某B型鋁合金車體底架邊梁與鑄件鉆孔鉚接的工藝研究

田玉吉 李繼東 蔡超倫 張子軒

(青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司 山東 青島 266111)

0 前言

底架是鋁合金車體的重要部件之一，直接與轉(zhuǎn)向架相作用，而邊梁的重要附件——抗側(cè)滾安裝座的精準定位尺寸更會直接影響到車體的質(zhì)量及安全，因此，對抗側(cè)滾安裝座的位置尺寸及產(chǎn)品質(zhì)量的要求特別高。新型設計理念采用現(xiàn)場手動配鉆的方式將抗側(cè)滾安裝座鑄件與邊梁通過HUCK鉚釘連接，HUCK鉚釘是利用胡克原理，通過專用氣動拉鉚槍，在拉力的作用下，拉伸鉚釘栓桿，推動擠壓套環(huán)，將套環(huán)擠壓到環(huán)槽的栓桿上，從而產(chǎn)生永不松動的特性，防松性好、連接強度高，在動車組上應用日趨廣泛[1-3]，邊梁的設計結(jié)構(gòu)、抗側(cè)滾安裝座的安裝空間位置和手動鉆孔人為不確定因素等，直接決定了現(xiàn)場配鉆孔的難易及所鉆孔的精準度。某B型鋁合金城軌列車的抗側(cè)滾安裝座為鑄件結(jié)構(gòu)，下文針對某B型鋁合金車體底架邊梁與鑄件的鉆孔鉚接進行工藝研究。

1 底架邊梁鑄件位置結(jié)構(gòu)介紹

某B型鋁合金城軌列車，底架邊梁結(jié)構(gòu)為近圓柱形不規(guī)則形狀，底架單側(cè)邊梁靠近端部的抗側(cè)滾安裝座鑄件的結(jié)構(gòu)及位置，如圖1所示。抗側(cè)滾安裝座為鑄件結(jié)構(gòu)，采用整體機加工方式，保證鑄件上的機加工鉚釘孔、鑄件平面度、角度等位置尺寸公差要求，位于邊梁下表面鉚釘1的鉚釘孔，數(shù)量為8個，位于邊梁內(nèi)斜面鉚釘2的鉚釘孔，數(shù)量為6個。從圖1可看出，抗側(cè)滾安裝座鑄件的安裝位置靠近枕梁，且距離底架地板較近，對現(xiàn)場匹配鑄件鉚釘孔鉆孔有一定的難度。一方面邊梁結(jié)構(gòu)使得現(xiàn)場難于將抗側(cè)滾安裝座進行夾持固定；另一方面受抗側(cè)滾安裝座的空間安裝位置和手動操作人為不確定因素的影響，鉆孔尺寸難以滿足鉚接所需的公差尺寸要求，無法保證鉆孔精準度，且手動現(xiàn)場配鉆工作強度大，生產(chǎn)效率低。

圖1 底架邊梁抗側(cè)滾安裝座位置示意圖

2 鉆孔鉚接工裝

根據(jù)邊梁和鑄件的結(jié)構(gòu)特點，轉(zhuǎn)換磁力鉆定位基準參考面，以邊梁外表面作為定位基準設計鉆孔鉚接輔助工裝，通過靈活轉(zhuǎn)換磁力鉆定位基準參考面，以邊梁內(nèi)斜面和邊梁下表面作為定位基準面，平行于邊梁內(nèi)斜面設計定位支撐塊，平行于邊梁下表面設計托板，對鑄件分別進行側(cè)向和豎直方向夾緊定位，為機械鉆孔的精準性提供了必要的前提條件；根據(jù)邊梁的結(jié)構(gòu)及鑄件的形狀尺寸特點，合理設計支撐框架，避免與鑄件發(fā)生干涉，滿足邊梁內(nèi)斜面磁力鉆機械鉆孔對行程的需求。鋁合金底架邊梁與鑄件鉆孔鉚接的輔助工裝有托板、F卡欄、支撐框架、定位支撐塊、磁力鉆，如圖2所示，其中托板、支撐框架選用厚度為14 mm的不銹鋼板材，定位支撐塊選用厚度為140 mm的尼龍塊，采用整體機加工方式保證其平面度、垂直度等位置尺寸公差要求，極大地保證了所鉆孔的精準度。采用磁力鉆匹配鑄件鉚釘孔對邊梁型材機械式鉆孔，相比以往的手動鉆孔，避免了外界不確定干擾因素的影響，保證了鉆孔的精準性，減小了工作強度，顯著提高了生產(chǎn)效率[4]。

圖2 抗側(cè)滾安裝座與邊梁鉆孔鉚接工裝示意圖

3 底架邊梁與鑄件鉆孔鉚接工藝過程

為保證實物產(chǎn)品拉鉚質(zhì)量，避免實物產(chǎn)品拉鉚后的返修，制定了底架邊梁與鑄件鉆孔鉚接工藝流程圖，如圖3所示，同時明確了鉚釘工藝試驗、鉆孔和拉鉚操作等步驟。

圖3 底架邊梁與鑄件鉆孔鉚接工藝流程圖

3.1 鉚釘工藝試驗驗證

為驗證鉚釘槍設備能力及鉚釘質(zhì)量，需模擬實物產(chǎn)品進行拉鉚試驗工藝驗證，如圖4所示，試板1和試板2的材質(zhì)和厚度均模擬實物產(chǎn)品，且按拉鉚所需尺寸預加工出鉚釘孔，將兩塊試板貼緊固定后用鉚釘槍進行拉鉚；拉鉚試驗結(jié)束后，在試板上標識車號、時間、操作者記錄信息，便于產(chǎn)品質(zhì)量追溯，鉚釘外觀和尺寸檢驗合格后再進行正式產(chǎn)品件拉鉚作業(yè)。

圖4 鉚釘拉鉚工藝試驗示意圖

3.2 邊梁下表面鋁型材定位鉆孔及拉鉚

首先將邊梁鉚接區(qū)域進行清潔及涂漆，待油漆干燥后繼續(xù)后工序作業(yè)；在邊梁上對抗側(cè)滾安裝座鑄件按圖紙尺寸進行定位尺寸劃線，同時根據(jù)底架寬度尺寸對抗側(cè)滾安裝座鑄件通過墊片調(diào)整其間距尺寸。

匹配鑄件鉚釘孔對邊梁下表面鋁型材鉆定位孔，如圖5所示，將抗側(cè)滾安裝座鑄件按定位尺寸放置在邊梁下表面上，用2個F卡欄將其在豎直方向進行夾緊固定；將機加工后的托板放置于靠近鑄件的邊梁下表面上，用2個F卡欄將其在豎直方向進行夾緊固定；將磁力鉆放置在托板上，通電后在電磁力的作用下，磁力鉆吸附于托板的表面，完成圖1所示鉚釘1位置的鉆孔，數(shù)量為2個；邊梁下表面的2個定位孔鉆孔完成后，在F卡欄夾緊狀態(tài)下進行邊梁下表面定位孔的拉鉚操作，定位拉鉚結(jié)束后，拆卸夾持在邊梁下表面的F卡欄。

圖5 邊梁下表面鋁型材定位鉆孔拉鉚示意圖

3.3 邊梁內(nèi)斜面鋁型材定位鉆孔及拉鉚

匹配鑄件鉚釘孔對邊梁內(nèi)斜面鋁型材鉆定位孔，如圖6所示，首先在定位支撐塊和F卡欄的作用下，將貼附在邊梁內(nèi)斜面的抗側(cè)滾安裝座鑄件進行夾緊固定，避免磁力鉆鉆孔過程與抗側(cè)滾安裝座鑄件發(fā)生共振而顫抖，影響鉆孔精準度；然后將支撐框架放置于邊梁內(nèi)斜面上，用2個F卡欄將定位支撐塊和支撐框架進行夾緊固定，將磁力鉆放置于支撐框架上，通電后在電磁力的作用下，磁力鉆吸附于支撐框架的表面，完成圖1所示鉚釘2位置的鉆孔，數(shù)量為2個。注意：匹配鑄件鉚釘孔對邊梁內(nèi)斜面鋁型材鉆定位孔時，應先完成圖1所示靠近枕梁側(cè)鉚釘2位置的鉆孔，因此放置支撐框架時，應選取合適的位置，滿足磁力鉆行程需求后，再進行夾緊固定；邊梁內(nèi)斜面的2個定位孔鉆孔完成后，在F卡欄夾緊狀態(tài)下進行邊梁內(nèi)斜面定位孔的拉鉚操作。

圖6 邊梁內(nèi)斜面鋁型材定位鉆孔拉鉚示意圖

3.4 邊梁其他區(qū)域鋁型材鉆孔及拉鉚

邊梁內(nèi)斜面定位鉆孔拉鉚結(jié)束后，繼續(xù)匹配鑄件鉚釘孔對邊梁內(nèi)斜面鋁型材其他區(qū)域鉆孔，數(shù)量為4個，完成邊梁內(nèi)斜面鑄件其余孔的拉鉚操作后，拆卸輔助工裝；按圖5所示，繼續(xù)匹配鑄件鉚釘孔對邊梁下表面鋁型材其他區(qū)域鉆孔，數(shù)量為6個，完成邊梁下表面鑄件其余孔的拉鉚操作后，拆卸輔助工裝；對鉚接后鉚釘進行尺寸和松動檢驗，合格后流轉(zhuǎn)至下工序。

4 結(jié)論

(1)依據(jù)邊梁和鑄件的結(jié)構(gòu)特點設計的鉆孔鉚接輔助工裝，通過靈活轉(zhuǎn)換磁力鉆定位基準參考面，以邊梁內(nèi)斜面和邊梁下表面作為定位基準面，為機械鉆孔的精準性提供了必要的前提條件，輔助工裝實用性強、操作靈活。

(2)采用磁力鉆匹配鑄件鉚釘孔對邊梁型材進行機械式鉆孔，相比以往的手動鉆孔，避免了外界不確定干擾因素的影響，保證了鉆孔的精準性，減小了工作強度，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)邊梁與鑄件鉆孔及鉚接的工藝流程，明確了對鉆孔和拉鉚操作的步驟，在后續(xù)實際應用中，極大程度地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，避免了實物產(chǎn)品拉鉚后的返修。