玻璃垂直堆垛机曲柄的加工方法

玻璃垂直堆垛机曲柄的加工方法

李天天 段张龙 赵少强

蚌埠凯盛工程技术有限公司

摘要：该文章主要介绍玻璃垂直堆垛机曲柄的加工方法。从拼焊，机加工装夹及刀具选用等方面阐述了玻璃垂直堆垛机曲柄制造工艺，有效解决了加工精度不满足要求影响装配及焊接强度不足使用寿命短等问题。该玻璃垂直堆垛机曲柄的加工方法可在此类产品生产过程中提高生产效率，保证产品质量。

关键词：曲柄；焊接；机加；工艺方法

1引言

玻璃垂直堆垛机是指从输送辊道上方取玻璃，通过吸盘架吸取玻璃板，再将玻璃板从水平状态翻转至近似垂直状态堆放至集装架的设备。整个堆垛过程是通过曲柄连杆系统实现大臂从生产线抓取玻璃到堆位的往复运动，其中曲柄作为连接减速机为设备动力传输的关键零件，加工精度要求高且焊接强度也必须满足载荷要求。

2.曲柄的质量要求

2.1曲柄的构成

该曲柄是由轴、连接板及套筒组焊后精加工成型。曲柄轴的材质均为40Cr，直径125mm长度为304mm；套筒的材质为40Cr，直径310mm长度为205mm；固定板材质为Q460，厚度为80mm（见图1）。

（图1）曲柄结构示意图

2.2玻璃垂直堆垛机曲柄质量要求

根据设计图纸技术要求，玻璃垂直堆垛机曲柄焊接后热处理去应力，焊缝进行无损探伤，确认合格后再进行后续机加工。机加工保证曲柄的轴与孔中心线间的平行度≤0.02mm，轴与固定板平面间的垂直度≤0.02mm、套筒孔与固定板平面间的垂直度≤0.02mm，套筒台阶孔间同轴度≤0.015mm、轴的台阶外圆间的同轴度≤0.015mm以及孔的和轴的表面光洁度≤Ra1.6mm。

2.3加工重难点

本曲柄为焊接结构，组成件材质均为合金钢，合金钢的强度和屈强高于碳钢，但是合金钢的焊接性能较碳钢差，若焊接不当，曲柄承受较大动载荷的过程中焊缝容易出现裂纹。此外，曲柄还与其他零件联接传递动力，因此，曲柄相关联部位的机加工精度要求非常重要，加工精度超差将直接影响设备装配使用寿命。所以从曲柄的整体要求上看制造工艺要求较高，如何保证焊接焊缝质量和关联部位加工精度是此次曲柄制造的难点。

3制造工艺措施

3.1下料及制作焊接坡口

为保证焊接强度满足负载要求，本曲柄的焊接接头采用的是双U型焊接坡口。首先，根据轴与套筒的工艺图纸使用锯床下圆钢，然后用车床加工出粗加工外形尺寸及焊接坡口，车后将轴与套筒进行调质处理，要求HB280-300。根据固定板工艺图纸使用线切割方式下板料，然后用镗床加工出内孔及焊接坡口。保证U型坡口根部钝边3mm，深度38.5mm，口部宽度28mm。

3.2曲柄拼装焊接

本曲柄拼装在钳工平台上作业，拼装前用乙酸乙酯擦拭清理坡口及附近油污，如没有油污用棉纱直接擦拭。根据尺寸位置依次将轴、管套筒拼装紧固定板安装孔内，拼装时需注意U型坡口钝边对正，校正套筒及轴的中心线与固定板端面的垂直度，最后检测拼装后曲柄各尺寸精度是否符合设计图纸要求，才能进行下一道焊接工序。

施焊前检查焊前准备工作，了解各焊缝焊接位置和焊接顺序，核对工艺参数。第一步，先焊接固定板与套筒的焊缝，再焊接轴与固定板的焊缝。选择合适的工艺参数，焊前预热温度450℃~550℃，层间温度不低于350℃。采用氩弧焊，焊丝牌号ER50-G，焊丝直径φ1.2，焊接层数为4层，焊接电流210—240A，焊接电压为24—28V，焊接速度26—31cm/min。焊接过程中综合考虑多方面因素，做好焊接变形控制工作。焊后缓冷，工件整体回火消除残余内部应力，回火温度500-550℃。

3.3机加工顺序

曲柄机加工精度要求高主要体现在套筒中孔、固定板上端面及轴之间的关联要求，将这些相关加工面放在一次装夹中进行机加工，更能够保证加工精度满足设计要求。机加工前需做好装夹基准、装夹方式及加工方法的规划。

3.3.1第一步 铣削套筒底面

在加工中心上优先铣削套筒底面，并将加工后的套筒底面作为后续加工套筒中孔、固定板上端面及轴的装夹基准面，可以有效保证相关位置加工精度要求。

加工前，首先在固定板的周边对称焊接4块辅助压板搭块，用于压板装夹紧曲柄。将曲柄倒放置在垫块上，以固定板平面为装夹基准面，垫块中空避让套筒与固定板的焊缝，用压板压紧固定板。加工时选用合适的切削参数，铣削套筒底面、粗镗套筒中孔、固定板平面及其孔口倒角。

3.3.2第二步 精镗套筒内孔及轴

在加工中心上以加工后的套筒底面作为后装夹基准面，一次装夹加工完成剩下所有加工面。

曲柄翻面，将已加工套筒底面放置在加工中心工作台面的垫块上，固定板下方悬空部位使用辅助支撑杆支撑，保证套筒底面完全贴合垫块后，使用压板压紧辅助压板搭块，固定曲柄。装夹完成后，检查程序核对工艺参数，完成对刀等准备工作。

按照设计图纸尺寸要求进行加工：①首先，调用通用镗孔刀具，分次镗削套筒台阶孔圆周面，保证台阶孔与基准B的同轴度≤0.015mm及粗糙度Ra1.6；②然后，调用加工中心精密外圆镗刀镗削轴外圆，使用镗刀高速加工轴外圆，能够更好的保证粗糙度满足设计要求。通过精密外圆镗刀上的微调精镗头实现轴外圆径向进给量，从而保证台阶外圆间同轴度≤0.015mm、与基准B的平行度≤0.02mm及粗糙度Ra1.6；③最后，调用通用端面铣刀，铣削固定板上端面至要求尺寸，保证轴与套筒中孔的中心线与固定板上端面间垂直度≤0.02mm。加工完成后去除辅助压板搭块，打磨平整焊缝，去除加工飞边毛刺。

3.3.3第三步 检验

曲柄精加工完成后，质检员按照设计图纸的尺寸及形位要求进行检验。检验合格的曲柄送超声波探伤确保曲柄焊缝无缺陷。

4结语

本文介绍的玻璃垂直堆垛机曲柄的加工方法最为关键的是采取合理的焊接保证了曲柄组件间焊透焊牢，焊缝无缺陷质量满足载荷要求，以及采用合理的精加工工艺，保证了曲柄与其他零件联接传递动力部位的机加工精度。有效的提高了曲柄的质量及生产效率，保证了设备的使用寿命，是玻璃垂直堆垛机曲柄制作中一种较为成熟的加工方法。

参考文献：

[1]王洪光.实用焊接工艺手册[M].北京：化工工业出版社出版，2010

[2]陈宏钧.实用机械加工工艺手册第4版[M].北京：机械工业出版社，2016

[3]王先逵.机械制造工艺学 第4版[M].北京：机械工业出版社，2019