一种异形件制作及其工装制作的方法

一种异形件制作及其工装制作的方法
摘要：异形件由于自身存在异形，其制作有别于标准件，在制作过程中会涉及
到特殊设备、专用夹具、辅助工序等的选择使用，不恰当的选择会造成异形件精
度的偏差，甚至无法完成异形件的制作。

本文从某异形件出发，根据该异形件的材料及外形尺寸，制定针对其有效合
理的工装设备及铆焊加工顺序，为其他异形件的加工制作提供了一定的参考价值。

关键词：异形件；制作；铆焊；工装
1.前言
因为无法采用单纯的车削工艺，异形件在机加工中属于较难制作的一类，该
制作会涉及到特殊设备、专用夹具、辅助工序等的选择。

因此，针对不同的异形
件需要制作不同的工装。

下面介绍某种异形件的制作及其工装的制作方法。

2.异形件材料及尺寸
该异形件整体材料均为Q235普通碳素结构钢，异形件外形如图1所示。

图1 异形件外观图
1.顶端横梁
2.异形件主体底板
3.异形件主体筋板
4.异形件主体中板
5.异形件
主体侧板
如图1所示，该异形件按照结构可分为异形件主体及顶端横梁两部分。

异形件主体顶端有三片筋板，该筋板内侧及外侧圆弧处半径均为1.9m，板材
厚度为10mm，筋板上侧有一直径为110mm的圆孔，该顶端横梁可通过在自动
下料机中输入坐标点来确定筋板的轮廓并进行下料加工。

异形件主体其余部分可看做三部分进行处理：底板、中板及侧板。

底板上表面与筋板内侧圆弧重合，表明底板上方圆弧半径也为1.9m，经测量
后异形件主体底板可通过剪板机剪切成：上边为770mm、下边为1437mm、高为2700mm的等腰梯形，并通过自制压弯机获得弧度，该底板板材厚度为16mm。

侧板外圆半径为3m、内圆半径为2.5m，该侧板也可通过在自动下料机中输入坐
标点来确定侧板的轮廓并进行加工，该侧板板材厚度为16mm。

中板可通过底板
及侧板尺寸进行放样获得。

异形件主体各部件底部均为长度200mm平面。

顶端横梁为外径110mm、内径90mm、通长2.8m的圆管，该圆管可通过锯
床进行切断获得，并最后穿插进三块筋板的圆孔内。

3.工装的制作
该异形件的制作不同于标准件，在异形件的制作过程中需要与其相应的工装
设备进行制作。

本文中所涉及到的异形件需要对其主体底板进行压弯操作，以获得主体底板
与筋板相近似的弧度，另在异形件焊接过程中板材角度的微调需要一种可调节角
度的工件作为支撑。

因此，针对该异形件将自制一套压弯机及若干套可调节楔子。

3.1 压弯机制作
该异形件主体底板因存在空间上的圆弧而需要进行压弯操作。

当制作该异形
件时无压弯机，人工进行压弯时无法保证弧度为平滑过渡，在后续异形件焊接时
会造成一定困难及精度的偏差。

压弯机可利用现有废弃材料自行制作，下面将提
供某种压弯机的制作方法及思路。

图2 自制压弯机
1.压弯机主体
2.上方压弯滚筒轴
3.下方固定滚筒轴
该压弯机为保证压弯质量及加大所能压弯的板厚，压弯机主体所用板材为
Q235普通碳素结构钢的50mm钢板，为天车起吊方便，压弯机主体上方左中右
三个方向各焊接一个吊耳。

压弯机构采用三个废弃的滚筒轴（上面一个，下面两个）构成，下方两个滚
筒轴通过固定在压弯机主体的左右对称的六块侧板及四根50mm角钢固定在压弯
机平台上，上方滚筒轴焊接两处吊耳用于压弯作业时将上方滚筒轴吊起，将板材
置于上下滚筒轴之间，并将上方滚筒轴与一平台连接在一起为放置油镐所用的压
弯平台。

在压弯过程中，通过上下三个滚筒轴之间的圆弧获取异形件的弧度。

当需要进行压弯作业时，通过天车对上方压弯滚筒轴吊耳进行吊装，把所需
加工的板材置于压弯机压弯机构中，将所需提供压力的油镐置于上方压弯滚筒轴
的压弯平台上，启动油镐，通过油镐施加的压力对置于压弯机构中的板材进行压
弯作业。

该异形件主体底板圆弧半径为1.9m，在进行压弯过程中需不断进行弧度测量，所得到的弧度半径可略小于1.9m，在后续异形件焊接过程中可再作调整，增大弧度，若在压弯机中获得半径大于1.9m，还需重新减小弧度半径至1.9m。

3.2 可调节楔子制作
在该异形件制作过程中，异形件主体侧板需先固定在焊接平台上。

因侧板与
中板之间存在夹角，在侧板固定的过程中需要进行角度的调整，以吻合该异形件
的条件。

图3 可调节楔子
1.角铁
2.带外螺纹圆管
3.带内螺纹圆管
4.调节杆
该楔子由带内螺纹圆管、带外螺纹圆管、角铁及调节杆等部分组成。

外螺纹
圆管共有两个，并且两根圆管的螺纹旋转方向相反。

两段角铁选取50mm角铁，
分别与外螺纹圆管顶端焊接在一起。

内螺纹圆管中间部位均匀分布四个直径为
10mm的圆孔，用于穿插调节杆以调整楔子长度。

在异形件主体侧板调整角度时，可调整楔子一段与焊接平台焊接在一起，另一端顶在侧板上通过调节杆对楔子的
长度进行调节，已达到所需要的侧板的角度。

该楔子降低了人员进行焊接作业时砸伤的几率，缩短了车间天车使用时间，
提高了焊接件对尺寸要求的精度。

4.异形件的制作
该异形件的制作过程需要考虑各个部分的组对、焊接的难易程度，来决定加
工制作的先后顺序。

该异形件的制作需要借助焊接平台来完成，异形件主体的底板与筋板如先固
定在平台上则会造成后续中板及底板的焊接难度，而中板介于底板与侧板之间，
与两者是完全焊接的，无法与焊接平台进行固定。

因此，该异形件的焊接顺序为：侧板—底板—筋板—中板—顶端横梁。

4.1 前处理
对板材进行喷砂处理，以磨料对钢材表面的冲击和磨削作用，将钢材表面的
氧化皮、锈蚀物及其他污物去除[1]。

经过喷砂处理的板材通过自动下料机、锯床及剪板机进行下料处理，获取异
形件顶端横梁及主体的底板和侧板部分。

4.2 异形件主体侧板的固定
首先在铆焊平台上用石笔做出十字中心线，将两块侧板沿中心线对称放置。

两块侧板内圆弧所在曲线上下顶点距离分别为1644mm及1000mm，分别在距离
中心线822mm处及500mm处对称将两块侧板顶点点焊在焊接平台上。

现只需将
侧板外圆弧所在曲线上的任一顶点位置确定后，另一顶点位置便可自动与图纸上
数据对应。

外圆弧所在曲线上顶点之间的距离为1898mm。

将可调节楔子一段角铁固定
在焊接平台上，另一端角铁顶在侧板外圆弧所在弧线顶点附近，使用角尺将一边
紧贴在平台上，另一边与外圆弧所在曲线上顶点重合，将调节杆插入楔子带内螺
纹圆管的调节孔内并作旋转运动，使楔子的长度缓慢增大，当角尺竖直边距离内
圆弧所在曲线上顶点为127mm时，即外圆弧所在曲线上顶点距离中心线949mm，此时外圆弧所在曲线上顶点达到要求位置。

使用上述方法对两块侧板进行调节后，对内圆弧所在顶点处的焊接点进行加固，用支板连接侧板及焊接平台，防止其产生位移，并拆除楔子。

4.3 异形件主体底板与筋板连接
通过天车吊起异形件主体底板，使其底边与铆焊平台重合并进行点焊操作，
使底边与铆焊平台固定。

按照间距为150mm的距离，三块筋板均匀分布在侧板上，使两者均存在的200mm平面重合，并进行满焊操作。

异形件主体底板的圆
弧是在自制压弯机的获得的，而在制作的过程中，压弯所获得弧度略小于原始尺寸，此时底板圆弧无法与筋板圆弧重合，两者之间存在一定的缝隙。

因筋板与底板底部已经进行满焊工艺，而底板底部又与焊接平台做了点焊固
定工作，将带有钢丝绳的挂钩勾住在底板上端，钢丝绳与天车相连，启动天车向
上拉动钢丝绳并带动挂钩使底板弧度缓慢减小。

该上升过程是间断的，每当底板
与筋板圆弧有一小段重合后，对重合区域进行满焊操作，以保证后续上升过程中
的拉伸强度并降低整体焊接难度。

多次采用该上升操作后，可使该异形件主体底板与筋板圆弧完全重合，并达
到满焊的程度。

此时筋板完全固定在异形件主体底板上。

4.4 异形件主体底板的固定
异形件主体底板与侧板依靠中板进行连接，中板顶端宽255mm，与侧板之间
夹角为123度；底端宽212mm，与侧板之间夹角为135度。

使用角尺一边卡在侧板顶端，展开123度，另一边量取255mm，该点即为底板顶端端点位置；使用角尺一边卡在侧板底端，展开135度，另一边量取212mm，该点即为底板底端端点位置。

在铆焊平台上制作两个分别与底板顶端与底端同等高度的载物架，将底板顶
端及底端用天车安放在两个载物架上，按照中心线位置对称放置，并进行点焊以
加以固定。

4.5 异形件主体中板的固定
异形件主体底板及侧板均已安置在焊接平台上，此时进行放样处理，将中板
拼接在底板及侧板中间，并进行满焊处理，此时异形件主体制作完毕。

4.6 顶端横梁的安装
将通过自动下料机制作的圆管穿插进异形件主体筋板的圆孔内，待圆管两端
与左右两侧筋板对称后，进行满焊操作，顶端横梁安装完毕。

此时异形件整体铆
焊部分制作完毕。

4.7 后处理
因在异形件制作过程中无法避免产生毛边现象，为防止异形件安装时对人员
造成划伤，通过手持磨砂机对该异形件在焊接制作过程中形成的毛边进行磨砂处
理。

处理过后的异形件进行防腐处理，涂抹防腐漆。

待后处理工作完毕后，该异
形件可进行安装并投入使用。

5.结语
该异形件在工装制作方面，针对其加工的要求，制作了压弯机及可调节楔子，保证了异形件的精度要求，提升了铆焊的加工效率，保证加工人员的工作安全。

在异形件主体拼接铆焊时，针对不同部位的特点，采取分块制作铆焊，避免了人
力物力不必要的浪费。

该异形件的铆焊制作及工装制作方法为其他异形件的加工制作提供了一定的
参考价值。

参考文献：
[1] 周良.喷丸（砂）、喷涂技术及装备[M].北京：化学工业出版社，2008.1：1.。