HXNB機車冷卻室鋼結構模塊化制作工藝探究

孫瑞　史珂軻　何志強

【摘 要】根據HXN5B機車模塊化設計方案及工藝要求，需將總長6100mm的冷卻室鋼結構制作精度由公差±5mm提高至±2mm，同時要滿足底部12個螺栓座、4個銷孔間兩兩相對公差±1mm的苛刻要求。對此，首先考慮總組裝前的放樣工序，普通量具精度低、量程小，無法滿足制作需求；其次考慮螺栓座、圓形銷孔的特殊位置，定位困難；最后是冷卻室鋼結構的大量焊接熱輸入，必然造成難以逆轉的焊接變形；針對上述問題點逐一制定工藝方案后，經過多臺份的生產及下工序驗證，產品精度完全滿足設計要求，將該產品質量大步提升。

【關鍵詞】模塊化；冷卻室鋼結構；螺栓座；焊接變形

0 概述

在HXN5B機車模塊化設計方案中，所有室體鋼結構均需以螺栓、銷座等形式緊固于車底架上平面，以達到按模塊生產、流轉、裝配的效果，這對鋼結構室體的制作精度及車底架上平面諸多安裝座、銷座的定位精度都提出了極高的要求。其中，以冷卻室鋼結構為最大室體結構，為緊固該室體，設計方案給出了4個￠50mm的銷座和12個螺栓安裝座，同時要求各座孔間距公差控制在±1mm內，室體總長公差控制在±2mm內，而冷卻室鋼結構室體總長達到6100mm，寬度為2087mm，在此前的生產制作中公差要求僅為±5mm，目前的精度要求遠高于GB/T 13916-2013標準中A級自由公差標準。

1 工藝分析

為滿足設計方案及質量要求，需要解決以下三點困難：

1）大尺寸的室體結構，高精度的設計要求，以現有的普通量具無法進行有效的放樣和檢測；

2）設計給出的4個銷孔和12個螺栓座處于室體底面，位置特殊，且定位基準均為圓形孔，難以直接定位；

3）冷卻室鋼結構內部構造復雜，焊縫形式多樣，焊接位置大多較為特殊，焊接工作量大，不可避免的產生焊接變形，不利于室體尺寸的控制。

2 冷卻室鋼結構制作工藝

2.1 測繪及放樣

如圖1所示為冷卻室鋼結構裝配底平面的4個銷孔和12個螺栓座，其長度方向跨度為5848mm，且給出公差要求也為±1mm；常用卷尺最大量程為5000mm，精確度為1mm，無法滿足制作要求。

考慮激光切割機所切割的板材精度可達到±0.1mm，可使用激光切割地樣以替代鉚工放樣；由于所需地樣尺寸超出現有激光切割平臺尺寸，將該地樣合理分割后拼接使用，多個地樣間設計齒狀卡口用以契合，同時在各地樣上進行方向標識，避免在使用過程中產生混淆。在組裝平臺完成地樣拼接后，使用現有量具對地樣上所有尺寸進行核對，確認無誤后用于放樣和檢測。

2.2 圓孔的定位

冷卻室鋼結構裝配底平面的4個銷孔和12個螺栓座的定位可以預先在總組裝平臺實現，根據螺栓座在各立柱上定位高度、座孔尺寸和銷孔結構尺寸，制作與之匹配的銷座，然后運用此前激光切割的地樣進行定位后焊接在平臺上，在完成定位銷座的焊接后，需要再次用地樣進行核對，避免定位超差；通過該方法使原本普通的總組裝平臺具備了精準定位、限位、檢測的功能。

如圖2所示為制作的兩種定位銷座，考慮到冷卻室鋼結構在焊接過程中的焊接變形，制作該銷座必須使用較高強度的工具鋼，同時，該銷座的制作除了要考慮螺栓座和銷孔的結構尺寸外，還要與此前制作的地樣相匹配，地樣上需要預留銷座定位孔及焊接點固用的工藝預留孔。

2.3 焊接變形的控制

根據前175臺份冷卻室鋼結構的制作經驗，預計室體橫向焊接收縮量≤2mm，其中僅有中間框架（結構如圖3所示）處因設計結構在橫向上缺少剛性支撐，可能導致收縮量>2mm，所以需要在焊接實施前增加工藝撐頂桿，將橫向立柱間距按+1mm定位，同時在中間框架的2根立柱底部加以限位塊；而預計室體縱向焊接收縮量約為35mm，超出了設計方案給出的±2mm公差，為減小尺寸超差，一方面工藝將冷卻室鋼結構劃分為前部裝配、上部裝配、中間框架裝配以及后框架裝配，各裝配件先單獨組裝、焊接，完成調修后再進行室體總組焊，在制作各單獨裝配件時就需要控制好其縱向尺寸，按公差0+1mm制作，另一方面，在定位前部裝配、中間框架、后框架裝配時需要留有焊接收縮余量，在完成焊接、調修后進行尺寸自檢，如有超差可使用火焰調修，通過以上多項措施的并用才能對焊接變形進行有效的控制。

3 驗證與結論

通過多項措施的實施，HXN5B機車后續冷卻室鋼結構的產品精度得到有效保證，經下工序的裝車驗證，未有冷卻室鋼結構尺寸超差、無法裝配的問題發生。

[責任編輯：田吉捷]