探討鋁合金地鐵車輛的生產制造工藝優化與改進

邱召林 李鶴 張建偉

摘要：文章主要是分析了唐山軌道客車車頂結構以及制造工藝，在此基礎上講解了其中存在的問題，最后提出了可行性的解決方案，望可以為有關人員提供到一定的參考和幫助。

關鍵詞：鋁合金;車頂;工藝改進;支撐工裝

地鐵是人們出行的重要交通工具，其的存在方便了人們的出行，有效緩解城市交通中的壓力。當前我國對地鐵軌道的設計愛水平、制造工藝的不斷提升，地鐵車輛中的種類也隨之而增多。

1.車頂結構及制造工藝

唐山軌道客車有限責任公司制造了34輛地鐵城軌車，動車、拖車各17輛，車體采用模塊化設計，為全承載的鼓形斷面，各大部件采用輕量化大斷面中空擠壓鋁合金型材焊接而成，焊接方法為手工焊接和自動焊接，焊接形式為MIG焊和TIG焊，焊接質量執行EN15085標準。其中，車頂鋁結構主要由邊頂、圓弧頂、空調平臺、端板及各種附件組成，車頂主要技術參數為：長度18976mm，寬度2596mm，內高416.5mm，圓弧頂弧度為R5000mm，邊頂弧度R180mm。根據設計結構的特點，車頂組成采用先正裝后反裝的工藝流程（見圖2）。由于采用車頂弧度R5000mm、邊頂弧度R180mm及空調平臺與車頂邊梁插接的設計結構，且鋁合金焊接變形量大，增加了車頂輪廓度和相對尺寸的制造難。檢測首件車頂時發現工件存在輪廓度超差、附件安裝位置不準確的問題，導致車頂弧度與端墻板弧度不匹配，增加了端墻板的修配量。并且，車頂與二次骨架、風道、上車線槽等內部安裝發生干涉，增加了返修時間。車體由底架、側墻、端墻、車頂和司機室等部分組成。整個車體輪廓為筒形斷面，能夠充分利用限界并且有較強的承載能力。為了給車下部件提供安裝接口，在底架下面設置了12排C型槽。車體采用大平頂結構，此種結構方便車頂設備布置，簡化工藝過程;側墻窗口下方設置了2個C型槽用于座椅的安裝;側頂上2處局部厚度加厚用于門機構的安裝，車頂上設置了6排C型槽，用于內裝骨架和設備的安裝及固定。車體采用輕型高強度鋁合金材料。所有型材采用6005A-T6，根據強度計算情況來選擇板材的材料，高應力區選用6082-T6或7020-T6，低應力區選用5083-H111，所使用的鋁合金其強度數據滿足歐洲標準EN755-2要求，熱處理工藝滿足DINEN515標準的規定。車體總組成胎位在現有高速車車體組成胎位上改制，預制15mm撓度，在底架邊梁上劃出門口中心線和窗口中心線。組對分塊側墻的順序是先組對I、II位端側墻單元，以窗口中心為基準，依次組對其他側墻單元，側墻位置調整好后用支承固定側墻單元，側門口用夾具定位組裝。調整車體內輪廓，并保證側墻上部直線度全長在3mm以內。安裝車頂，以門口中心為定位基準、兼顧兩端與端角柱外側面尺寸一致。組裝端墻，門口按對中裝車，上部與車頂端頭配合處需現車進行研配。

2.原因分析及工藝改進

對生產過程中可能引起車頂超差的因素進行調研分析，確定原因為：①車頂組焊時支撐工裝強度不夠;②缺少精確的附件安裝控制手段;③組裝工藝參數不完善。針對這些原因，制定了具體的工藝改進方法如下：（1）更改車頂支撐工裝結構。車頂支撐工裝最初設計時調整絲杠在整個支撐的中間位置，且絲杠嵌入支撐主體鋼管的部分較短，由于焊接時變形產生強大的內應力，造成車頂支撐特別是絲杠處彎曲嚴重，不能起到支撐車頂的作用，因此在原有基礎上對車頂支撐進行改造。將調整絲杠改到支撐的一側，并加長絲杠嵌入支撐主體鋼管的長度，以加強支撐剛度。更改后的支撐工裝，在車頂反面焊接完成后基本不再產生彎曲變形，能夠起到預防車頂過窄的作用;（2）增加附件安裝樣板。由于車頂為弧形斷面，且無梁柱作為參照，車頂附件定位尺寸用傳統的劃線方式經常需要反復核對，操作繁瑣、耗時較長，容易出現位置不準確的問題。為此，研制了空調支座安裝樣板、空調平臺滑槽安裝樣板、空調平臺端子安裝樣板、車頂邊梁端子安裝樣板。樣板設計、制作時充分考慮了各個定位尺寸的保證方法及具體操作的實用性，所以經改進的樣板精確性高、便捷性好，在滿足精度要求的基礎上簡化了安裝工藝，提高了生產效率;（3）調整組裝工藝參數。經過對首件尺寸的檢測，考慮工件變形的特征，對工裝及工件的工藝放量進行調整：①車頂正裝組裝時，在工裝上預制出3mm寬度方向的工藝放量;②車頂反裝焊接前，采用車頂橫向支撐將車頂寬度尺寸撐出理論值8mm;③焊接完畢后，必須待工件冷卻到室溫后方可松開壓緊、去掉配重，以保證預制反變形等可以完全起到作用。

3.工藝驗證

經過以上工藝改進，車頂的輪廓度及附件安裝精度得到有效控制。通過改進前后的工藝對比數據，可以看出改進效果良好，車頂各測量值在公差要求范圍內，車頂工件能夠滿足圖紙技術要求。（1）將工藝改進前的車頂工件和改進后隨機抽取的車頂工件的測量值做對比分析，結果如圖3所示。由工藝改進后車頂寬度測量表中的數據可以看出，10個測量點的寬度值都滿足車頂寬度2596-3+3mm的技術要求;（2）工藝改進前后車頂內高對比情況如圖4所示。工藝改進后車頂內高測量表中的數據顯示，車頂內高控制在±2mm以內;3）工藝改進前后車頂弧度對比情況如圖5所示。工藝改進后車頂弧度測量表中的數據表明，車頂圓弧度與樣板間隙控制在3mm內。

4.結束語

由上可知，在車定制造的過程中，可以通過改進工藝大幅度降低車頂蓋圓弧度的內應力，同時能夠有效控制到組裝完成后地鐵頂部的元弧度，確保到車輛運行的安全性。

參考文獻：

[1]林詩涵，馬宇辰，曹津銘，等.鋁合金地鐵車輛車頂焊接變形研究[J].內燃機與配件，2020，000（003）：P.124-126.

[2]林詩涵，馬宇辰，曹津銘，等.鋁合金地鐵車輛車頂焊接變形研究[J].內燃機與配件，2020，000（003）：P.124-126.

[3]謝葉青，馬興文，李霞.地鐵車輛架修工藝設計探討[J].技術與市場，2020，027（001）：95-96.

[4]李飛慶.新能源汽車電池托盤用高性能6061鋁合金型材生產工藝探討[J].鋁加工，2020，No.252（01）：40-43.

[5]杜重凱.機動車尾氣后處理系統鋁合金泵體的鍛造工藝設計及優化[D].2020.

[6]范永達.鋁合金車廂側墻焊接難點分析及焊接工藝優化[J].汽車工藝與材料，2020（8）：52-56.