）在卷板机上卷制圆弧，并用与上腹板3、下腹板4组焊的大侧板2的上下边圆弧对上下腹板3、4的卷制圆弧进行检验与复核，卷制完成后，再将腹板完全切割分开成单个待焊接零件。同样的，举升油缸腹板8由于也具有圆弧设计，因此也通过卷板机卷制圆弧，并用举升油缸侧板7的下边圆弧对举升油缸腹板8的卷制圆弧进行检验与复核。举升油缸腹板8下料时也可采用左右相同宽度及形状尺寸的腹板合并宽度下料并预割间断割缝，卷制完成后，再将举升油缸腹板8完全切割分开成单个待焊接零件。
步骤4，举升大臂整体的拼接与成型：拼接前，各板在焊接连接处，气割、加工出焊接坡口，复杂曲线结合处（即大侧板2、举升油缸侧板7边缘曲线处）的坡口可点焊拼接后用碳弧气爆。在同一平面的板材零件（如大侧板2与举升油缸侧板7），优先进行拼接，以保证其平面平整度；制作标准长度的卡板或短块，将两排大侧板2控制好相互开档及对角线尺寸，用角尺、撑筋等保证大侧板2与上下腹板3、4间相互垂直；拼接时前后两排销座孔1、10以及举升油缸孔、摇臂通轴孔5等分别用各自焊接芯轴贯穿（如图4所示），保证其同心度。具体地说，将前销耳座焊接芯轴11穿过两前销耳座1的座孔，将后销耳座焊接芯轴14穿过两后销耳座10的座孔，将摇臂通轴销套焊接芯轴12穿过两摇臂通轴销套5，将举升油缸销套焊接芯轴13穿过举升油缸孔，拼接完成后进行形位尺寸的初检，初检合格才能进入组焊工序。
步骤5，举升大臂整体的组焊：举升大臂整体组焊时，各处销座套为锻造后粗加工半成品，留有内孔及其端面的加工余量，前后销座孔、举升油缸销套孔及摇臂通轴孔等各处焊接芯轴不拿下，一直待整体机械加工前再取出。根据设计图纸及拼接的举升大臂半成品要求，明确各焊接部位的焊缝种类，参照焊接工艺规程选择合理的焊接电流。结合设计的图纸技术要求，确定各处的焊缝高度。焊接采用CO2气保焊。组焊完成进行焊接质量检验，检验合格后，进行各处焊渣、飞溅等的去除。
步骤6，焊接后去应力处理：举升大臂为焊接连接的空间复杂结构件，焊接过程会在多处产生较大的焊接应力，如不消除，在产品使用中会在焊缝处产生严重的开裂、变形并蔓延，最终可能导致产品损毁的严重后果。因此焊接结束必须进行消除焊接应力的处理。消除应力处理中有自然时效与人工时效，而自然时效处理效果虽好，一般需露天放置半年以上，焊接应力可随时间推移逐步释放，但处理时间过久，无法满足交货期。因此采用时间较短的整体高温回火的消除焊接应力的处理。根据长期生产与试用效果，采用图5所示的高温回火工艺方案。即将举升大臂放入回火炉（电阻炉较加热位置平均分布，效果好），随炉加热至580~680℃，到温度后保温0.5~1.2小时后，随炉缓慢冷却10~15小时后，出炉冷却至常温。通过上述工艺进行回火处理后，能够快速有效去除焊接过程中产生的焊接应力，防止开裂，延长使用寿命。
步骤7，整体机械加工：去应力处理完成后，取下前销耳座焊接芯轴11、摇臂通轴销套焊接芯轴12、举升油缸销套焊接芯轴13、后销耳座焊接芯轴14，取出时注意避免破坏焊接芯轴，将焊接芯轴清理校对后，根据型号标记妥善保管，待下一批次焊接时重复使用。待举升大臂完全冷却后，在落地镗铣床上一次性装夹、找正，镗出举升大臂前后两排安装销耳座1、10的孔及其端面，以及举升油缸销套孔及摇臂通轴孔。加工完成进行相关尺寸检验。
步骤8，整体防腐处理。再次检查及清理内外表面的残留焊接飞溅，以及加工产生的毛刺等，然后进行两道防锈、两道面漆的油漆涂刷。经机械加工的各处销座孔壁及端面不刷油漆，而用钙剂脂类油脂涂抹进行防腐处理。
通过上述步骤制造出来的举升大臂品质均一、精度较高，能够达到大斗容铲运机安装要求、承载能力强、不易开裂，价格降至进口件的1/3~1/4，使用寿命达到2-3年，与进口件基本相近。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对简单直线条的板料零件，采用半自动火焰切割下料；对复杂曲线形状的零件，采用数控火焰切割下料；全部大侧板下料后外形对齐叠加点焊在一起，在镗铣或龙门刨床上加工底边作为基准边，再以加工的底边为基准，在落地镗铣床上加工出前后销耳座的焊接位置孔及焊接坡口；切割完成后进行清除割渣的处理；大臂前后两组销耳座零件采用锯床下料、锻造毛坯、粗加工；
步骤2，检查切割后的板料毛坯的变形情况，并用压力机压平、压直，对尺寸较小的板材零件，用锤击方法进行矫直校平；
步骤3，举升大臂上腹板、下腹板下料后在卷板机上卷制圆弧，并用与上腹板、下腹板组焊的大侧板的上下边圆弧对上下腹板的卷制圆弧进行检验与复核，卷制完成后，再将腹板完全切割分开成单个待焊接零件；
步骤4，各板在焊接连接处，气割、加工出焊接坡口，先拼接同一平面的板材零件；制作标准长度的卡板或短块，将两排大侧板控制好相互开档及对角线尺寸，令大侧板与上下腹板间相互垂直；拼接时前后销耳座孔、举升油缸销套孔、摇臂通轴销套孔分别用各自焊接芯轴贯穿，举升大臂整体成型；拼接完成后进行形位尺寸的初检；
步骤5，根据设计图纸及拼接的举升大臂半成品要求，明确各焊接部位的焊缝种类，参照焊接工艺规程选择合理的焊接电流，结合设计的图纸技术要求，确定各处的焊缝高度，对举升大臂进行整体组焊，组焊时各处销耳座为锻造后粗加工半成品，留有内孔及其端面的加工余量，前后销耳座孔、举升油缸销套孔及摇臂通轴销套孔各处焊接芯轴不拿下；组焊完成进行焊接质量检验，检验合格后，进行各处焊渣、飞溅的去除；
步骤6，采用整体高温回火的消除焊接应力的处理:将举升大臂放入回火炉，随炉加热至580~680℃，到温度后保温0.5~1.2小时后，随炉缓慢冷却10~15小时后，出炉冷却至常温；
步骤7，取下各处焊接芯轴，取出时注意避免破坏焊接芯轴，将焊接芯轴清理校对后，根据型号标记妥善保管，待下一批次焊接时重复使用；待举升大臂完全冷却后，在落地镗铣床上一次性装夹、找正，镗出举升大臂前后两排安装销耳座的孔及其端面，以及举升油缸销套孔及摇臂通轴销套孔，加工完成进行尺寸检验；
步骤8，再次检查及清理内外表面的残留焊接飞溅，以及加工产生的毛刺，然后进行两道防锈、两道面漆的油漆涂刷，经机械加工的前后销耳座孔、举升油缸销套孔及摇臂通轴销套孔孔壁及端面用钙剂脂类油脂涂抹进行防腐处理。
2.根据权利要求1所述的井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，其特征在于：所述步骤1中切割下料前，若板坯料本身就有较大、较明显的且难以校平的变形或缺陷，则切割下料时直接避开缺陷范围进行下料。
3.根据权利要求1或2所述的井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，其特征在于：所述步骤1中进行半自动及数控火焰切割下料时，均放出合适的切割余量。
4.根据权利要求1所述的井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，其特征在于，所述步骤3中还包括以下步骤：将举升油缸腹板通过卷板机卷制圆弧，并用举升油缸侧板的下边圆弧对举升油缸腹板的卷制圆弧进行检验与复核。
5.根据权利要求1所述的井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，其特征在于：所述步骤4中在焊接时，复杂曲线结合处的坡口点焊拼接后用碳弧气爆工艺。
6.根据权利要求1所述的井下大斗容铲运机举升大臂的制作方法，其特征在于：所述步骤5中的焊接工艺采用CO2气保焊。
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