李述榮 來源：《綦齒傳動(dòng)》
1 前言
焊接作為一種機(jī)械加工的重要特殊工藝手段． 已經(jīng)在我公司的生產(chǎn)當(dāng)中有了一定的應(yīng)用。隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，用戶對(duì)于變速器的要求，不僅只表現(xiàn)在實(shí)物質(zhì)量方面．而必將在品種上也提出新的需求。我公司作為變速器生產(chǎn)的專業(yè)骨干企業(yè)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的這種變化和需求，也必然要在變速器的質(zhì)量和品種兩方面都有所作為。一些特殊的工藝和設(shè)備必將大量地應(yīng)用于公司的變速器生產(chǎn)中，焊接這種工藝也不例外，必將在公司的生產(chǎn)中得到更廣泛的應(yīng)用。因此，作為一名焊接工藝人員，在此有必要根據(jù)公司以往產(chǎn)品焊接接頭設(shè)計(jì)方面存在的一些不足，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)例從工藝的角度就產(chǎn)品焊接接頭設(shè)計(jì)談?wù)勛约旱拇譁\看法，與設(shè)計(jì)人員商榷，以利于在未來設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)，能兼顧產(chǎn)品的焊接加工工藝性。
2 實(shí)物舉例及問題分析
焊接加工作為一種特殊工藝，它有其自身獨(dú)有的加工特點(diǎn)，其過程實(shí)為一種局部的冶金熔煉。因此，要真正掌握和運(yùn)用好焊接這一特殊工藝，就必須掌握好與此相關(guān)的各種知識(shí)。如：冶金物理、化學(xué)知識(shí)；金屬學(xué)及熱處理知識(shí)；工程力學(xué)和材料力學(xué)知識(shí)；焊接材料、材料焊接以及產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)生產(chǎn)等方面的知識(shí)。產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)就是討論產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接接頭設(shè)計(jì)的問題，而結(jié)構(gòu)生產(chǎn)則著重討論焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程中的工藝問題。理論和實(shí)踐都告訴我們：合理的焊接接頭設(shè)計(jì)，除了要滿足產(chǎn)品的使用功能和強(qiáng)度要求外，還要具備良好的焊接加工工藝性．以保證在實(shí)現(xiàn)使用功能的過程中能夠使用相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝，降低產(chǎn)品的工藝制造成本。同時(shí)，焊接方法種類繁多，工藝特點(diǎn)各有不同。因此，在進(jìn)行焊接接頭設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力和工藝水平。既不要提過高無用而又難于實(shí)現(xiàn)的要求，增加產(chǎn)品的工藝制造成本，也不能因?yàn)楝F(xiàn)有設(shè)備能力的不足而降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。要做到合理適當(dāng)?shù)拇_很難，但作為企業(yè)的工程技術(shù)從業(yè)人員，我們必須盡力而為。下面就結(jié)合公司現(xiàn)有焊接產(chǎn)品，舉例談一下自己對(duì)產(chǎn)品焊接接頭設(shè)計(jì)的粗淺認(rèn)識(shí)。
2．1 換檔氣缸支座總成的焊接接頭設(shè)計(jì)
換檔氣缸支座總成的結(jié)構(gòu)如圖1所示．它由支座銷軸和支座底板焊接而成。支座銷軸原圖的焊接接頭設(shè)計(jì)為凸焊結(jié)構(gòu)，而我公司直到現(xiàn)在也沒有凸焊設(shè)備，實(shí)際生產(chǎn)也一直是采用的手工電弧焊工藝。如果支座銷軸的生產(chǎn)按圖紙尺寸進(jìn)行，那么焊接時(shí)不但需要專門的焊接定位夾具，而且焊接而成的總成必然是不符合總成圖紙尺寸要求的廢品。當(dāng)然，事實(shí)并非如此，那是因?yàn)橄嚓P(guān)工藝人員在進(jìn)行零件工藝設(shè)計(jì)時(shí)，就對(duì)相關(guān)工藝尺寸作了必要的處理。
雖然這種處理保證了總成最終為合格品，但其實(shí)物零件對(duì)圖紙來說，仍是不合格品；產(chǎn)品圖紙、工藝和實(shí)物零件也無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員消化ZF圖紙時(shí)，在確保原有總成結(jié)構(gòu)功用的前提下．參照公司現(xiàn)有設(shè)備能力和工藝水平，對(duì)其焊接接頭進(jìn)行重新設(shè)計(jì)：在支座銷軸的焊接端增加一段(如φ10×?，其長度視支座底板的厚度而定)，用于和支座底板焊接時(shí)裝配定位；而支座底板只需在對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)一個(gè)定位孑L，就能提高總成的焊接加工工藝性，免去一副復(fù)雜的焊接夾具，同時(shí)使總成的焊接變成輕而易舉的事情，極大地提高焊接生產(chǎn)率，降低總成的工藝制造成本。
2．2 撥叉軸組件I的焊接接頭設(shè)計(jì)
撥叉軸組件I的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由撥叉軸和搖臂焊接而成。根據(jù)搖臂中心線對(duì)撥叉軸鍵槽中心線的夾角α以及搖臂距撥叉軸端面距離A的不同，派生出一系列撥叉軸組件的組件號(hào)。這樣，對(duì)設(shè)計(jì)來說，的確是方便了，新增零件號(hào)只需往通用圖紙上添加就可以了。但對(duì)工藝人員來說，麻煩可能就來了：因?yàn)楫?dāng)A≥4mm時(shí)，工藝按圖紙保證焊腳高度為4mm的角焊縫沒有問題，做出的產(chǎn)品也能符合圖紙的焊縫標(biāo)注：但當(dāng)A≤4mm，甚至為O時(shí)(現(xiàn)有產(chǎn)品很多)，可以想見是一種什么情況，不但工藝無法保證角焊縫4mm的焊腳高度，而且其接頭形式根本就不再是角焊縫接頭了，顯然這時(shí)圖紙的標(biāo)注與產(chǎn)品的實(shí)際情況是完全不相符的。因?yàn)楫?dāng)A=0時(shí)，焊接接頭變成了沿?fù)懿孑S圓周的對(duì)接接頭，根據(jù)焊縫的“等強(qiáng)度”原則，這時(shí)的接頭應(yīng)設(shè)計(jì)為帶“V型”坡口的對(duì)接接頭形式，也就是說，要保證撥叉軸組件的焊接強(qiáng)度，就必須在撥叉軸軸端和搖臂內(nèi)圓焊接端分別倒至少3x45。的角。但實(shí)際情況是撥叉軸軸端倒1．5x45。角，而搖臂內(nèi)圓焊接端倒2×6O。角，顯然其焊接強(qiáng)度堪憂，這不能說不是設(shè)計(jì)時(shí)的考慮不周。
2．3 撥叉軸組件Ⅱ的焊接接頭設(shè)計(jì)
撥叉軸組件Ⅱ的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由撥叉軸和導(dǎo)塊焊接而成．是16檔變速器中的一種撥叉軸組件。試制時(shí)，嚴(yán)格按照”跟樣”原則生產(chǎn)的撥叉軸和導(dǎo)塊，在裝配焊接時(shí)(由于試制量少，未考慮焊接夾具)無法保證43°±30′和359．5+0．2mm，致使產(chǎn)品加工幾經(jīng)反復(fù)(重新投坯，改變工藝路線生產(chǎn))而延誤工期。但如果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，充分利用焊接接頭中撥叉軸槽口的定位作用，最起碼43°±30′的角度要求是不需要任何工藝措施來保證的；剩下一個(gè)359．5+0．2mm的尺寸要求，對(duì)工藝來說，不是簡(jiǎn)單多了嗎?由此可見，一個(gè)焊接接頭設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)其加工工藝性的影響較大。
2．4 低檔同步錐轂與支承板合件的焊接
接頭設(shè)計(jì)低檔同步錐轂與支承板合件的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由低檔同步錐轂與支承板焊接而成。用于16檔變速器中，與5S一111GP變速器中使用的支承板與同步錐轂組件在結(jié)構(gòu)上幾乎一樣，所以其焊接接頭也設(shè)計(jì)為氣體保護(hù)焊接頭形式，這應(yīng)該說，按正常工藝生產(chǎn)，保證“跟樣”是沒有問題的。但產(chǎn)品試制時(shí)，使用和5S一111GP支承板與同步錐轂組件幾乎一樣的工藝進(jìn)行焊接的結(jié)果卻是同步錐轂上的結(jié)合齒嚴(yán)重過熱發(fā)藍(lán)，這無疑將對(duì)產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生一定的影響。
為此．專門對(duì)樣品的焊縫及結(jié)合齒進(jìn)行了觀察和分析：一方面并未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有過熱發(fā)藍(lán)現(xiàn)象；另一方面發(fā)現(xiàn)其焊縫在寬度上比我公司焊接的焊縫要寬，而且外觀成型顯“凹”，不象我們的顯“凸”。這只能說明，在焊接本產(chǎn)品時(shí)，要么使用了比我公司大得多的焊接規(guī)范(熱輸入量，即焊接電流)，要么使用了加脈沖的氣體保護(hù)焊。綜合分析認(rèn)為，使用的是脈沖氣體保護(hù)焊，而這樣的設(shè)備我公司目前還沒有。同時(shí)，對(duì)5S一111GP支承板與同步錐轂組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真觀察．發(fā)現(xiàn)其支承板與同步錐轂的結(jié)合齒之間有1～2mm的間隔距離，在焊接時(shí)，隔斷了熱量的傳播；再加上焊接夾具采用銅質(zhì)材料，充分利用了其良好的散熱性能，所以才保證了錐轂結(jié)合齒在焊接過程中未出現(xiàn)過熱發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。而本產(chǎn)品的錐轂結(jié)合齒是緊貼在支承板上的，且焊接位置與結(jié)合齒的距離相對(duì)更近，所以盡管同樣采用了銅質(zhì)材料的焊接夾具，但產(chǎn)品焊接時(shí)錐轂結(jié)合齒發(fā)生過熱發(fā)藍(lán)現(xiàn)象仍然幾乎是不可避免的”正常”現(xiàn)象。如果僅從焊接的角度看，也的確是正常的，但產(chǎn)品的使用性能受到了嚴(yán)重影響也是不爭(zhēng)的事實(shí)。
面對(duì)16檔變速器這樣一個(gè)公司的方向性產(chǎn)品，如何解決已暴露出的問題，是我們無法回避的。為此，建議將低檔同步錐轂與支承板合件改為如圖5所示的焊接接頭設(shè)計(jì)，即改氣體保護(hù)焊為熱輸入能量密度更集中、熱影響區(qū)更小的電子束焊。一方面國內(nèi)的其他廠家早就是用的電子束焊接：另一方面電子束焊接也是16檔變速器行星傳動(dòng)架總成焊接所要求的，并且公司現(xiàn)已購置電子束焊機(jī)，有設(shè)備保障。盡管在焊接成本上可能略有增加，但至少產(chǎn)品的使用性能能夠得到完全保證。
3 結(jié)束語
盡管在公司生產(chǎn)的焊接零件中，存在上述類似問題的還有不少，但不可能在此都一一列舉。通過以上的幾個(gè)實(shí)例分析，足以說明一個(gè)問題，那就是：一個(gè)良好的焊接接頭設(shè)計(jì)，應(yīng)該是在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的使用功能和強(qiáng)度要求的前提下，最大限度地兼顧產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的加工工藝性，同時(shí)還要結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力和實(shí)際工藝水平。只有這樣，才能達(dá)到焊接接頭設(shè)計(jì)預(yù)期的良好效果。
