中国水利水电第十四工程局有限公司 云南昆明 650000
摘 要：叠梁门叶常规的制造工艺为在边梁小拼装时就进行吊耳孔补强板的安装，然后进行叠梁门叶整体组装并焊接，焊后进行机加工才能达到互换的要求，因此整个制造工艺和效率不适合运用于大批量、短周期的门叶生产制造。为了提高生产效率、减少成本的投入及保证叠梁门叶吊耳孔的同轴度、轴孔中心的水平度等形位尺寸、配合公差和互换性要求，进行了专用的工装模具设计并通过实际生产验证，工装模具能满足叠梁门叶图纸、设计规范要求的技术条款，优化了叠梁门叶的制造工艺，达到预期的要求。
关键词：工装模具、互换、设计
中国水利水电第十四工程局有限公司昆明水工厂承制溪洛渡左（右）岸进水口叠梁门叶共90套，1440单节，门叶主要由门叶结构、正向滑块、反向滑块和节间连接板等部件组成，门叶形式为潜孔式，滑道支承，孔口尺寸3.8m×48m，设计水头15m，吊点间距4.1m，操作方式为动水启动。叠梁门叶节间连接方式为一端梨形孔、一端圆孔的轴孔连接，主要技术条款要求有：轴孔同轴度≤0.5mm，单节吊耳孔平行度≤0.5mm，吊耳孔到门叶顶缘线的距离180±2.0。根据合同技术条款要求：由于节数较多，为了方便现场叠梁门叶的安装，要求每节都具有互换性。
１、工装模具设计使用目的
２、 传统门叶制造工艺在单节叠梁门叶制作完成后需要进行机加工才能保证尺寸公差和互换性，生产效率很低，工期长，针对于大批量、短周期的门叶制造项目，不可行，因此为了解决这个问题，必须设计可行的有效的工装模具来弥补传统工艺的不足。工装模具设计
工装模具的设计，首先要根据门叶的合同、设计图纸等技术条款要求，保证吊耳孔的同轴度、平行度等其他形位尺寸，且每节叠梁门叶都能进行互换。要达到要求，就必须得解决单节叠梁门叶四个吊耳孔的形位公差及两边梁吊耳孔中心至门叶顶缘的距离这些影响到精度和整体组装的主要因素，只有解决这些主要因素才可以保证叠梁门叶预组装时相互连接关系，同时也就达到了互换的要求，考虑到叠梁门叶节数较多，因此设计专用工装模具－吊耳孔补强板组装工装来保证达到上述的技术要求。
与传统制造工艺不同，使用专用的设计工装模具，叠梁门叶制造工艺流程调整的关键地方是吊耳补强板最后利用工装模具安装后焊接成型，且不需要进行单节门叶的机加工。
2.1工装模具的尺寸
要解决叠梁门叶每个吊耳孔相关的形位尺寸和配合尺寸，则需要采用统一的工装模具来保证，因此工装模具根据叠梁门叶外形宽度、长度、吊耳尺寸及其他的形位尺寸而定，具体工装模具的图样如下。
图1 工装模具设计图
如图1所示，图中4#、5#、6#为工装模具的轴孔板，工装模具四个吊耳孔的定位尺寸和形位尺寸是参照叠梁门叶的吊耳孔尺寸而定，主要用于穿假轴来定位叠梁门叶的吊耳孔补强板。
工装模具吊耳孔加工精度要求：工装模具4个吊耳孔保持在同一平面上，吊耳孔中心的平面度误差要保证≤0.5mm，如图2所示，且单组吊耳的同轴度误差也要保证≤0.5mm。
图2 工装模具侧视图
2.2工装模具的稳定性
考虑到工装模具在使用过程中只受往下的压力，其他方向不受力，因此，工装模具在大拼装完成后，只需分段施焊无需满焊，焊后使用火焰矫正，以满足大组装需要。
考虑到工装模具要长期有效的投入使用，所以要考虑工装模具的变形、移动、局部的撞击等因素，因此要在工装模具上增加支撑次梁，如图1中的2#、3#件的工字梁，以提高工装模具的稳定性，便于生产过程中工装模具的使用寿命
３、工装模具制造使用
3.1 下料
为保证工装的制造质量，所有板材均用数控切割机下料，型材用手工划线切割，下料后用角磨机打磨平整。
3.2组装焊接
工装模具在拼装前要在刚性平台上找组装平台，平台水平度保证在1.0mm以内，按设计工艺尺寸进行组装。组装完成后进行约束焊接，不许翻身焊接，以控制变形。
3.3工装模具加工
工装模具校形完成，使用加工设备对工装框架上的四个垫块（图3中7#件）整体进行机加工，保证工装整体平面度，再以加工后的垫块平面度为基准按设计图纸主滑块至吊耳孔中心的尺寸，进行工装四个吊耳孔镗孔，确保工装吊耳孔的形位尺寸精确，将假轴放置于工装模具吊孔中。
４、工装的使用防护
在使用工装工作时要进行必要的防护及实时监测，防止在使用过程中受到撞击和长期使用磨损减少工装的使用寿命，从而影响到产品的尺寸精度。
4.1 工装模具的安装
工装模具在钢平台上进行加固，利用经纬仪来保证端头挡板的垂直度和平面度，利用水平仪调整工装吊耳孔中心的水平。然后利用经纬仪将加工好的工装端头挡板（9#、10#、11#）安装在工装两工字梁上如图2，保证吊耳孔中心到门页顶缘的距离控制在180±0.5mm以内。
4.2工装模具立体图
工装模具立体图如下图3所示。
图3工装模具立体图
4.3工装模具应用
单节叠梁门叶在矫正完成滑块座板贴好后，吊到工装模具内，以主滑块座板与工装加工垫块平面为接触基准面，将叠梁门叶端头抵至工装挡头板，进行微调整，然后通过垫铁、压板等约束工具器固定叠梁门叶，再利用工装上的假轴装置进行四个吊耳连接孔补强板安装点焊。叠梁门叶四个吊耳连接孔定位尺寸、吊耳至主滑块的跨距、吊耳中心至叠梁门叶端面距离等主要技术参数通过工装模具调整完成，消除人工引起的误差因素。
首节叠梁门叶吊耳补强板安装完成后，未吊离工装前假轴撤离进行叠梁门叶各形位公差及相关尺寸的检测，查看是否达到要求。经过溪洛渡进水口叠梁门叶厂内实际试验，能达到合同、图纸设计的要求。
4.4工装模具防护
由于天气的变化或者使用过程中受到撞击等因素，需要定期对工装各尺寸精度进行检查，以防在使用过程中由于磨损、撞击等变化影响到叠梁门叶吊耳的同轴度和水平度等尺寸，而产生误差。若检测发现工装各个尺寸出现了偏差、假轴直径公差超等问题，必须进行校准或替换。
５、结束语
工装模具的优化工艺经过中国水利水电第十四工程有限公司昆明水工厂的实际操作运用于溪洛渡左（右）岸进水口叠梁门叶90套1440节、进水口右岸拦污栅节46套1058节。经实际操作比对，在厂内任意提取做好的叠梁门叶进行每4节一组预组装，验证了使用工装模具组装的叠梁门叶和栅叶能达到互换的要求，而且相对于常规工艺可以减少吊耳孔整个机加工工序，达到流水线作业，在制造上，节约了成本、简化了制造工艺、缩短了制造和验收时间、提高了生产效率。
论文作者:辛石镱,王强
论文发表刊物:《科技中国》2017年2期
论文发表时间:2017/5/2
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