探討鋁合金地鐵車輛的生產(chǎn)制造工藝優(yōu)化與改進(jìn)

邱召林 李鶴 張建偉

摘要：文章主要是分析了唐山軌道客車車頂結(jié)構(gòu)以及制造工藝，在此基礎(chǔ)上講解了其中存在的問題，最后提出了可行性的解決方案，望可以為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：鋁合金;車頂;工藝改進(jìn);支撐工裝

地鐵是人們出行的重要交通工具，其的存在方便了人們的出行，有效緩解城市交通中的壓力。當(dāng)前我國對地鐵軌道的設(shè)計愛水平、制造工藝的不斷提升，地鐵車輛中的種類也隨之而增多。

1.車頂結(jié)構(gòu)及制造工藝

唐山軌道客車有限責(zé)任公司制造了34輛地鐵城軌車，動車、拖車各17輛，車體采用模塊化設(shè)計，為全承載的鼓形斷面，各大部件采用輕量化大斷面中空擠壓鋁合金型材焊接而成，焊接方法為手工焊接和自動焊接，焊接形式為MIG焊和TIG焊，焊接質(zhì)量執(zhí)行EN15085標(biāo)準(zhǔn)。其中，車頂鋁結(jié)構(gòu)主要由邊頂、圓弧頂、空調(diào)平臺、端板及各種附件組成，車頂主要技術(shù)參數(shù)為：長度18976mm，寬度2596mm，內(nèi)高416.5mm，圓弧頂弧度為R5000mm，邊頂弧度R180mm。根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的特點，車頂組成采用先正裝后反裝的工藝流程（見圖2）。由于采用車頂弧度R5000mm、邊頂弧度R180mm及空調(diào)平臺與車頂邊梁插接的設(shè)計結(jié)構(gòu)，且鋁合金焊接變形量大，增加了車頂輪廓度和相對尺寸的制造難。檢測首件車頂時發(fā)現(xiàn)工件存在輪廓度超差、附件安裝位置不準(zhǔn)確的問題，導(dǎo)致車頂弧度與端墻板弧度不匹配，增加了端墻板的修配量。并且，車頂與二次骨架、風(fēng)道、上車線槽等內(nèi)部安裝發(fā)生干涉，增加了返修時間。車體由底架、側(cè)墻、端墻、車頂和司機室等部分組成。整個車體輪廓為筒形斷面，能夠充分利用限界并且有較強的承載能力。為了給車下部件提供安裝接口，在底架下面設(shè)置了12排C型槽。車體采用大平頂結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)方便車頂設(shè)備布置，簡化工藝過程;側(cè)墻窗口下方設(shè)置了2個C型槽用于座椅的安裝;側(cè)頂上2處局部厚度加厚用于門機構(gòu)的安裝，車頂上設(shè)置了6排C型槽，用于內(nèi)裝骨架和設(shè)備的安裝及固定。車體采用輕型高強度鋁合金材料。所有型材采用6005A-T6，根據(jù)強度計算情況來選擇板材的材料，高應(yīng)力區(qū)選用6082-T6或7020-T6，低應(yīng)力區(qū)選用5083-H111，所使用的鋁合金其強度數(shù)據(jù)滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN755-2要求，熱處理工藝滿足DINEN515標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。車體總組成胎位在現(xiàn)有高速車車體組成胎位上改制，預(yù)制15mm撓度，在底架邊梁上劃出門口中心線和窗口中心線。組對分塊側(cè)墻的順序是先組對I、II位端側(cè)墻單元，以窗口中心為基準(zhǔn)，依次組對其他側(cè)墻單元，側(cè)墻位置調(diào)整好后用支承固定側(cè)墻單元，側(cè)門口用夾具定位組裝。調(diào)整車體內(nèi)輪廓，并保證側(cè)墻上部直線度全長在3mm以內(nèi)。安裝車頂，以門口中心為定位基準(zhǔn)、兼顧兩端與端角柱外側(cè)面尺寸一致。組裝端墻，門口按對中裝車，上部與車頂端頭配合處需現(xiàn)車進(jìn)行研配。

2.原因分析及工藝改進(jìn)

對生產(chǎn)過程中可能引起車頂超差的因素進(jìn)行調(diào)研分析，確定原因為：①車頂組焊時支撐工裝強度不夠;②缺少精確的附件安裝控制手段;③組裝工藝參數(shù)不完善。針對這些原因，制定了具體的工藝改進(jìn)方法如下：（1）更改車頂支撐工裝結(jié)構(gòu)。車頂支撐工裝最初設(shè)計時調(diào)整絲杠在整個支撐的中間位置，且絲杠嵌入支撐主體鋼管的部分較短，由于焊接時變形產(chǎn)生強大的內(nèi)應(yīng)力，造成車頂支撐特別是絲杠處彎曲嚴(yán)重，不能起到支撐車頂?shù)淖饔?，因此在原有基礎(chǔ)上對車頂支撐進(jìn)行改造。將調(diào)整絲杠改到支撐的一側(cè)，并加長絲杠嵌入支撐主體鋼管的長度，以加強支撐剛度。更改后的支撐工裝，在車頂反面焊接完成后基本不再產(chǎn)生彎曲變形，能夠起到預(yù)防車頂過窄的作用;（2）增加附件安裝樣板。由于車頂為弧形斷面，且無梁柱作為參照，車頂附件定位尺寸用傳統(tǒng)的劃線方式經(jīng)常需要反復(fù)核對，操作繁瑣、耗時較長，容易出現(xiàn)位置不準(zhǔn)確的問題。為此，研制了空調(diào)支座安裝樣板、空調(diào)平臺滑槽安裝樣板、空調(diào)平臺端子安裝樣板、車頂邊梁端子安裝樣板。樣板設(shè)計、制作時充分考慮了各個定位尺寸的保證方法及具體操作的實用性，所以經(jīng)改進(jìn)的樣板精確性高、便捷性好，在滿足精度要求的基礎(chǔ)上簡化了安裝工藝，提高了生產(chǎn)效率;（3）調(diào)整組裝工藝參數(shù)。經(jīng)過對首件尺寸的檢測，考慮工件變形的特征，對工裝及工件的工藝放量進(jìn)行調(diào)整：①車頂正裝組裝時，在工裝上預(yù)制出3mm寬度方向的工藝放量;②車頂反裝焊接前，采用車頂橫向支撐將車頂寬度尺寸撐出理論值8mm;③焊接完畢后，必須待工件冷卻到室溫后方可松開壓緊、去掉配重，以保證預(yù)制反變形等可以完全起到作用。

3.工藝驗證

經(jīng)過以上工藝改進(jìn)，車頂?shù)妮喞燃案郊惭b精度得到有效控制。通過改進(jìn)前后的工藝對比數(shù)據(jù)，可以看出改進(jìn)效果良好，車頂各測量值在公差要求范圍內(nèi)，車頂工件能夠滿足圖紙技術(shù)要求。（1）將工藝改進(jìn)前的車頂工件和改進(jìn)后隨機抽取的車頂工件的測量值做對比分析，結(jié)果如圖3所示。由工藝改進(jìn)后車頂寬度測量表中的數(shù)據(jù)可以看出，10個測量點的寬度值都滿足車頂寬度2596-3+3mm的技術(shù)要求;（2）工藝改進(jìn)前后車頂內(nèi)高對比情況如圖4所示。工藝改進(jìn)后車頂內(nèi)高測量表中的數(shù)據(jù)顯示，車頂內(nèi)高控制在±2mm以內(nèi);3）工藝改進(jìn)前后車頂弧度對比情況如圖5所示。工藝改進(jìn)后車頂弧度測量表中的數(shù)據(jù)表明，車頂圓弧度與樣板間隙控制在3mm內(nèi)。

4.結(jié)束語

由上可知，在車定制造的過程中，可以通過改進(jìn)工藝大幅度降低車頂蓋圓弧度的內(nèi)應(yīng)力，同時能夠有效控制到組裝完成后地鐵頂部的元弧度，確保到車輛運行的安全性。

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