采用新工藝提高大型養(yǎng)路機械表面平整度

韓超

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，昆明650215）

1 引言

在鐵路高速發(fā)展的今天，高鐵的速度已經(jīng)是越來越快，隨之對應(yīng)的鐵路大型養(yǎng)路機械也從最早的80km/h 發(fā)展到現(xiàn)在的160km/h。大型養(yǎng)路機械外觀平整度已逐漸成為人們關(guān)注的重點。隨著社會的發(fā)展和生活水平及審美意識的提高，人們的消費觀念也在變化。新顧客對產(chǎn)品的第一印象就是外觀，而且這將很大程度上決定他的選擇和購買意愿，即使是老顧客也會考慮外觀質(zhì)量，大型養(yǎng)路機械產(chǎn)品也是如此。作為顧客，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品外觀表面坑洼不平，印象就會大打折扣。國內(nèi)外廠家在使產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量不斷提高和完善的同時，也在致力于使產(chǎn)品外觀平整度質(zhì)量不斷改進。目前，工業(yè)設(shè)計外形大多以大平面為主來增加視覺上的科技感及美觀度。目前，薄板焊接的制作工藝已經(jīng)無法達到設(shè)計的要求。傳統(tǒng)意義上的手工打平存在著諸多缺點，研究新的打平工藝及打平方法迫在眉睫。

2 結(jié)構(gòu)件焊接變形分析

焊接過程中的局部高溫加熱和快速冷卻在焊縫及其近縫區(qū)的母材內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)變和壓縮塑性應(yīng)變，進而引起內(nèi)應(yīng)力，最終導(dǎo)致構(gòu)件的收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等。

以中國鐵建高新裝備股份有限公司為例，司機室側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)件主要由骨架和面板組成。骨架由方形管、矩形管拼焊而成。面板由大面積的2.50mm 的冷軋鋼板拼接而成。骨架由熱軋無縫鋼管和熱軋無縫矩形管拼焊而成。側(cè)墻結(jié)構(gòu)件的焊接過程中的熱變形和施焊時焊接構(gòu)件的鋼性條件是影響焊接殘余變形的兩個主要因素。根據(jù)這兩個因素可以認為焊接殘余變形是不可避免的，即完全消除焊接變形是不可能的。控制焊接殘余變形必須由結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝兩個方面同時采取措施。以接觸網(wǎng)多功能綜合作業(yè)車為例，司機室加側(cè)墻總長21m，大平面的面板在橫向或者縱向拼焊時產(chǎn)生的橫向或者縱向收縮，產(chǎn)生焊接波浪變形和扭曲變形非常嚴重，只能靠后期的校平工藝來解決平整度問題。

3 校平方法

3.1 手工打平

手工打平存在著以下缺點：需要多名工人連續(xù)敲擊整車2.5mm 鋼板，無法保證每位工人敲擊的平整度一致，并且敲擊強度大容易出現(xiàn)錘窩或凹凸不平，大面積的2.5mm 面板側(cè)墻及頂棚手工打平很難達到平整度小于1mm/m 的技術(shù)要求（排除構(gòu)架平整度的影響）。

3.2 電磁打平

電磁打平的原理是利用強力電磁吸盤和多孔板夾緊壓平待矯正的面板，然后用火焰加熱局部然后用水急冷，使面板由殘余塑性變形的拉應(yīng)力收縮拉緊，達到矯平板面的目的。電磁打平設(shè)備用于司機室等薄板結(jié)構(gòu)件端、側(cè)墻板的矯平作業(yè)（見圖1）。

圖1 電磁打平作業(yè)照片

電磁打平設(shè)備需具有合理的結(jié)構(gòu)，高穩(wěn)定性、可靠性、安全性和耐用性，操作簡單，維修方便[1]。控制系統(tǒng)在環(huán)境溫度-5～45℃、相對濕度≤95%、額定負荷下連續(xù)工作22h 的條件下運行平穩(wěn)。電磁鐵在-5～800℃、淋水的工作環(huán)境、額定負荷下連續(xù)工作22h 的條件下運行平穩(wěn)。設(shè)計壽命按雙班工作制，正常使用條件下，不少于10 年。

4 整車校平工藝

4.1 大面積側(cè)墻端墻立柱橫梁校平

用2m 直尺桿測量側(cè)墻、端墻各立柱外側(cè)，垂直方向彎曲超過3mm 時調(diào)修。根據(jù)立柱彎曲方向，將立柱頂拉后，用火焰加熱并加水冷卻調(diào)直，火焰加熱不少于3 處；用1m 鋁尺桿測量側(cè)墻、端墻各橫梁外側(cè)，橫向彎曲超過1mm 時調(diào)修，用火焰加熱并加水冷卻調(diào)直，火焰加熱不少于2 處，需要時根據(jù)橫梁彎曲方向，將橫梁頂拉到位。

4.2 窗口、門洞校平

窗口調(diào)修：檢測窗口平面度，超過1.5mm 時調(diào)修，窗邊應(yīng)平直，與立柱保持垂直，傾斜面傾斜度不大于1.5mm，調(diào)修時應(yīng)先骨架，后窗邊；

門洞調(diào)修：門框周邊平面度≤1.5mm/m，對角線≤2mm，超差時調(diào)修。局部校平采用手工校平。

4.3 墻板調(diào)平

側(cè)墻板平面度超過1.5mm/m，端墻板平面度超過2.5mm/m時，采用電磁打平。電磁調(diào)平裝置使用工藝過程：安裝多孔模板—電磁鐵充電吸附—火焰加熱—加水冷卻—電磁鐵斷電—移開多孔板模板。火點密度與模板相同，火點直徑15mn 左右，加熱到650～750℃（深紅到鮮紅色），火點加水冷卻后方可松開模板。通電后電磁力始終伴隨加熱—冷卻的殘留變形施加在側(cè)墻板上，直到斷電后電磁鐵脫離墻板，完成了固定—局部加熱—急冷循環(huán)，以此使側(cè)墻板拉緊調(diào)平側(cè)墻。電磁調(diào)平后，局部可使用手工打平來保證最終效果。

4.4 車頂調(diào)平

頂板出現(xiàn)焊后塌陷，在塌陷處邊沿采用火焰加熱，加水冷逐步縮小塌陷的方法調(diào)平和手工打平。

5 項目市場效益分析

5.1 應(yīng)用前景分析

具有公司特色的外觀及工業(yè)設(shè)計可以像商標(biāo)一樣快速實施到公司的大部分產(chǎn)品上，尤其是進軍國際市場的產(chǎn)品上，從而使用戶見到我們的產(chǎn)品就能想起公司，宣傳公司，擴大公司的品牌影響力，是一筆巨大的無形資產(chǎn)。

薄板結(jié)構(gòu)平整度新的打平工藝可以快速推廣到幾乎所有產(chǎn)品，能迅速將我們的產(chǎn)品在用戶心目中提升到高端地位，提高產(chǎn)品的利潤率，其應(yīng)用前景十分廣闊。

5.2 成本、經(jīng)濟效益分析

薄板結(jié)構(gòu)平整度在保證工藝、工裝及設(shè)備的投入使用中，不但能大大提高薄板件的平面度，提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量，而且能減小校平工作的技術(shù)難度和勞動強度，將工時縮短至現(xiàn)在的1/6 左右。目前一個5m 長的司機室要完成校平需要16 個工時，公司正常運轉(zhuǎn)一般有400 個5m 長的司機室需要校平，能節(jié)約400×16×5/6=5333（工時），每個司機室能節(jié)省2 工時，全年400×2=800（工時）總節(jié)約工時費約（5333+800）×30=183990元；每個司機室約能節(jié)省4kg 膩子，全年約400×4=1600 公斤，約合1600×64=102400 元，總計年節(jié)約資金約30 萬。另外還有減重、提高產(chǎn)品檔次等隱性利潤不可估算。

5.3 社會效益分析

本項目的研究能夠大大提高公司產(chǎn)品的檔次和企業(yè)形象，在提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、降低工人的勞動強度和操作難度的同時還能節(jié)約工時和節(jié)約材料、提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

產(chǎn)品的人性化設(shè)計是時代和社會進步的體現(xiàn)，是未來工業(yè)設(shè)計的發(fā)展必然趨勢，大型養(yǎng)路機械生產(chǎn)企業(yè)要在未來的激烈競爭中立于不敗之地，就必須在提高整機功能和可靠性的同時，從產(chǎn)品的形式、色彩、結(jié)構(gòu)、功能、名稱、材料等各個設(shè)計因素體現(xiàn)出人性化設(shè)計，為操作人員營造更舒適、方便、美好的工作環(huán)境，滿足操作者的心理和個性的新需求，達到人物和諧，從而真正實現(xiàn)以人為本的目的[2]。此次薄板焊接校平工藝提升后，肉眼已經(jīng)無法看到大波浪變形和蘑菇變形，表面外觀平整提升明顯。通過電磁打平工藝加局部手工打平后，可以滿足平整度小于1mm/m 的技術(shù)要求，從而提高產(chǎn)品檔次和公司形象。（圖2）

圖2