CRH2系動車組鋁合金多型側墻加工方法

姚鑫

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.038

摘 要：隨著我國高速鐵路快速發展，不同速度層級、不同用途的動車組相繼推出，動車組制造工藝面臨著多型號動車組共用一條生產線局面，采用通用化、自動化加工工藝方法改進，實現鋁合金側梁整體加工質量保障，通過改進工藝流程和優化工裝設計，滿足了不同車型側墻之間加工工位轉換要求，再結合數控編程，實現鋁合金車體側墻加工制造。

關鍵詞：CRH2系 鋁合金側墻 加工工藝

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0038-02

隨著我國高速鐵路快速發展，不同速度層級、不同用途的動車組相繼推出，動車組制造工藝面臨著多型號動車組共用一條生產線局面，為滿足多型號動車組生產需求，生產節拍變化、生產線的柔性化設計是重要解決措施之一。為此，在基于多型號動車組鋁合金側墻加工工藝設計中，重點在于如何將生產柔性化需求與工藝過程設計、工藝裝備設計有機結合起來，利用工藝裝備自身結構變化與組合，滿足多型號動車組鋁合金側墻加工。

1 動車組鋁合金側墻結構及加工工藝

動車組鋁合金側墻是車體關鍵大部件之一，主要由窗上板、窗下板、窗間板、下墻板和上墻板等長大型鋁合金型材裝配焊接而成，是車體的主要承載部件。由于受型材結構及焊接變形、焊縫布置等限制，其側墻窗口、組焊結合部的加工精度、加工變形控制等加工質量，對后續總裝組裝、外觀、后續焊接等都會造成影響，為此在鋁合金側墻整體加工中，制造精度要求較高。

鋁合金側墻整體加工是在FOOK加工中心上進行的，從上向下俯視，可以將鋁合金側墻擬化為長方形薄板加工，為此工序定位可采用“3-2-1”定位方案，即在FOOK加工中心工作平臺布置24個可平移的單體支撐組合為一個平面，在側墻一個側面兩端各選一個定位點（A、B），在一端部選一個定位點（C）（如圖1）。

某型車體整個側墻的鋁合金毛坯長度大概有23 800 mm，寬度有2 300 mm，高度約有350 mm，在焊接時會導致鋁合金產生一個較大的變形。為了解決這一情況需要對其輪廓進行調整和修改，同時側墻在車體組成整體焊接時通常會預留出一定的預置撓度；調整和修改后，再將其放置在60M FOOKE五軸加工中心上加工。FOOKE五軸加工定位原則及方式如下：一個定位基準平面（三點定位），一個定位基準線（二點定位）和一個定位基準點（一點定位），就此整個側墻工藝定位完成，實現“六點”定位。

在定位后，裝夾時，先通過側墻預開工藝孔的方式，利用螺栓和壓板，將側墻中部固定在支撐平面上；然后使用氣動壓緊器，將側墻兩邊固定在弧形支撐面上；在加工不同車型時，可根據車體斷面弧形要求，選用相對應的弧形支撐面，并平移調整位置，確保氣動壓緊器壓頭到位。就此側墻整體加工定位，裝夾結束。

2 單體支撐工裝設計策劃

通過上述分析，作為車體側墻整體加工工裝重要組成，單體支撐工裝設計是工藝設計關鍵環節，正是通過調節、換裝等方式，變換單體支撐工裝結構，滿足不同車型車體斷面弧形要求，實現柔性化生產目的。不同車型車體斷面弧形要求見圖2（A、B、C三個車型）。

如圖2所示，A、B這兩個車體側墻斷面結構較為接近，C型相對A、B曲率半徑小，弧形變化大。為此，若滿足在同一個工位上加工這三個車型車體側墻要求，就要解決以下主要問題：（1）保持弧形支撐的曲率接近一致。（2）保持側墻弧形面與夾具弧形支撐正確接觸，有良好的接觸面積。（3）在加工過程中保持弧形面與夾具弧形支撐緊密結合，防止被加工件移動或松動。

為解決以上問題，策劃了以下解決方式方法：（1）設計相應的、可更換的弧形支撐板，通過采取更換弧形支撐板的方法，以應對不同車型車體側墻。（2）在車體側墻整體定位情況下，先通過車體側墻窗口預開工藝孔的方式，利用螺栓和壓板，將車體側墻中部固定在支撐平面上；然后從兩端向車體側墻窗口中心，分別平移弧形支撐板，將其弧形支撐與車體側墻外弧形面處于正確接觸位置，然后鎖緊。（3）車體側墻兩側弧形面夾緊力，采用氣動方式，利用氣缸帶動擺臂及壓輪實現。依據弧形面夾緊點布置區域與氣缸位置關系設定，通過模擬氣缸活塞移動距離、夾緊擺臂長度和擺動角度范圍、壓輪直徑大小等因素，確定最終設計尺寸和結構。（4）在弧形支撐板換裝及移動裝置結構策劃上，擬訂以下4種方案：（1）開扁長口，手工位移，螺栓固定。該方案結構簡單，但位移距離小，適應范圍小，位移時費力，需要找正。（2）采用齒輪、齒條結構，手工位移，棘輪固定。該方案位移距離大，位移時省力，但結構復雜，齒輪與齒條間隙大，加工鋁屑容易堵塞；棘輪節距設計不當，不能保持良好的接觸和鎖固效果。（3）采用齒輪、齒條結構，氣動位移，棘輪固定。該方案位移距離大，位移時省力，但結構復雜，齒輪與齒條間隙大，加工鋁屑容易堵塞；棘輪節距設計不當，不能保持良好的接觸和鎖固效果，且氣動力矩不好設定，容易引起位移夾緊變形。（4）采用直線導軌、滑塊結構，手工位移，緊頂螺釘固定。該方案結構精度高，位移距離大，位移時省力，但手工操作時，可進行位移，鎖緊可靠。結構復雜，要考慮加工鋁屑對直線導軌、滑塊結構的影響。

從位移裝置結構、位移方式、加工鋁屑影響、縮緊定位、制造精度和成本，尤其是裝夾定位效果與不同車型適應范圍等方面綜合評估，并進行不同方案草圖之間對比，最終選用4號方案。

4號方案采用直線導軌、滑塊結構，該結構商品化程度高，選擇范圍廣，容易實現應用目的；該結構零部件間配合精度高，間隙小，定向性好，適合用于定位結構；該結構直線導軌長度，可按照需要選擇，適合不同車型側墻尺寸位移要求；該結構移動摩擦系數小，位移力矩小，適合用于手工操作。該結構定位鎖緊時，可采用定位螺釘直接頂緊直線導軌的方式，進行定位鎖緊，方便可靠。

3 結語

在車體側墻加工過程中，通過多種車型側墻加工驗證，該工藝方案、工藝流程和工裝，滿足了不同車型側墻之間加工工位轉換要求，再結合數控編程，整合各車型側墻加工程序，優化、統一定位方式，推進了車體側墻加工工藝柔性化設計水平。