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墻的組對精度，底架邊梁由于其兩端有門口加工特征，側墻組對時其門口要與邊梁門口處吻合。同樣，車頂邊梁與側墻上部加工特征和平頂、圓頂相關聯的部位在組對過程中也要對應吻合。所以，底架邊梁和車頂邊梁在車體結構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為 24.1×10－6(1/K)，是鐵的2倍，對環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備與刀具對工件精度的影響，還要根據環境對工件溫度的影響變化來微調加工數據，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。在環境溫度小于10℃或大于30℃時，工件長度隨溫度變化量不穩定，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為當前環境下的實際溫度，T2=20℃;鋁合金熱膨脹系數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值進行加工編程及數據微調。

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℃，長度尺寸相應地增加或減少0.4 mm左右。加工時工藝員需要根據當前的工件溫度來調整加工參數。

值得一提的是，以上溫度參數實際上應為工件的溫度，即表溫儀測量的工件表面的溫度，在生產中一般以車間的環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境溫度基本一致。

3.結語

通過以上科學計算及實際測量出的數據可知，加工完成后的工件尺寸基本與理論數據吻合。產品在批量供應客戶后，經過與其他部件的組裝調試均能夠滿足組對精度要求，產品的尺寸精度及質量穩定性得到了客戶的極大認可。