C70E無調校自動焊半翻轉工藝裝備設計與運用

潘飛燕　陳旭　范亞鋒　王旺兵

【摘? 要】設計C70E角柱組對臺位工裝、正立面自動焊工裝、整體撓度鑲塊工裝、彈簧式撓度滾筒、半翻轉機構、半龍門懸臂式頂出氣缸機構、配套自動焊正立面撓度軌道以及上下料裝置等，并將所有角柱組成工序結合到同一臺位上作業，取消組對、調直、天車吊運等工序內容，同時克服了車間原有的調直機不能校直立面等缺點，使角柱組成的成型質量得到大幅度提升。

【關鍵詞】角柱組成;撓度工裝;半翻轉機構;質量提升

1? 前言

角柱組成是鐵路貨車的重要零部件之一，包括矩形橫截面方鋼結構的角柱和沿方鋼一邊部分焊接一體的角柱板。角柱組成在制備組焊過程中沿長度方向在正面和側面兩個方向會產生6 mm～10 mm的焊接旁彎變形，需要在專用的調直設備上對角柱旁彎變形進行調直。受調直機設備影響，目前不能對兩個方向的變形同時進行調直;其加工過程工序內容繁瑣，搗運次數多，勞動強度大，人工工時耗費較多，產品質量不穩定。

2? 角柱組成問題分析

2.1? 焊縫過長，受熱不均勻，應力無法釋放

角柱組成焊縫為角柱板同角柱之間的雙面焊縫，單面長度為2 273 mm和2 282 mm，在焊接過程中熱量散發不均勻，極易產生變形（如圖3所示）。

2.2? 角柱結構限制，不能正立面均調直

角柱組成結構特性可以由圖1看出，其107 mm面（以下稱反面）屬于被角柱板擋住的無法調校面，車間現有的調直機為頂頭調直機，因此該結構特性只能調校160 mm面（以下稱正面），且調校過程中全由操作者掌握，調校誤差大。

2.3? 下工序組裝困難

角柱組成正立面變形對組裝影響大（如圖2、圖3所示）。角柱組成是貼靠在車體的側墻上進行焊接使用的，角柱組成相對于側墻的平面度和直線度尤為重要，否則在組對焊接過程中，部分地方就會產生縫隙，無法進行組對焊接作業，成型難度大，焊縫質量差。

3? 翻轉工藝裝備設計

3.1? 總體思路

單件流工序平面布局建立：建立一個取消調直工序，形成組對、焊接（正立面焊）、上料一體化“單臺位，多功能”的單件流工序的平面布局（如圖4、圖5所示）。

首先解決組對臺位零散現象：綜合考慮將組對臺位調整至自動焊臺位，在角柱和角柱板組對完成后，再將預制反變形融合進同一臺位，形成內部工序流：組對→半龍門頂出氣缸壓緊預制反變形→點固正面→利用翻轉氣缸帶動角柱組成→點固立面→翻轉回正面完成自動焊接。形成預制撓度和組對工序內容融合。

其次，搭配自動焊小車撓度軌道，使小車完成角柱組成正面焊縫的焊接→翻轉角柱組成→釋放夾緊裝置→利用傳送軌道傳送至角柱組成立面焊縫焊接臺位。

最后，立面焊縫焊接完成后，搭配使用下料傳送裝置對角柱組成進行存放，待到角柱組成自然冷卻后，預先壓制的反變形將會抵消正面和立面長焊縫的影響所帶來的焊接應力變形，從而實現取消調校工序，提高角柱組成焊后成型質量合格率。

3.2? 預制撓度臺位及組對臺位設計

通過采用預制反變形的方式來控制角柱組成在焊接中變形問題。首先考慮到角柱組成主要是集中在正面變形呈圓弧漫彎狀，因此首先考慮預制撓度臺位設置撓度鑲塊，其布置情況為呈中間高，兩端低（如圖6所示）;然后在兩端采用油缸進行壓制（如圖7所示），形成焊接變形反方向的撓度變形;并考慮設計角柱及角柱板的組對工裝糅合在預制撓度臺位上（如圖8所示）;由于預制撓度臺位上布置了中間高兩端低的撓度鑲塊，導致了角柱在平臺上的滑動輸送摩擦力過大，工作強度大，因此創新設計了新式彈簧式滾筒（如圖9所示），其主要效果在于該彈簧式滾筒處于自由狀態時，其最高點保持和撓度鑲塊最高點一致，保證了角柱組成運輸省力，當兩端的油缸在往下壓制時，其彈簧式滾筒并不影響到角柱組成的整體撓度形成。

建立一套角柱組成組對/焊接/上下料存放等配套的工位制單件流生產線：角柱組對和正面焊縫在組對配套裝置上完成，角柱側面焊縫在側面自動焊配套裝置上完成;全部組對/焊接/上下料存放等配套裝置之間由專用滑動輥道連接。

3.3? 半翻轉機構設計

設計翻轉機構，減小角柱組成翻轉過程中的勞動強度。由于角柱組成是雙面焊縫，需要人工翻轉后焊接背面焊縫，角柱組成重約：67.40 kg，所以綜合考慮設計機械自動翻轉（如圖10所示）

減小操作者勞動強度。

中部翻轉定位機構的翻轉定位組成通過翻轉水平基板與翻轉支撐臂支撐聯接固定，翻轉支撐臂與設置于工作臺面的固定支座鉸接，固定支座前端面設置有翻轉定位組成轉動的弧面。同時，翻轉支撐臂還與翻轉油缸頂頭驅動聯接，翻轉驅動臂另一端與設置于工作臺下的翻轉油缸驅動聯接。具體實現過程如圖11、圖12所示。

4? 成果驗證及主要創新點

C70E角柱組成無調校自動焊裝置的應用，主要集中在以下幾個上面的創新：

（1）角柱組成整體預制反變形撓度的方式方法創新。通過提前設置反變形抵消角柱組成的焊后變形，將問題點前置化，提前優化考慮，從而達到杜絕后續的難點問題。

（2）彈簧式撓度滾筒結構創新。通過彈簧的可收縮恢復特性，實現裝置的整體撓度不變，但又在裝置工作過程中，棍筒不會改變影響預制的撓度值。

（3）獨特的半翻轉裝置創新。配套使用快速夾緊裝置，實現角柱組成順時針翻轉90°，使操作者方便點固立面焊縫，同時操作者推出快速加緊裝置后，角柱組成便會通過立面導軌，從而移動到立面自動焊臺位，完成立面焊縫的焊接。

角柱組成無調校自動焊半翻轉裝置中角柱組對/焊接/半翻轉模式中，單一組對模式或焊接模式或半翻轉模式或兩兩組合模式可以借用于鐵路貨車系列車型中類似件的組對/焊接。