HG70板盒型承载结构件工艺方法研究

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Research on Process Method of HG70 Bearing Parts about Box-shaped StructureLIU Mindong(Changzhi Qinghua Machinery Factory，Changzhi 046012，China)Abstract：This paper discussed the bearing parts of the box-shaped structure，because of its complex structure，moreribs，staggered welds，large deformation in the welding process，strict requirements of the position size，and deeper connectionholes，it was difficult to process. At the same time，the HG70 plate belongs to the special materials，the post-weld heatstraightening is not allowed.Straightening of mechanical has more influence on weld seams，so that common processingmethod is difficult to meet its performance requirements.In this paper，through detailed analysis factors of influence weldingdeformation，the reasonable welding method，parameters，effective process techniques to control welding deformation werechosen.Through the validation experiments，the results indicated that the process method is applicable to HGT0 bearingparts about box shaped structure。

Key words：HG70，bearing structure，box-shaped，process methodHG70板是 国内新研 制的-种高强度焊接结构用钢板 ，该材料具有 良好的综合力学性能，适应于各类型高强度承力焊接结构件，其化学成分见表 1。目前，HG70板尚处于国内市场 的推广应用阶段，随着市场对承载大、质量轻结构件 的需求 日益增加 ，高强度板的应用前景十分广阔，常用于军民用载重车辆的底盘车、吊机起落臂以及各类高强度承重结构件的制造上l ；但对于此材料大型承载结构件，尤其是封闭复杂的盒型结构 ，因其在焊接过程 中焊接变形量大、焊接变形趋势复杂、焊后机械校形不稳定 、连接位置精度要求高等因素 ，-直无法得到很好的解决 。

表 1 HG70板的化学成分 (质 量分 数) ( )1 组成相对于-般 的焊接结构件 ，HG70板盒型承载结构件结构复杂 ，加强筋多，焊缝交错 ，焊接过程 中变形大 ，变形趋 势复杂 ，且 各承力焊缝 均为关键要素 ，需 --控制 ，如图 1所示 。同时，焊后机械加工70精度要求 高，关 键尺寸难 以保证 ；此外 ，由于 HG70板材料 的特殊性 ，焊后不 允许 热校形 ，而机械的校形方法对焊 缝 的影 响 较大 ，从而进-步严 图1 支承座的三维结构示意图格了对焊接技术的要求。

2 加工技术难点分析1)支承座为封闭盒形结构 ，由各零件焊接而成 ，焊接变形大，校形 困难。在对各零件加工时，需考虑机械加工余量；在平台上划实样线时，需考虑机械加工余量的合理分配 ；在焊接前 ，需考虑焊接变形对机械加工尺寸的影响。因此，焊接时除注意调控焊接参数以减小变形外 ，还要考虑防变形工装的选取 ；同时，为消除焊接应力 ，焊后需进行时效处理。

2)支承座 中连接位置支耳孔及连接方孔的位置精度、加工精度要求较高，焊接变形的影响需考虑《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究支耳孔处余量的合理分配 ；此外 ，机械加工过程中的变形也是不容 忽视的。机械加 工过程 中的设 备选择、机械加T参数、装夹工装、装夹方式等均直接影响最后 的成形精度 ，必须选择合理 的加工方法才能满足要求。

3 采取的主要工艺措施及加工方法3.1 工艺路线的制订工艺路线为 ：零件加工-部件组焊-焊缝探伤- 振动时效去应力-钳工校形-钳工划线-铣镗加丁 。

3.2 具体的加工工艺步骤1)加工余量的合理分配。在零件加工时对上诲 、支耳孔轴套 、两侧板等机 械加工面单边预 留5 mm机械加工余量 ；同时 ，在支耳孔与连接方孔 的位置尺寸上预留 2 mm焊接收缩余量。

2)焊接方法及参数 的选择。因 HG70板属于高强度钢，因此，焊接过程中采用 ArCO 混合气体保护焊，气体配比为：(80 Ar20 C2)或 (82%Ar18 CO )l2]。主要焊接工艺参数见表 2。

表 2 主要焊接 工艺参数焊丝竺 焊接焊接电保 体焊接速度/.焊前预 号及直。

流量/ 热温度 焊后处理径/mm 电流/A 压/V L.min 1 。 /℃ · /℃18～ 24 15～ 25 35O～ 500≠1.2 250 250 缓冷 至常温先在平 台上划线装点各试验件 ，无误后焊接 ，为防止支承座焊接过程中的变形 ，在支耳孔位置增加同心杆 ，以最大限度地降低焊接变形对支耳孔同轴度的影响。

3)焊缝探伤。因各承力焊缝属于关键要素 ，要求焊缝达到 Oj176A-99标准 I级 ，而产 品结构形式又决定 了无法进行 X射线检测 ；因此 ，选择对焊缝按 JB4730.4-2005标准进行磁粉探伤 。

4)振动时效去应力。因 HG70材料的特殊性 ，焊后不允许进行 回火处理 ，因此 ，选择对各焊缝进行振动时效处理 。

5)钳工校形划线 。首先，根据产品尺寸及焊接变形情况 ，利用 1 000 t油压机对无法满足要求的部位进行机械校形 ；其次，通过施加反变形力及增加加压时间，尽量矫正因变形带来的影响；最后 ，根据图样要求对各机械加工面加工划线。

按照上述工艺措施加工后 ，对 1 试验件的各尺寸进行测量 ，结果发现，耳片纵向位置部分尺寸超差，支耳与横截面处焊缝在起始、终止端存在微小裂纹；因此，通过以下措施对焊接工艺和参数进行了完善。

2)增加焊接过程中对起弧 、收诲的要求。无法点焊 的，明确要求起弧 、收弧的位置 ，不要设在焊缝的起始、终止端 。

3)焊接速度 由 350～500 mm/min改为 250～350 mm/min。

按照上述措施完善后 ，对 2 试验件进行检查 ，结果显示 ，各尺寸均满足要求 ，焊缝表面亦无裂纹缺陷发生∩见焊接方法及参数选择恰 当，焊接过程中采取的工艺措施有效 ，而后就需考虑后续加工性能及焊缝承载力 的问题 。

3.3 加工工艺方法及设备的选择3.3.1 支承座支耳孔 的加工在零 件加 工 时，对 支 耳孑L轴套 单边 预 留 了 5mm机械加丁余量；同时 ，在连接方孔定位尺寸上预留了2 mm焊接收缩余量 ，最大限度地消除了焊接变形给机械加工 过程带来 的影 响。因上诲跨 度较大，中间结构悬空 ，机械加丁过程若装夹不 当，很容易造成装夹弹性变形 ，使 尺寸超差 ；为此 ，专 门设计了-套机械加工防变形工装 ，如图 2所示。

图 2 支承座支耳孔机械加工装夹工装简图3.3.2 支承座连接方孑L的加工支承座连接方孔具体尺寸要求如图 3所示。

图 3 连接方孔的定位尺寸 图因连接方孔深度较大 (达到 120 mm)，组焊后《新技术新工艺》设计计算与试验研究 71新技术新工艺 2013年 第 5期加工难度较大 ，因此 ，将 1 、2 试验件的连接方孔通过线切割直接加T成最终尺寸 35 mm×35 mm。

组焊时，通过防变形定位工装来保证尺寸。经验证 ，这种T艺方法焊接过程 中的变形趋势复杂 ，后续机械校形存在不稳定性 ，根本无法满足精度要求，具体见 表 3。

表 3 支承座连接方子L定位 尺寸 (mt1)在后续试验件的生产过程中，通过零件留余量，焊后加工的工艺方法来达到精度要求 ，这就涉及连接方孔加工深度(1 2000 ram)的问题。普通刀具无法满足如此深长孔 的加工要求 ，且在 该深长孔的加T过程中，存在切削力不均、颤刀等因素，使方孔加T后变成喇叭 口型的可能性 ；因此 ，需要通过改进结构、选择设 备和制订加 工参 数，对其 进行重点控制 。

1)改进连接方孔的结 构。为满足连接方孔焊后加T条件 ，结合设备及刀具的实际情况，确定了连接方孑L零件加工改进方案 1，如图 4所示 。外侧部分预留 5 mm 余量 ，深度 80 mm，待焊 接完成后加工 ；内侧部分在零件加工中直接完成 。由 3 试验件发现 ，因焊接变形等原 因，由连接方孔 内侧加工成的方孑L与外侧机械加工方孔存在不 同心现象 ，使得连接套无法正常插入。为避免这 种现象 ，又确定 了连接方孔零件加工改进方案 2，经过改进后，内侧方孔预留了 2 mm余量 ，如 图 5所示 ，并对 4 试验件进行验证 ♂果表时，尺寸满足要求 ，连接套能够顺利装配 ，改进方案 2可行 。

80//////Alnlnl"/'///7//////////////807/////A"/.，'//////////////，s/./图 4 连接方子L改进方 案 1 图 5 连接方孔改进方案 22)加工刀具 的选择。因连接方套材料硬度较高 ，加T深度达 80 mm；因此，选择刀具的材料应满足较高的硬度和耐磨性 、足够 的强度和韧性 、较高的耐热性(热稳定性)及 良好的T艺性 ♂合刀具材料 的选用原则，经过筛查 ，选择 16 mm普通加长铣刀进行粗加工 ，留 0.5 mm余量 ；选择 16 mm加长进口涂层硬质合金铣刀进行精加工。经过试验验证，选取该规格刀具 ，不但可 以实现机床 的高速切削，而且在相72同切削条件下 ，刀具保持 了较高 的耐用度 ，从而有效保证了连接方孔的加1二尺寸，提高了生产效率。

3)加工参数的确定。在实际加]二过程中，因刀具属于细长杆，切削力分布不均 ，存 在颤刀 、磨削等现象 ，使工件 的连接方孔在加工过程中的内、外侧切削不均衡。加工 4 试验件 的第 1个连接方孔时，方孑L呈现出轻微喇叭 口状态，即内侧方孔 尺寸较最外侧方孔普遍小 0.2～O.5 mm，严重影 响了连接套 的顺利装配。经分析发现，加工过程中，因刀具转速及进给量没有被精确控制，使其承受的应力过大 ，产生微量变形。经过试验 ，确定 了合理的切削参数 。当利用普通铣 刀进行粗加工时 ，机 床主轴转 速为 200～ 300 r/rain，进给量为 0.2～0.3 mm/r；当利用进口涂层硬质合金铣 刀进行精加工时，机床主轴转 速为 1 200～1 500 r/min，进给量为 0.1～0.12 ram/r[aj 。 经验证 ，4 试验件后续机械加工的 3个方孑L内外侧偏差均在 0.15 mm 以内，满 足了设计 要求，解决了连接方孔加工的难题。

3.3.3 加工设备的选择因 4个连接方孔及支耳孔需在同-基准面进行加工 ，为了避免对 刀、更改装夹引起的误 差积累，加工时最佳的加工方案为确定基准后 ，-次装夹完成各孑L加工 。经调研发现 ，BP160数控铣镗床能够满足要求，因此 ，在工艺文件中直接确定 了加工设备。

表 4 BP160数控镗铣床的 主要参数 规格 及技 术性能指标通过采取上述 工艺措施 ，又经过对 2个试验件的加工验证 ，焊接变形得到有效控制 ，机械加工后各项指标均符合要求。后支承座经加载试验及总装试验考核后表明，完全满足使用要求 。

4 结语1)通过试验可知，焊接方法及参数的选择合理有效 ，焊缝质量满足要求 ，焊接过程中采取的T艺措施有效 ，丁艺流程合理。

2)通过对连接方孔的工艺改进 ，有效解决 了连接方孑L的加工难题。

《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究基于 MATLAB的捣固装置机构运动仿真华 斌，迟毅林，王学军(昆明理工大学 机 电工程 学院，云南 昆明 650500)摘 要 ：捣 固装置是铁路捣 固车的核心设备 ，用于完成铁路 道床石碴 的捣 固作业。通过其偏心轴 的高频振 动和液压缸的夹持运动，使铁路道床的道碴 重新排列并变得 密实。本文介绍 了捣 固装置工作原理和 MATI AB软件中 SimMechanics拈的功能，并建立了捣 固装置机构仿真模型 ，通过对其运动进行仿真分析，得到了捣固镐头和夹持液压缸的相关运动特性参数，并指出了有关参数对捣固机构的影响。

关键词：捣 固装置；MATLAB；运动分析中图分类号 ：U 216.631 文献标志码 ：ATamping Device M echanism Kinematics Simulation based on M ATLABHUA Bin，CHI Yilin，WANG Xuejun(School of Mechanical and Electrical Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China)Abstract：Tamping device，as the core equipment of the railroad tamping vehicle，has been used to complete the tamping workof the railroad track bed balast.Highrequence vibrations produced by the eccentric vibrating shaft and clamping motion by theclamping hydraulic make railway track bed ballast rearrange and become dense.It was introduced that the work principle of tampingdevice and the function of SimMechanics module derived from MATI AB.A simulation model of tamping device mechanism was es-tablished，the related motion characteristic parameters for the tamping tines and the clamping hydraulic cylinder were gained by analyzing motion simulation and the influence of the related parameters on tamping mechanism。

Key words：tamping device，MATI AB，motion analysis捣固装置是捣固车的核心设备 ，专 门用于捣 固铁路线路钢轨两侧的轨枕底部道碴，提高枕底道碴的密实度 ，并且与起拨道装置配合 ，消除轨道的不平顺性 ，以增强轨道的稳定性 1]。目前 ，国内外学者主要把研究 的重点集 中在捣固作业过程 中道碴的密实度和道碴状态变化 问题上 ，对 于捣 固装置本身 的运动特性只作 了理论 上的分析 ，如振动加速度 、激振力 、夹持位移等。本文以某型号的捣固装置为例 ，分析了捣固装置机构的运动特性 。

1 捣固装置的工作原理及结构简图1.1 捣固装置的工作原理捣固装置是运用偏心轴连杆亿式振动、异步稳压捣固原理工作 的。捣固作业是-个不断循环的过程 ，作业时通过偏心振动轴的振动 ，驱动夹持液压缸动作 ，使捣镐产生振动；同时 ，捣镐把振动力传递给道碴 ，促使道碴产生振动且 向较稳定的方 向移动 ，以增加道床的密实度；利用捣镐的夹持力 ，把轨枕间的道碴向轨枕底部挤压 ，使轨枕底部的道碴更加密实，从而提高轨道的稳定性。

1.2 捣固装置的结构简图由于捣固装置是在液压马达的驱动下 ，通过偏； ； ! 石 e ； 七异 ； 0 石 e 、呀 石 牙 写3)通过对加工设备 、加工刀具的选择 以及加工参数的合理制订，有效降低 了机械加 工过程 中因切削力产生的变形 。

按照以上工艺措施 ，又经过 2个试验件的加工验证证明 ，此工艺方案合理 、有效 ，从而 圆满解 决了此结构件的加工难题 ；同时，也表明此工艺方案完全适用于类似 HGT0板盒型承载结构件 的加工。