铝型材架体制造技术

朱永斌

摘要：本文介绍了铝型材架体的结构和加工难点，通过一系列的工艺措施，控制焊接变形，提高产品成形质量，为客户提供高质量的产品。关键词：铝型材;直线度;对称焊接

前言：我公司制造的铝型材架体的材料为5A06铝合金，外形结构为圆柱形，外形尺寸为Φ534×7300，架體截面简图如下图所示，该架体由11个加强圈、1个中间立板、4个纵向通筋、2个导向条及一定数量的环间纵筋组成，内部通过导向条构成两个平行的小直径圆形通道，圆形通道两边分别与加强圈及立板相切。要求保证圆形通道的直线度及圆整度均不大于1mm。为保证产品成形质量，我们首先对该产品进行加工难点分析，对应各加工难点我们采取不同的加工工艺措施，保证产品成形质量，为客户提供高质量的产品。

5A06铝合金的性能特点，5A06铝合金属于铝镁系形变强化铝合金，除具有铝合金的一般特点外，还具有优越的抗海水和海洋大气的腐蚀性能，良好的断裂韧性，工艺塑性和焊接性能，是一种综合性能好的新型铝合金，近年来在航空航天、汽车制造、船舶、容器等领域得到了广泛应用，成为理想的轻量化材料。5A06铝板具有较高的强度和腐蚀稳定性，在退火和挤压状态下塑性良好，焊接性能良好，焊接收缩量大，要注意控制焊接变形。

2加工难点分析

（1）中间立板的加工。中间立板结构为工字形，长约7300mm，上板宽68mm，厚约17mm，中间板宽约460mm、厚6mm，下板宽154mm，厚约33mm。若采用整张板机加工成形，材料标准没有相应的板材，需要特殊定制，采购成本较高，并且整体机加工量大，材料浪费严重，产品制造成本高。我们需要采用上、中、下三块面板拼接组焊成形，由于需要全部焊透，焊道长，焊接变形大，易产生整体扭曲，中间板的平面度、直线度难保证，如何减小焊接变形是此次制造的关键。（2）加强环的加工。加强环外形尺寸为Φ534×30mm，内孔为不规则形状，最薄处壁厚约8mm，加工中容易因切削应力产生变形。（3）铝合金架体的整体组焊。铝合金架体由11个加强圈、1个中间立板、4个纵向通筋、2个导向条及一定数量的环间纵筋等约90个零件组焊而成，内部通过导向条构成两个平行的小直径圆形通道，圆形通道两边分别与加强圈及立板相切。因焊道多，易产生焊接变形，圆形通道的直线度及圆整度均不大于1mm的要求难以保证。

3采取的工艺措施

3.1中间立板的加工

中间立板的组焊：因为零件太长，中间部分又薄，无法采用浇铸成形，采用厚板整体加工成形，机加工量大，材料浪费严重，产品制造成本太高，因此我们在工艺上采用上、中、下面板三块板拼接，焊接完成后机加工上、下平面及两侧面。为保证拼接处完全融合，我们采用T型拼焊结构，在中间面板两头刨60°双面焊接坡口，中间钝边2mm。首先，由于工件太长没有合适的板材，我们将上、中、下面板分别采用三块料拼接而成，错开拼接位置不在同一断面上，避免应力集中。其次，上、中、下面板分别在刨床上加工两边宽度、台阶面及焊接坡口，两边宽度、上下面厚度均留一定的焊后加工余量。最后进行组焊，我们先将上面板固定压紧在拼装平台上，划中间板摆焊位置线，每间隔500mm左右点焊牢固两个定位块，用于固定中面板，保证中面板焊接时在一条直线上。在焊接位置处用钢丝刷砂光，用丙酮对焊接处进行擦洗，并对焊道进行预热，保证焊接质量。焊接时采用对称、跳跃施焊，减少焊接变形。然后将下面板与中面板对接摆焊，采用垫块压紧牢固，焊接时按上述方法进行焊接，先焊接一面，将工件翻身，压紧牢固，背面焊道清根，用丙酮擦洗焊道，进行分段对称焊接，每预热一段焊接一段，多层焊道层间用电锤锤击焊道，层间清理焊道，保证焊接质量。焊接完成后采用振动去应力的方式，减小焊接残余应力，避免机加工完成后由于焊接残余应力的存在，产生变形造成加工成形尺寸不满足图纸要求。最后整体修正保证加工余量。

中间立板的机加工：将工件放倒，搞正，以中间立板平放中心为准划各部分加工线。粗刨底平面、粗刨顶平面，松紧压板一次，精刨底平面、精刨顶平面。再粗精刨其余各面，在粗精刨之间工件增加松紧压板一次，减小精加工后工件变形。检查、修正中间板中间位置（宽度方向）50mm范围的平面度、直线度。同时要求加工人员在工件加工及互转过程中注意保证工件不得变形。通过采用上述措施，采用多次粗精加工，释放焊接和机加工过程中存在的残余应力，保证工件最终成形尺寸满足图纸技术要求。

3.2加强环的加工

加强环采用粗加工→振动去应力→精加工的方法，通过中间消除切削应力的办法，避免工件因加工产生变形，保证了工件成形后的圆整度，平面度。具体工艺措施如下：采用40mm厚5A06铝板使用等离子切割机切割Φ550mm外圆，内腔单边留8mm余量，校平直，粗车外圆Φ540mm，车30mm两端面，粗铣内腔单边留3mm余量，再次校平直。将多件加强环压紧在振动平板上，振动消除切屑应力，减少加工成形后的应力变形。精车外圆Φ534mm成形，精铣内腔尺寸成形，钻、攻各螺纹孔，修锉各拐角处清角，最后再次精校平，保证图纸尺寸要求，通过上述工艺措施保证了加强环的成形质量。

3.3整体组焊

我们先将中间立板立放在焊接平台上，垫起支撑稳当，检查中间立板的平面度、直线度以及各项尺寸满足图纸技术要求。在中间立板上划出各加强环的摆焊位置线，将各加强环依次套在中间立板上，使用氩弧焊机点焊牢固，安装上两件导向条，导向条对称安装，然后以导向条为基准，对称检查并修正结合件的直线度。划出各纵向通筋位置线，按线摆焊各纵向通筋，点焊牢固。再摆焊各环间纵筋，点焊牢固，再次以导向条为基准，对称检查并修正结合件的直线度。为了防止各加强环因受压变形，摆焊时我们采用将中间立板悬空立放的方案，使加强环不承受中间立板的重力，避免各加强环因受压变形，保证圆形通道的直线度及圆整度均不大于1mm。

为减少焊接变形，我们将所有零件全部摆焊到位后，先进行点焊牢固，然后整体采用对称施焊和跳跃焊接的方式，减少焊接产生的应力集中，避免因焊接应力导致工件变形量过大，造成修正困难，整体焊接完成后，我们再次以导向条为基准，对称检查并修正结合件的直线度，保证圆形通道的直线度及圆整度均不大于1mm。通过整体检验，铝型材架体各部分尺寸达到了图纸技术要求。

结束语：通过本次铝型材架体制造，增加了我公司超长工字型梁类拼焊加工经验，采用合理的拼接位置和拼接方式，方便焊接人员进行焊接，避免出现焊接缺陷。同时焊接时采用对称、跳跃施焊，减少焊接变形，降低焊接变形的修正难度。多层焊道层间用电锤锤击焊道，减小焊接应力集中，层间清理焊道，保证焊接质量，整体焊接完成后采用振动去应力，避免后续机加工时，出现较大的焊接残余应力造成整体变形，影响产品最终成形质量。通过焊接前、焊接后检测零件尺寸及变形量，积累了该类零件的焊接收缩量和变形量的实际数据，丰富了我公司制造铝型材架体笼状类零件的加工经验，提高了我公司加工该类产品的技术能力，为客户提供更高质量的产品。

参考文献：

[1]刘静安，周昆.航空航天用铝合金材料的发展与应用趋势[J].铝加工.1997

[2]崔昆主编.钢铁材料及有色金属材料[M].北京：机械工业出版社.1980

[3]赵勇，李敬勇，严铿.铝合金在舰船建造中的应用与发展[J].中外船舶科技.2005