汽车轻型桥桥壳焊接变形分析

汽车轻型桥桥壳焊接变形分析

1工件刚度低由于全体式焊接桥的制作质量轻，无需制造，加工方法简单，因此在轻汽车和车辆中得到了广泛应用。但由于它刚度低,加工时在各种内力及外力的作用下会产生很大的应力与变形,造成工件尺寸及形位公差超差,如不采取合适的应对方法,将导致大量废品的产生。为此,以某轻型车桥壳为例进行分析,找出其变形规律,并采取相应措施尽量减小误差。2车削或铣削焊接配合面图1为桥壳产品示意图,其主要加工工艺为:(1)冲压成型上下壳体;(2)车削(或铣削)焊接结合面;(3)焊接左右凸缘、上下壳体及四个三角板;(4)焊接加强环、后盖及附件;(5)变形工件冷校直;(6)车削(或镗削)各主要加工表面;(7)钻孔、攻丝。3电压和变形原因的分析(1)桥壳的应力弯矩形成原因桥壳的上、下壳体在冲压成形过程中,由原来的长条平板被冲压成如图2所示的形状,从而产生了与成形方向相反的应力和弯矩,这些应力与弯矩对桥壳后续加工中产生的应力与变形起逐渐减弱的作用。(2)桥壳变形分析在桥壳焊接过程中,由于体积发生了变化,加之焊接件的结构复杂、各部分厚度不等、散热条件相差很大、冷热收缩不均以及金相组织转变等原因,使焊接件内部产生了相当大的内应力。具有内应力的桥壳在焊接后必须存放一段时间,以使应力重新分布,因此桥壳出现了如图3所示的变形。由图3分析可知,A处加强环厚度为8mm,B处后盖的厚度为2mm,采用先焊接加强环再焊接后盖的焊接工艺。在焊接加强环时,由于周围焊缝较大,焊接温度较高,在加强环冷却到弹性状态时受到B处的阻碍,因此,A处受拉应力作用,B处受压应力作用,产生图3所示的弯曲变形。而C处截面远小于D处截面,综合上述应力及弯曲变形,C处将产生收缩,而D处伸长。当焊接后盖时,由于壁薄、焊缝小,加之背面加强环壁较厚且已冷却,此时产生的应力和变形已远远小于上述变形,所以桥壳焊后暂时出现了加强环面向外凸起弯曲2mm～3mm、加强环内孔呈椭圆形且其长轴与短轴相差约2mm的变形。在经过一段时间后,桥壳暂时处于相对平衡状态,若继续加工,在镗孔车端面后又会引起内应力重新分布并产生桥壳弯曲变形。(3)工件内部出现塑性变形由于出现了上述加强环突起变形,因此必须采用冷校直。冷校直是在加强环突起变形的反方向加力,使工件向相反方向弯曲,并产生部分塑性变形,以达到校直目的(见图4)。图4中,在压校力的作用下,工件内部A处受到压应力,B处受到拉应力。当去除压应力后,其外部产生塑性变形,而内部有部分弹性变形,因塑性变形无法恢复,内外部金属互相牵制,产生了新的内应力平衡状态,即A处又受到拉应力,B处又受到压应力。因此,冷校直后,桥壳虽然减小了弯曲,但依然处于不稳定状态,所以在镗孔车端面后又会出现新的弯曲变形。(4)孔结构的影响桥壳的各加工工序都必须在定位夹紧状态下进行。由于桥壳壁薄、柔性大,压紧后会产生变形;在去除夹紧力后,会产生部分塑性变形,形成新的内应力平衡状态。影响最大的有两方面(见图3):镗孔车端面后在孔出现椭圆以及在两端镗车及钻孔攻丝后出现整体弯曲。这些内应力继续使桥壳变形,并逐渐减弱。(5)复合式工件加工误差的情况在镗孔、车端面之前,桥壳琵琶孔存在偏小1～2mm、椭圆1～2mm的现象,所以在加工过程中,在切削力作用下都以一定的复映系数复映成工件的加工误差。由于切削余量不均匀,切削深度的变化引起切削力和工艺系统受力变形的变化,因而产生了桥壳琵琶孔的尺寸误差和圆度误差。(6)桥壳微量弯曲主要是重力和惯性力的作用引起的应力和变形。当桥壳平放时,琵琶孔向上与向下放置时所引起的桥壳微量弯曲变形也不一样;如果桥壳一端掉到地上或碰撞在硬物上,也同样会发生弯曲变形,撞击的力愈大,则弯曲变形愈大。4桥壳冷校直工艺在上述各种应力的作用下,被加工桥壳因变形而使尺寸和形位公差超差,主要表现为桥壳整体向减速器装配平面(见图5中A面)凸起,造成减速器装配平面与桥壳轴心线的距离h=50±0.15mm超差;减速器装配孔ϕ224为椭圆,椭圆长轴在其弯曲方向,椭圆短轴垂直于其弯曲方向;凸缘两端面圆跳动超差。根据桥壳综合变形规律,采用以下应对措施:(1)解决桥壳凸起弯曲和两端跳动超差①通过“矫枉过正”的冷校直工艺,让桥壳过校直0.5～1mm,提前留出变形的余量,然后隔日加工;②将桥壳的减速器装配平面及装配孔分为粗、半精、精加工三个工序。关键是在精加工工序上有意识将减速器装配平面降低一些,留出以后各工序的变形量,让其自然恢复。留量按桥壳实际变形规律确定(此处降低0.15mm);③在桥壳三面钻孔的工序中,特意使定位平面偏厚一点,在夹紧力作用下使其发挥校正作用,并留出继续变形的余地,同时也使两端的圆跳动控制在合格范围内;④摆放工件时,使减速器装配孔向上,有意识地控制在工件存放环节的变形,一般情况下勿需施加外力。(2)解决桥壳减速器装配孔的圆度误差①在桥壳的镗孔、车端面工序中,将该孔加工也分成粗、半精、精加工三个工序。其关键是在精加工时将余量控制在0.3～0.4mm之内,使复映系数加快,将孔的圆度误差控制在一定范围内;②在镗孔、车端面时,夹紧着力点及夹紧力的大小都会影响装配孔的圆度误差。在减速器装配孔外围均匀设置四个夹紧点,再在其背后设置对称两点,同时,上述六个夹紧点均采用锁紧式压紧,靠弹簧力顶触工件,然后由液压缸自动锁死,保证在六个夹紧点受到的夹紧力都很小的同时实现工件的夹紧,避免由于夹紧力引起的变形。5桥壳加工工艺通过对桥壳变形原因的分析,应用应力与变形规律,找到了解决桥壳形位精度超差的原因和解决方法,提高了桥壳加工的尺寸精度和形状位置精度。上述方法简单、易