摘要：大型结构件是工程机械的重要组成部分,关系着工程机械的外观质量和整机性能,由于体积庞大、加工精度要求高,大型结构件的生产一直是企业面临的难题。详细分析了工程机械上大型结构件的结构特点,深入探讨了大型结构件的生产工艺性,并具体介绍了一种合理的生产工艺过程,对提高大型结构件的质量和生产效率具有重要意义。
关键词：大型结构件；工程机械；生产工艺
引言
工程机械主要包括挖掘机械、起重机械、铲土运输机械、混凝土机械、路面机械等几大类。大型结构件是工程机械的骨架，而且是主要承力部件，工程机械大型结构件按照使用位置和结构特点主要分为以下几类：一、履带式工程机械履带架，如常见的挖掘机、推土机履带架；二、车架类，如装载机的前、后车架，推土机的中心支架，各种工程车辆的车架等；三、臂类，挖掘机的动臂、斗杆，装载机的摇臂，混凝土泵机的布料臂等；四、回转操纵平台类，如各类挖掘机的回转平台；五、斗类，如各种挖掘机的挖斗、装载机的铲斗、推土机的推土铲等。虽然各类大型结构件在工程机械中使用位置及结构有很大的差异，但是工程机械大型结构件都具有以下共性：由多种不同规格、材质的钢板、型钢、铸件或锻件等焊接成型并加工出的质量大、尺寸大、结构复杂而且加工精度要求较高的大结构件。
虽然工程机械大型结构件结构复杂、种类多样、形状各异，但生产工艺基本相似，都需要经历以下基本工艺流程，大型结构件基本工艺流程：备料→拼装（搭焊）→焊接→加工→抛丸→涂装；对于结构复杂的大型结构件可能会经过多次拼装、焊接、加工工序，同时对产品生产的每一道工序都需要进行检查或精度控制，以保证产品质量的稳定性。
1.备料
工程机械大型结构件备料主要包括以下作业工序及内容：钢板（型材）的切割、焊接坡口的加工（切割），钢板的成型、钢板、铸造件、锻造件的加工等。在批量生产中，对于质量大、数量多、种类多、形状复杂的工件采用样板检查确认，提高了检查的效率，减轻了劳动强度，具有准确、快速的优点；对于螺栓孔和螺纹孔的加工，采用摇臂钻床使用钻模进行加工，减少了划线工序，提高了尺寸精度的稳定性，大大提高了加工效率，具有精度稳定性好、效率高、成本低的优点；同时先进切割设备和成型设备的应用，如数控等离子切割机、数控激光切割机、各类机器人切割系统、数控折弯机、数控滚床等，也大大提高了料件的精度和生产效率，同时使后期工序的生产效率和产品质量也得到大大改善。这些设备的应用为批量化生产提供前提条件。
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2.拼装(搭焊)
批量生产时，必须使用专用拼装工装进行制作，否则无法保证产品质量的稳定性，降低了生产效率，增加工人的劳动强度，同时设计制作拼装工装时，要考虑增加工件焊接反变形量，对于批量较大的结构件，可设计制造气动或液压拼装工装，以进一步提高生产效率，降低工人的劳动强度。对于复杂的大型结构件，可以将其分解成多个简单的部件进行拼装及焊接后，再进行整体的拼装、焊接，可以减少焊接变形，提高产品合格率和生产效率，如图一所示挖斗分解制作工艺。通常工程机械大型结构件批量生产时，拼装工装与焊接工装分开，避免因焊接时长时间占用拼装工装，影响产品生产效率。
3.焊接
焊接是结构件生产中最重要的工序，由于大型结构件在工程机械中都是承力部件，所以焊接质量直接影响工程机械的整机性能，所以大部分大型结构件在焊接后都需要进行无损探伤检查，以保证工件的质量，同时由于焊接量大，焊接变形严重。由于大型结构件结构复杂，体积大，质量大，焊接时为了保证焊接质量和提高焊接效率，通常采用焊接变位机来调整工件焊接时的位置，提高工件翻转时的效率，并使工件处于最佳的焊接位置，保证焊接质量；同时，通过拼装时增加焊接反变形量及焊接反变形工装的使用，严格按照焊接工艺参数及顺序进行焊接，大部分结构件可以不需要焊后矫形，大大提高了生产效率，降低了成本；另外，工程机械结构件弧焊机器人系统的应用对生产效率提高、焊接变形控制、及焊接质量保证有着非常好的效果，非常适合工程机械结构件的批量生产，如图二所示为挖掘机动臂弧焊机器人系统。
4.加工
工程机械大型结构件具有很多连接与装配孔等，这些部位加工的精度、尺寸主要是通过镗削、铣削来加工结构件上连接孔与装配孔的表面与端面。这里仅阐述为了满足批量生产需要对加工过程的改善。工程机械大型结构件的加工通常使用卧式加工中心或大型落地镗铣床进行一次装夹加工，由于大型结构件加工位置多、精度要求高、加工工时长，在批量生产中，为了改善加工精度及装夹效率，必须设计使用专用夹具，同时可根据情况在夹具上设计加工余量检测装置，取消工件划线工序的同时，降低工件因加工余量不足造成的装夹、返修工时的浪费，提高设备的使用率。同时可以使用一些特殊或专用加工设备来提高加工效率，如批量臂类的加工通常使用双面铣镗床，从工件的两侧同时进行加工，一次装夹完成，不需要掉头，既保证了加工精度，同时也大大提高了生产效率。
5.抛丸与涂装
工程机械大型结构件由于制作工序多、生产时间长，不适合采用前处理方法（即对整块钢板的预处理），同时由于大型结构件体积大、质量大，也不适合采用酸洗的方法和打磨的方法对工件进行预处理，所以对于批量生产的工程机械大型结构件的预处理通常采用抛丸法进行处理，处理工序通常选择在涂装前，以保证抛丸后能及时进行涂装，保证工件的涂装质量，这时由于前期制造工序都已经完成，为了保护加工及装配孔，必须要制作、使用屏蔽工装，对于螺纹孔可定制不同规格的橡胶或塑料塞进行保护，屏蔽工装和螺纹保护塞的使用，不但保证了工件质量、提高了生产效率、而且通过重复使用降低了制造成本；同时为了避免抛丸后涂装不及时及效率低的问题，可以设计建造大型结构件抛丸涂装生产线，将抛丸与涂装工序有机的结合在一起，为了适应大型结构件体积大、质量大的特点，可采用悬挂通过式抛丸室及涂装室，生产线由上件、抛丸、吹尘、涂装、流平找补、烘干和下件等工位组成，工位间通过悬挂或轨道输送，形成了从工件的预处理到喷涂的涂装工艺完整的生产流程，可以大大提高结构件的涂装质量和生产效率。
结论
工程机械是人类社会基础建设前进的“双足”和“手臂”，在人类社会高速建设的今天，工程机械的结构件批量生产势在必行。作者通过分析工程机械大型结构件在批量生产过程中存在的影响产品质量及生产效率的问题，结合国内外先进大型结构件生产工艺和装备实例，提出了工艺与装备的改善方法，保证了产品批量生产时的产品质量，提高了生产效率，降低了制造成本，增强了企业在行业中的市场竞争力。
参考文献
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论文作者:张连杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/5
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