大功率重載機(jī)車司機(jī)室三維曲面蒙皮成形工藝創(chuàng)新研究

黃 劍,李正江,梁 濤,蔣 鵬

中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412001

0 引言

更新?lián)Q代后的大功率重載電力機(jī)車,其司機(jī)室外形造型更加棱角分明。司機(jī)室蒙皮由平面與曲面相切、正反拱曲面相切同面等組成。蒙皮由不同朝向、多曲率組合而成,試制中嘗試了一體澆鑄成形模具沖壓成形和激光成形,經(jīng)過驗(yàn)證也無法達(dá)到技術(shù)要求的外形輪廓精度。為此,本文對不同朝向、多曲率組合而成的蒙皮加工工藝進(jìn)行研究,分析三維曲面蒙皮的特點(diǎn)和加工難點(diǎn),創(chuàng)新性地提出采用滾板機(jī)和鈑金成形機(jī)交替成形的方法,對工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

1 重載機(jī)車三維曲面蒙皮工藝難點(diǎn)分析

重載電力機(jī)車司機(jī)室三維曲面蒙皮區(qū)域,大部分集中在司機(jī)室結(jié)構(gòu)的兩側(cè)和車頂位置,由多段曲面、平面拼接而成,如圖1～2所示。為保證司機(jī)室組焊過程中的蒙皮裝配質(zhì)量,三維曲面蒙皮加工后輪廓度應(yīng)小于等于2 mm(與檢驗(yàn)?zāi)ｉg隙小于等于2 mm)。

圖1 靖神機(jī)車司機(jī)室蒙皮

圖2 新神八機(jī)車司機(jī)室蒙皮

1)材質(zhì)和板厚不同。為確保大功率重載電力機(jī)車司機(jī)室造型上棱角分明的特點(diǎn)。蒙皮產(chǎn)品由以往的160 km客運(yùn)機(jī)車的2 mm/08AL變更為3 mm/Q235B,因?yàn)镼235B的屈服極限σs為235 MPa,08AL的屈服極限σs為185 MPa,再加上板厚的差異,所以造成蒙皮更難成形。

2)產(chǎn)品尺寸變化大。以前的蒙皮產(chǎn)品大部分集中在司機(jī)室中下部分,長度尺寸不超過1 000 mm×1 000 mm,此次蒙皮長度尺寸最長達(dá)到3 009 mm×1 280 mm。

3)加工的外形不同。重載靖神、新神八機(jī)車機(jī)車司機(jī)室蒙皮突出棱角分明的特點(diǎn),造型彰顯霸氣。頂部上蓋板整體長,左右翼板曲面扭曲大,造成成形困難。

4)重載機(jī)車司機(jī)室外形蒙皮種類多。由多段曲面之間,平面與曲面相切,正反拱曲面同面等組成,沒有掌握規(guī)律,成形困難。 圖3為單一方向的曲率蒙皮產(chǎn)品,圖4為不同朝向、多曲率組成的蒙皮產(chǎn)品。

圖3 單一方向的曲率蒙皮產(chǎn)品

由于以上特點(diǎn),如果設(shè)計(jì)制作專用一體成形模具(澆鑄模具),模具形體將會很大,成本也會很高,且制作周期長,難以滿足進(jìn)程要求。本文根據(jù)以往蒙皮加工積累的經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)新地提出采用滾板機(jī)和鈑金成形機(jī)交替成形的方法,確保蒙皮曲面對鋼模間隙小于等于2 mm,方便下工序組裝。

2 整體實(shí)施步驟

三維曲面蒙皮結(jié)構(gòu)曲面彎曲方向通常由主要曲面與次要曲面相交組成。主要曲面應(yīng)該順著曲面方向采用滾板機(jī)成形,對于2個曲面共有的上拱曲面,可以采用鈑金成形機(jī)球模進(jìn)行曲面成形,然后逐段進(jìn)行矯正。對于有扭轉(zhuǎn)的雙曲面結(jié)構(gòu)蒙皮,大部分采用正反不同方向滾圓弧法加工,總結(jié)為采用滾板機(jī)與鈑金成形機(jī),交替配合使用的成形方法進(jìn)行異型曲面成形。對于長大件雙曲面蒙皮產(chǎn)品,根據(jù)曲面結(jié)構(gòu)分為梯形、菱形處理。

2.1 多曲率三維曲面蒙皮工藝方案

初次放邊—初次拱曲成形、矯正—2次放邊—2次拱曲成形、矯正—3次放邊—3次拱曲成形、矯正、滾圓弧。

2.1.1 初次放邊

采用①號直徑120 mm球模對蒙皮板材進(jìn)行勻速拱曲成形,迫使板材纖維發(fā)生改變,形成一定曲率的雙曲面。拍彎成形過程中要分多次成形,控制鈑金成形機(jī)的上模行程。

2.1.2 初次拱曲成形、矯正

利用三軸滾板機(jī)對初次延展后的板材進(jìn)行滾圓弧,從而使得不平的板材轉(zhuǎn)變?yōu)楣靶涡螤?再對比產(chǎn)品檢驗(yàn)?zāi)：褪褂媚惧N、橡膠錘、銅錘進(jìn)行手工矯正。

2.1.3 2次放邊

為方便板材局部曲面成形,將①號直徑120 mm球模更換為②號直徑80 mm球模,對初次成形的產(chǎn)品進(jìn)行再次勻速加工成形,成形時相對初次加工時接觸點(diǎn)更加密集、成形曲率更大,將步驟1中所產(chǎn)生的凹凸曲面加工成圓滑過渡面,進(jìn)一步提高產(chǎn)品表面曲面成形質(zhì)量。操作鈑金成形機(jī)拱曲成形如圖5所示;1次、2次和3次拱曲成形使用模具如圖6所示。

圖5 操作鈑金成形機(jī)拱曲成形

圖6 1次、2次和3次延展使用模具

2.1.4 2次拱曲成形、矯正

使用滾板機(jī)對板材進(jìn)行滾弧,大致保證產(chǎn)品拱曲成形形狀,繼續(xù)對比檢驗(yàn)?zāi)：褪褂霉ぞ哌M(jìn)行手工矯正,確保產(chǎn)品曲面的輪廓度達(dá)到圖紙技術(shù)要求。

2.1.5 3次放邊

在鈑金成形機(jī)上使用③號直徑60 mm球模對2次成形后的蒙皮進(jìn)行再次勻速加工成形,成形時相比2次成形時接觸點(diǎn)更密集、外形拱曲更大,對輪廓度達(dá)不到圖紙技術(shù)要求的局部區(qū)域進(jìn)行修正。

2.1.6 3次拱曲成形、矯正、滾圓弧

使用滾板機(jī)對其進(jìn)行滾弧,保證曲率拱形形狀,交替使用①號直徑120 mm、②號直徑80 mm以及③號直徑60 mm球模具對成形產(chǎn)品進(jìn)行最后的精整,繼續(xù)對比檢驗(yàn)?zāi)＿M(jìn)行手工矯正,使得產(chǎn)品的內(nèi)側(cè)表面與檢驗(yàn)?zāi)Ｍ耆N合。右側(cè)雙曲蒙皮中產(chǎn)品加工過程如圖7所示,新神八機(jī)車右側(cè)雙曲蒙皮如圖8所示。

圖7 右側(cè)雙曲蒙皮中產(chǎn)品加工過程

圖8 新神八機(jī)車右側(cè)雙曲蒙皮

3 實(shí)施效果

在無專用模具的情況下采用薄板成形機(jī)與滾板機(jī)交替配合使用的成形方法,作業(yè)人員憑借多年積累的手工蒙皮經(jīng)驗(yàn),不斷進(jìn)行改進(jìn)與調(diào)整,完成了合格產(chǎn)品,保證大功率重載機(jī)車制造進(jìn)程,制造25套模具費(fèi)用節(jié)約至少約300萬元,并且模具制造周期至少減少3個月,縮短了制造進(jìn)程。

4 結(jié)束語

很多新型大功率重載電力機(jī)車司機(jī)室開始采用三維曲面蒙皮,三維曲面蒙皮制作工藝十分復(fù)雜,本文根據(jù)三維曲面蒙皮的特點(diǎn)和加工難點(diǎn),創(chuàng)新性地提出采用滾板機(jī)和鈑金成形機(jī)交替成形的方法,最終制定出司機(jī)室雙曲面蒙皮工藝,減少60%的返工時間,產(chǎn)品合格率由70%提升到95%,為后續(xù)類似機(jī)車司機(jī)室雙曲面蒙皮生產(chǎn)提供了工藝參考。