城軌車底架制造新工藝的研究與應(yīng)用

劉明雪 劉勇 王雋 李保國(guó)

摘要：本文選取了國(guó)內(nèi)制造較具代表性的鋁合金地鐵項(xiàng)目，針對(duì)該項(xiàng)目底架組成制造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題和技術(shù)難題，工藝人員通過現(xiàn)場(chǎng)跟蹤認(rèn)真分析問題產(chǎn)生的原因，采取多種工藝解決措施試驗(yàn)結(jié)果得出最優(yōu)化解決方案，使問題得到徹底的解決。

關(guān)鍵詞：鋁合金地鐵 底架制造 工藝優(yōu)化

1 前言

新加坡地鐵項(xiàng)目的底架結(jié)構(gòu)是一種不同于過去的全新結(jié)構(gòu)，在首列車生產(chǎn)制造過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題和技術(shù)難題，一度給工藝人員提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，但工藝人員通過現(xiàn)場(chǎng)觀察、分析討論、方案制定、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，制定出幾套解決方案，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比對(duì)得出最優(yōu)化的解決方法，將該質(zhì)量問題徹底解決。

2 底架制造過程中的技術(shù)難題

對(duì)于車體的底架制造過程來(lái)說，枕梁部位的質(zhì)量是最為重要的，因?yàn)檎砹菏钦麄€(gè)車體與轉(zhuǎn)向架連接的樞紐，尤其是枕梁中心部位的矩形平面的平面度和枕梁中心孔的直徑圓度和尺寸公差的精度，都是影響車輛運(yùn)行安全的重要因素。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，枕梁組成有兩個(gè)位置的尺寸要求非常嚴(yán)格：圖中紅框區(qū)域的415*608mm的矩形區(qū)域要求平面度達(dá)到0.5mm以內(nèi);圖中的Φ250mm中心孔的尺寸公差要求是Φ250h8（0.05mm-0.13mm）。

對(duì)于圖中的415*608mm矩形平面加工和Φ250mmh8的中心孔兩道加工工序，最終試制時(shí)的方案是采取在枕梁組成加工工序完成的，加工完的枕梁組成可以保證所有的尺寸都能符合圖紙要求，但是將枕梁組成與地板焊接組對(duì)成底架組成后，出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題，一個(gè)是枕梁中心的Φ250mm中心孔發(fā)生嚴(yán)重變形，另一個(gè)是415*608mm的矩形平面的平面度也無(wú)法滿足要求。

如果這兩個(gè)問題不能得到解決，將直接影響車體與轉(zhuǎn)向架連接時(shí)的裝配質(zhì)量，車體枕梁下蓋板與轉(zhuǎn)向架上平面就會(huì)貼合不好，同時(shí)轉(zhuǎn)向架的中心銷無(wú)法順利插入到車體枕梁中心孔中，而且即使能夠插入，定位銷和中心孔彼此之間的裝配嚴(yán)密度也非常不好。

3 技術(shù)問題的解決方案

通過現(xiàn)場(chǎng)試制和理論研究，分析出問題產(chǎn)生的原因是由鋁合金車體焊接變形導(dǎo)致的。由于鋁合金比其他材料有較大的熱膨脹系數(shù)，所以在焊接過程中，隨著快速加熱和快速冷卻而帶來(lái)的膨脹和收縮發(fā)生時(shí)，必然出現(xiàn)不同形式的變形。?[1]。

經(jīng)研究，是焊接變形導(dǎo)致出現(xiàn)“平面不平、圓孔不圓”的質(zhì)量問題，所以想要解決該問題，就要解決焊接變形對(duì)平面度和圓孔尺寸精度帶來(lái)的不利影響，解決方案可以從焊接變形控制、焊后整體加工和裝配工藝改進(jìn)三個(gè)方向進(jìn)行考慮。

3.1焊接變形控制

焊接變形雖然無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，但是可以預(yù)估變形的方向和程度，因此可以進(jìn)行變形的定性分析，然后制作反變形工裝[2]。

應(yīng)用反變形工裝焊接后進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，平面度達(dá)到了2-3mm，中心孔尺寸為Φ248.6mm-Φ251.5mm，雖然尺寸精度較之前已經(jīng)有了顯著提高，但依然無(wú)法滿足圖紙要求，經(jīng)過進(jìn)一步的火焰調(diào)修和機(jī)械調(diào)修后，尺寸精度得到進(jìn)一步提高，平面度可達(dá)1-2mm，中心孔可達(dá)Φ249.5mm-Φ250.6mm，但是精度依然還是有少量偏差，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。

該方案直接應(yīng)用焊接方法來(lái)提高尺寸精度，但不管采用怎樣的焊接工裝和調(diào)修方法都無(wú)法滿足平面度和尺寸公差，該方法耗時(shí)耗力，且對(duì)工人的操作水平要求較高，因此該方案不合理。

3.2焊后整體加工

不直接對(duì)焊后變形進(jìn)行處理，而是放棄焊接變形因素不管，轉(zhuǎn)而從加工轉(zhuǎn)序的角度來(lái)保證尺寸精度。

1、415*608mm的矩形平面在枕梁組成加工工序中先不加工，將平面加工余量移到底架組成加工工序中執(zhí)行;

Φ250mmh8要求的底架中心孔的加工不再由枕梁組成加工工序加工一次完成，而是采取一套新的加工方案。具體方案如下：首先在枕梁組成時(shí)將此基準(zhǔn)孔先預(yù)加工到Φ240mm（此預(yù)鉆孔用于底架焊接中心定位），然后在底架組成焊接之后再進(jìn)行枕梁中心孔二次加工，利用空氣簧的裝配孔重新反定位枕梁中心定位孔，將焊接變形量在整體加工時(shí)完全消化掉。

通過以上方案的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)的幾組枕梁進(jìn)行測(cè)量，平面度和中心孔尺寸均達(dá)到了圖紙的技術(shù)要求。

3.3裝配工藝改進(jìn)

枕梁上的415*608mm矩形平面和Φ250mmh8中心孔都是為安裝轉(zhuǎn)向架服務(wù)的，裝配工藝在其中可起到重要作用。裝配的核心任務(wù)之一就是通過研磨調(diào)整墊來(lái)消除誤差累計(jì)，使尺寸鏈中的每個(gè)設(shè)計(jì)尺寸均達(dá)到公差要求[3]。具體方案如下：

1、設(shè)計(jì)大小為415*608mm、厚度為3mm的矩形墊片，按照焊后枕梁415*608mm矩形平面度的分布，研磨矩形墊片，枕梁焊接變形的誤差就被矩形墊塊所消耗。

2、針對(duì)Φ250mmh8中心孔可按如下方法進(jìn)行操作：在枕梁組成加工時(shí)開Φ255mm中心孔，制造一個(gè)外徑為260mm，內(nèi)徑為Φ250h8的襯套筒。裝配枕梁與轉(zhuǎn)向架時(shí)，先將襯套筒的外徑研磨至Φ255mm且保證與枕梁中心孔焊后變形的分布相一致，然后將襯套筒安裝到枕梁中心孔內(nèi)，再將轉(zhuǎn)向架定位銷裝配進(jìn)去，即可完成整個(gè)裝配過程。

試驗(yàn)結(jié)果證明通過裝配工藝改進(jìn)基本可以解決該問題，但這種方法需要反復(fù)測(cè)量圓孔變形量及變形分布，并對(duì)變形部位反復(fù)修磨，同時(shí)矩形墊片的研磨過程也非常復(fù)雜，整個(gè)過程操作時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)成本過高，且對(duì)工人操作能力要求較高，因此該方案不合理。

4 總結(jié)

通過上述三種工藝方案的對(duì)比試驗(yàn)，得出了一套最優(yōu)方案：采取加工工序轉(zhuǎn)移的方式，底架焊后整體加工，該方案精度高，生產(chǎn)成本低，滿足了車體與轉(zhuǎn)向架連接的枕梁中心孔的精度和連接面的平面度要求，保證了后續(xù)的裝配精度，徹底解決了車間的生產(chǎn)問題。

參考文獻(xiàn)

[1]王炎金.鋁合金車體焊接工藝.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1

[2]史耀武.焊接制造工程基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2016.3

[3]劉偉鵬.關(guān)于機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，32：57.

（作者單位：中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司）