汽車輕型橋橋殼焊接變形分析

汽車輕型橋橋殼焊接變形分析

1工件剛度低由于全體式焊接橋的制作質(zhì)量輕，無需制造，加工方法簡單，因此在輕汽車和車輛中得到了廣泛應(yīng)用。但由于它剛度低,加工時在各種內(nèi)力及外力的作用下會產(chǎn)生很大的應(yīng)力與變形,造成工件尺寸及形位公差超差,如不采取合適的應(yīng)對方法,將導(dǎo)致大量廢品的產(chǎn)生。為此,以某輕型車橋殼為例進行分析,找出其變形規(guī)律,并采取相應(yīng)措施盡量減小誤差。2車削或銑削焊接配合面圖1為橋殼產(chǎn)品示意圖,其主要加工工藝為:(1)沖壓成型上下殼體;(2)車削(或銑削)焊接結(jié)合面;(3)焊接左右凸緣、上下殼體及四個三角板;(4)焊接加強環(huán)、后蓋及附件;(5)變形工件冷校直;(6)車削(或鏜削)各主要加工表面;(7)鉆孔、攻絲。3電壓和變形原因的分析(1)橋殼的應(yīng)力彎矩形成原因橋殼的上、下殼體在沖壓成形過程中,由原來的長條平板被沖壓成如圖2所示的形狀,從而產(chǎn)生了與成形方向相反的應(yīng)力和彎矩,這些應(yīng)力與彎矩對橋殼后續(xù)加工中產(chǎn)生的應(yīng)力與變形起逐漸減弱的作用。(2)橋殼變形分析在橋殼焊接過程中,由于體積發(fā)生了變化,加之焊接件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各部分厚度不等、散熱條件相差很大、冷熱收縮不均以及金相組織轉(zhuǎn)變等原因,使焊接件內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。具有內(nèi)應(yīng)力的橋殼在焊接后必須存放一段時間,以使應(yīng)力重新分布,因此橋殼出現(xiàn)了如圖3所示的變形。由圖3分析可知,A處加強環(huán)厚度為8mm,B處后蓋的厚度為2mm,采用先焊接加強環(huán)再焊接后蓋的焊接工藝。在焊接加強環(huán)時,由于周圍焊縫較大,焊接溫度較高,在加強環(huán)冷卻到彈性狀態(tài)時受到B處的阻礙,因此,A處受拉應(yīng)力作用,B處受壓應(yīng)力作用,產(chǎn)生圖3所示的彎曲變形。而C處截面遠(yuǎn)小于D處截面,綜合上述應(yīng)力及彎曲變形,C處將產(chǎn)生收縮,而D處伸長。當(dāng)焊接后蓋時,由于壁薄、焊縫小,加之背面加強環(huán)壁較厚且已冷卻,此時產(chǎn)生的應(yīng)力和變形已遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上述變形,所以橋殼焊后暫時出現(xiàn)了加強環(huán)面向外凸起彎曲2mm～3mm、加強環(huán)內(nèi)孔呈橢圓形且其長軸與短軸相差約2mm的變形。在經(jīng)過一段時間后,橋殼暫時處于相對平衡狀態(tài),若繼續(xù)加工,在鏜孔車端面后又會引起內(nèi)應(yīng)力重新分布并產(chǎn)生橋殼彎曲變形。(3)工件內(nèi)部出現(xiàn)塑性變形由于出現(xiàn)了上述加強環(huán)突起變形,因此必須采用冷校直。冷校直是在加強環(huán)突起變形的反方向加力,使工件向相反方向彎曲,并產(chǎn)生部分塑性變形,以達到校直目的(見圖4)。圖4中,在壓校力的作用下,工件內(nèi)部A處受到壓應(yīng)力,B處受到拉應(yīng)力。當(dāng)去除壓應(yīng)力后,其外部產(chǎn)生塑性變形,而內(nèi)部有部分彈性變形,因塑性變形無法恢復(fù),內(nèi)外部金屬互相牽制,產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài),即A處又受到拉應(yīng)力,B處又受到壓應(yīng)力。因此,冷校直后,橋殼雖然減小了彎曲,但依然處于不穩(wěn)定狀態(tài),所以在鏜孔車端面后又會出現(xiàn)新的彎曲變形。(4)孔結(jié)構(gòu)的影響橋殼的各加工工序都必須在定位夾緊狀態(tài)下進行。由于橋殼壁薄、柔性大,壓緊后會產(chǎn)生變形;在去除夾緊力后,會產(chǎn)生部分塑性變形,形成新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)。影響最大的有兩方面(見圖3):鏜孔車端面后在孔出現(xiàn)橢圓以及在兩端鏜車及鉆孔攻絲后出現(xiàn)整體彎曲。這些內(nèi)應(yīng)力繼續(xù)使橋殼變形,并逐漸減弱。(5)復(fù)合式工件加工誤差的情況在鏜孔、車端面之前,橋殼琵琶孔存在偏小1～2mm、橢圓1～2mm的現(xiàn)象,所以在加工過程中,在切削力作用下都以一定的復(fù)映系數(shù)復(fù)映成工件的加工誤差。由于切削余量不均勻,切削深度的變化引起切削力和工藝系統(tǒng)受力變形的變化,因而產(chǎn)生了橋殼琵琶孔的尺寸誤差和圓度誤差。(6)橋殼微量彎曲主要是重力和慣性力的作用引起的應(yīng)力和變形。當(dāng)橋殼平放時,琵琶孔向上與向下放置時所引起的橋殼微量彎曲變形也不一樣;如果橋殼一端掉到地上或碰撞在硬物上,也同樣會發(fā)生彎曲變形,撞擊的力愈大,則彎曲變形愈大。4橋殼冷校直工藝在上述各種應(yīng)力的作用下,被加工橋殼因變形而使尺寸和形位公差超差,主要表現(xiàn)為橋殼整體向減速器裝配平面(見圖5中A面)凸起,造成減速器裝配平面與橋殼軸心線的距離h=50±0.15mm超差;減速器裝配孔?224為橢圓,橢圓長軸在其彎曲方向,橢圓短軸垂直于其彎曲方向;凸緣兩端面圓跳動超差。根據(jù)橋殼綜合變形規(guī)律,采用以下應(yīng)對措施:(1)解決橋殼凸起彎曲和兩端跳動超差①通過“矯枉過正”的冷校直工藝,讓橋殼過校直0.5～1mm,提前留出變形的余量,然后隔日加工;②將橋殼的減速器裝配平面及裝配孔分為粗、半精、精加工三個工序。關(guān)鍵是在精加工工序上有意識將減速器裝配平面降低一些,留出以后各工序的變形量,讓其自然恢復(fù)。留量按橋殼實際變形規(guī)律確定(此處降低0.15mm);③在橋殼三面鉆孔的工序中,特意使定位平面偏厚一點,在夾緊力作用下使其發(fā)揮校正作用,并留出繼續(xù)變形的余地,同時也使兩端的圓跳動控制在合格范圍內(nèi);④擺放工件時,使減速器裝配孔向上,有意識地控制在工件存放環(huán)節(jié)的變形,一般情況下勿需施加外力。(2)解決橋殼減速器裝配孔的圓度誤差①在橋殼的鏜孔、車端面工序中,將該孔加工也分成粗、半精、精加工三個工序。其關(guān)鍵是在精加工時將余量控制在0.3～0.4mm之內(nèi),使復(fù)映系數(shù)加快,將孔的圓度誤差控制在一定范圍內(nèi);②在鏜孔、車端面時,夾緊著力點及夾緊力的大小都會影響裝配孔的圓度誤差。在減速器裝配孔外圍均勻設(shè)置四個夾緊點,再在其背后設(shè)置對稱兩點,同時,上述六個夾緊點均采用鎖緊式壓緊,靠彈簧力頂觸工件,然后由液壓缸自動鎖死,保證在六個夾緊點受到的夾緊力都很小的同時實現(xiàn)工件的夾緊,避免由于夾緊力引起的變形。5橋殼加工工藝通過對橋殼變形原因的分析,應(yīng)用應(yīng)力與變形規(guī)律,找到了解決橋殼形位精度超差的原因和解決方法,提高了橋殼加工的尺寸精度和形狀位置精度。上述方法簡單、易