溫度變化對車體部件加工尺寸影響問題的解決

遼寧忠旺集團有限公司鋁合金車體制造廠 (遼陽 111003) 楊興亮

我公司接到一批長春軌道客車股份有限公司新一代高速動車組CRH380CL車型的底架邊梁和車頂邊梁鋁合金長大型材的加工訂單，型材長度規(guī)格為16～24 m，最長的工件長度達到24.2 m，是目前軌道車輛鋁合金車體中最長的部件之一。

鋁合金車體部件中，底架邊梁長度方向的加工特征尺寸直接影響與其裝配的地板和側(cè)墻的組對精度，底架邊梁由于其兩端有門口加工特征，側(cè)墻組對時其門口要與邊梁門口處吻合。同樣，車頂邊梁與側(cè)墻上部加工特征和平頂、圓頂相關(guān)聯(lián)的部位在組對過程中也要對應(yīng)吻合。所以，底架邊梁和車頂邊梁在車體結(jié)構(gòu)部件中的尺寸精度起到主導地位，要求是在工程上常溫20℃條件下的尺寸。

鋁合金材料的線性膨脹系數(shù)為 24.1×10－6(1/K)，是鐵的2倍，對環(huán)境溫度的變化比較敏感。受溫度變化的影響，在加工過程中不僅要考慮設(shè)備與刀具對工件精度的影響，還要根據(jù)環(huán)境對工件溫度的影響變化來微調(diào)加工數(shù)據(jù)，溫度的變化引起工件長度方向加工尺寸的變化是必須要考慮的因素。在環(huán)境溫度小于10℃或大于30℃時，工件長度隨溫度變化量不穩(wěn)定，無法保證加工尺寸。為了解決這一問題，我們從加工和測量兩個方面進行分析。

1.加工尺寸計算

我們可以計算鋁合金型材在正常使用溫度范圍內(nèi)的尺寸變化，即線性膨脹/收縮率公式如下

L=(1+αΔT)L0

式中，L為當前環(huán)境溫度下的實際測量值;L0為20℃時的理論值;ΔT=T1－T2，T1為當前環(huán)境下的實際溫度，T2=20℃;鋁合金熱膨脹系數(shù)α=24.1×10－6(鋁合金各種牌號稍有差別，但在這個溫度范圍內(nèi)都是24.0×10－6左右)。測量用卷尺。

例如:長度為24.2 m的鋁合金型材，在溫度升高1℃后的長度為 L=(1+0.000 024 1×1) ×24.2=24.200 58(m)，即長度變化0.58 mm。

利用上述公式，將圖樣中要求的加工尺寸換算到加工車間實際環(huán)境溫度下的加工尺寸，如車間當前溫度為15℃，那么，圖樣要求加工至24.2 m的尺寸當前溫度環(huán)境下需要加工至尺寸為 L=(1－0.000 024 1×5)×24.2=24.197(m)，比圖樣尺寸應(yīng)減少3 mm。同理，假如車間當前溫度為25℃，則需要加工至24.202 9 m，比圖樣尺寸要增加3 mm。同樣，邊梁上在長度方向的所有線性加工尺寸都要如此類推，通過計算后按照計算的數(shù)值進行加工編程及數(shù)據(jù)微調(diào)。

2.測量尺寸計算

在進行工件的尺寸測量時，先測量出當前溫度下的尺寸值，并應(yīng)用上面的公式進行反推計算出工件在20℃下，尺寸是否達到圖樣的尺寸要求，即由L=(1+αΔT)L0推出L0=L/(1+αΔT)。

通過以上計算，我們可以得知，在溫度允許的情況下，以20℃為基準，20 m型材為參考，溫度每升高或降低1℃，長度尺寸相應(yīng)地增加或減少0.4 mm左右。加工時工藝員需要根據(jù)當前的工件溫度來調(diào)整加工參數(shù)。

值得一提的是，以上溫度參數(shù)實際上應(yīng)為工件的溫度，即表溫儀測量的工件表面的溫度，在生產(chǎn)中一般以車間的環(huán)境溫度為計算值即可，但要保證原材料存放于車間24 h以上，即工件的溫度與車間的環(huán)境溫度基本一致。

3.結(jié)語

通過以上科學計算及實際測量出的數(shù)據(jù)可知，加工完成后的工件尺寸基本與理論數(shù)據(jù)吻合。產(chǎn)品在批量供應(yīng)客戶后，經(jīng)過與其他部件的組裝調(diào)試均能夠滿足組對精度要求，產(chǎn)品的尺寸精度及質(zhì)量穩(wěn)定性得到了客戶的極大認可。