軌道車輛側(cè)墻立柱的成形工藝優(yōu)化

文/魯萬彪，范欽磊，陳培，金廣強(qiáng)·中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司

側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)主要是由側(cè)墻立柱和橫梁組焊成側(cè)墻鋼骨架，橫梁穿過側(cè)墻立柱與墻板塞焊組成，側(cè)墻立柱壓著橫梁（圖1）。側(cè)墻立柱是在垂直方向上起著承載側(cè)墻和車頂?shù)闹匾考?，其與墻板的塞焊效果，直接影響車輛側(cè)墻及關(guān)聯(lián)內(nèi)裝結(jié)構(gòu)安裝的準(zhǔn)確性和車體的強(qiáng)度。且側(cè)墻立柱跟墻板配合處的平面度以及側(cè)墻立柱的總寬，對(duì)側(cè)墻組成后的平面度與窗口開檔尺寸偏差均有直接影響。圖2所示的側(cè)墻立柱截面為帽形結(jié)構(gòu)，壁厚2.5mm，寬度94mm，長度2136mm，長度方向上分布著3個(gè)階梯形壓窩區(qū)域和1個(gè)缺口均用于和橫梁的配合，兩側(cè)面還分布著直徑為φ25mm的圓孔。

成形工藝現(xiàn)狀

圖1 側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)示意

側(cè)墻立柱現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝流程為：落料→沖鉚螺母孔→壓形→預(yù)處理→調(diào)形→組焊；壓形后發(fā)現(xiàn)側(cè)墻立柱下口的穿縱梁止口和縱梁配合時(shí)有5～7mm的間隙（圖3），給后期的裝配帶來難度，由于壓形過程材料有拉延，而且不同批次材質(zhì)的拉延狀況不一致。

根據(jù)現(xiàn)有調(diào)形工藝方法對(duì)側(cè)墻立柱進(jìn)行調(diào)形后，調(diào)形效果不理想，平面度絕大多數(shù)在2.5～3mm之間，而總寬甚至達(dá)到97mm，嚴(yán)重影響組裝效果，開發(fā)新方法、新工藝迫在眉睫。

圖2 側(cè)墻立柱示意圖

圖3 側(cè)墻立柱與橫梁配合處間隙大

研究方案

針對(duì)現(xiàn)有狀況，通過展開尺寸優(yōu)化和調(diào)形工藝優(yōu)化，使得側(cè)墻立柱的成形質(zhì)量得到提高，從而使其與橫梁與墻板配合性更好，主要體現(xiàn)在以下兩方面：

⑴優(yōu)化側(cè)墻立柱的展開下料尺寸，其特征在于可結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)有設(shè)備、模具、成形質(zhì)量進(jìn)行工藝分析，實(shí)現(xiàn)在壓完形后側(cè)墻立柱與橫梁配合處間隙滿足要求，使其下口與縱梁上平面配合處可焊，提高側(cè)墻成形質(zhì)量和后工序組裝效率。

⑵提供一種調(diào)形工藝，其特征在于能夠保證成形后，側(cè)墻立柱與墻板的配合間隙滿足工藝要求，總寬由原來的97mm減小到組裝要求范圍內(nèi)，為后續(xù)側(cè)墻組裝工序提供保障。

改善措施

下料尺寸優(yōu)化

⑴從側(cè)墻立柱落料尺寸，成形過程進(jìn)行工藝分析，認(rèn)為缺口處間隙過大的主要原因在于板材的延伸性；不同批次的材料延伸率存在差異；同一根側(cè)墻立柱的不同部位的延伸率也存在差異（例如：側(cè)墻立柱帶翻邊位置由于有壓邊力，而不帶翻邊位置沒有壓邊力導(dǎo)致兩部位延伸率不同）。

⑵首先通過拉伸試驗(yàn)獲得板料的力-位移曲線，通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算，獲得板料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、強(qiáng)度系數(shù)、應(yīng)變硬化指數(shù)等力學(xué)性能參數(shù)見表1。由于本試驗(yàn)無法獲得板料的彈性模量以及泊松比，故表1中板料的彈性模量和泊松比參考以前試驗(yàn)所得值。

⑶通過表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合側(cè)墻成形情況，對(duì)帶翻邊部位和不帶翻邊部位分別進(jìn)行分析，修改展開下料尺寸，跟蹤現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)最終確定側(cè)墻立柱下料尺寸如圖4所示。

調(diào)形工藝研究

首先，規(guī)范毛刺面向下，根據(jù)材料的機(jī)械性能，重新調(diào)整了壓力，并對(duì)側(cè)墻立柱外凸的部分加墊銅皮，局部修整模具凹坑等；但由于側(cè)墻立柱開孔位置、不帶翻邊缺口位置和帶翻邊位置各處的材料拉伸力不同，回彈大小不一致，效果甚微。

表1 2.5mm板料試樣的測(cè)試結(jié)果

圖4 側(cè)墻立柱下料圖

隨后，用油壓機(jī)對(duì)側(cè)墻立柱進(jìn)行調(diào)形處理，雖然有了一定的效果，但是效果不明顯。我們發(fā)現(xiàn)，在調(diào)形過程中，由于受到孔和缺口翻邊的限制，只能對(duì)中間一小段進(jìn)行調(diào)形，原有調(diào)形模具無法對(duì)側(cè)墻立柱進(jìn)行最大限度調(diào)形，調(diào)形的實(shí)際面積不及總長度的1/3，想要提高調(diào)形質(zhì)量，就必須優(yōu)化調(diào)形模具，增大調(diào)形面積。發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象后，采用了如下的技術(shù)方案：

⑴調(diào)形工藝具體整改：在原有模具的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)，增加調(diào)形長度（圖5），經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)簡(jiǎn)易模具對(duì)側(cè)墻立柱的調(diào)形效果，單邊的平面度有了明顯的改善。

圖5 前期簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)圖

⑵找到方向之后，為了進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)形工藝，設(shè)計(jì)制作新的調(diào)形模具并在調(diào)形模具兩端做特殊處理，最大化增大調(diào)形接觸面積（圖6）。

改善效果

圖6 調(diào)形最新模具圖

圖7 側(cè)墻立柱與縱梁配合效果圖

通過對(duì)側(cè)墻立柱的下料尺寸優(yōu)化和調(diào)形工藝的研究，使側(cè)墻立柱與縱梁配合處間隙提高到2mm（圖7），使其下口與縱梁上平面配合處可焊。側(cè)墻立柱與墻板配合處平面度也提高到1.5mm，總寬控制在91～94mm之間，符合后期組裝效果。

結(jié)束語

通過以上兩種工藝改進(jìn)，最終提高了側(cè)墻焊接質(zhì)量和側(cè)墻平面度，同時(shí)提高了后工序組裝效率，降低了生產(chǎn)成本，目前這兩種工藝創(chuàng)新已被廣泛應(yīng)用于鐵路客車上。