白代文 劉阿君 王小東 姚艷芳 賈羅云

(中車眉山車輛有限公司 四川 眉山 610020)

1 問(wèn)題的提出

C86-GIN型礦石敞車(以下簡(jiǎn)稱C86)的車體鋼結(jié)構(gòu)為無(wú)下側(cè)梁的全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由底架組成、側(cè)墻組成、端墻組成等部件構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。其中底架組成中的地板兩側(cè)向上折彎，與側(cè)墻板搭接裝配并以焊接形式相連接。側(cè)墻組成中的側(cè)柱分T字型和槽型變截面兩種結(jié)構(gòu)，側(cè)柱處的側(cè)墻板與底架各橫梁角接相連。

在以往類似車型生產(chǎn)及該車的試制生產(chǎn)過(guò)程中，受底架和側(cè)墻相關(guān)尺寸鏈的影響，在車體鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)，側(cè)墻板與各橫梁沿車體縱向的錯(cuò)位是主要質(zhì)量問(wèn)題，錯(cuò)位嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)側(cè)墻板與橫梁腹板由角接形式變成搭接、側(cè)墻板與橫梁上蓋板無(wú)搭接量等情況，不僅造成焊接難度加大，連接后也降低了車體鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，影響整車的性能。因此，該車的主要工藝技術(shù)難點(diǎn)是如何控制底架組成中各橫梁的相對(duì)尺寸與側(cè)墻組成中側(cè)柱對(duì)應(yīng)的側(cè)墻板相對(duì)尺寸的一致性。

圖1 車體主要結(jié)構(gòu)

2 原因分析

針對(duì)側(cè)墻板與各橫梁沿車體縱向錯(cuò)位的問(wèn)題，對(duì)該車型的底架組成和側(cè)墻組成的結(jié)構(gòu)特性和尺寸鏈進(jìn)行工藝分析，找出影響車體組裝質(zhì)量的關(guān)鍵因素，以便于后期制定有效的工藝改進(jìn)措施。

2.1 中梁組對(duì)定位方式的影響

中梁組成由2根冷彎槽鋼、隔板組成及整體式上心盤(pán)和整體式?jīng)_擊座等零部件組焊而成。生產(chǎn)中通常采用反裝的方式組對(duì)(即心盤(pán)面朝上)，將冷彎槽鋼落入組對(duì)胎型靠擋定位后，先根據(jù)中梁塞孔組對(duì)沖擊座，再以沖擊座從板加工面為基準(zhǔn)，使用組對(duì)樣桿組裝上心盤(pán)。這種組對(duì)方式對(duì)冷彎槽鋼的長(zhǎng)度及其塞孔的尺寸精度要求非常高，冷彎槽鋼長(zhǎng)度尺寸的偏差和塞孔的縱向尺寸偏差都會(huì)造成每根中梁的心盤(pán)距(兩上心盤(pán)的孔間距)出現(xiàn)偏差，同時(shí)組對(duì)樣桿的使用方式和沖擊座的加工尺寸都會(huì)使心盤(pán)距產(chǎn)生變化。而底架組對(duì)時(shí)是以中梁一端的上心盤(pán)孔定位，各橫梁在底架組對(duì)胎上有固定的定位擋，心盤(pán)距的偏差將造成每臺(tái)車各橫梁的縱向尺寸不穩(wěn)定，出現(xiàn)橫梁間距與側(cè)柱間距不匹配的情況，從而導(dǎo)致車體鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)側(cè)柱處側(cè)墻板與橫梁的縱向錯(cuò)位。

2.2 底架組焊的影響

C86的車底架組成與常見(jiàn)車型的底架結(jié)構(gòu)有所不同，枕梁組成、橫梁組成等部件的內(nèi)側(cè)與中梁組成連接，而外側(cè)無(wú)常見(jiàn)車型的下側(cè)梁與枕梁、橫梁等的連接，因此該車底架組成的剛性強(qiáng)度較同類車型的剛性強(qiáng)度小很多。生產(chǎn)過(guò)程中，在底架各橫梁組對(duì)完成后并且鐵地板沒(méi)有組對(duì)之前，整個(gè)底架組成的約束力不強(qiáng)，因此吊運(yùn)和焊接部分焊縫過(guò)程中，極易造成枕梁、橫梁沿車體縱向出現(xiàn)尺寸偏移，而地板組裝及底架各部件焊接連接之后，對(duì)各橫梁的縱向尺寸偏差調(diào)修不易實(shí)現(xiàn)。因此無(wú)下側(cè)梁的底架結(jié)構(gòu)也是造成車體組裝時(shí)側(cè)板與橫梁錯(cuò)位的主要因素之一。

2.3 側(cè)墻組對(duì)定位方式的影響

側(cè)墻組成是由上側(cè)梁組成、側(cè)板組成、側(cè)柱組成1、側(cè)柱組成2、枕柱組成等零部件組成，其中側(cè)板組成由9張側(cè)板拼接組焊而成。生產(chǎn)中，在組對(duì)胎型上部設(shè)立上側(cè)梁組對(duì)定位擋，下部設(shè)側(cè)板定位擋，這樣保證了側(cè)墻組成的高度尺寸；在上側(cè)梁和側(cè)板的一側(cè)設(shè)立定位擋，另一側(cè)劃出工藝尺寸參照線，使側(cè)墻組成的總長(zhǎng)度尺寸得到保證；使用樣桿組對(duì)枕柱、側(cè)柱等，使它們之間的縱向間距尺寸符合要求。由于側(cè)板組成由9張側(cè)板拼接而成，每張側(cè)板都會(huì)有一定的下料公差，且為了保證側(cè)墻組成的總長(zhǎng)尺寸，要對(duì)單張側(cè)板進(jìn)行調(diào)整，這樣的組對(duì)方式就會(huì)造成側(cè)柱組成1、2對(duì)應(yīng)的側(cè)板下部有一定偏差，尤其是越靠近側(cè)板參照線端的偏差會(huì)越大，使得在車體組裝時(shí)橫梁與側(cè)柱對(duì)應(yīng)側(cè)板下部出現(xiàn)錯(cuò)位。

通過(guò)以上分析，現(xiàn)有的中梁組對(duì)方式不能保證中梁心盤(pán)距尺寸的穩(wěn)定，從而影響底架組對(duì)時(shí)各橫梁的定位擋精度；無(wú)下側(cè)梁結(jié)構(gòu)的底架組成剛性強(qiáng)度減弱，在吊運(yùn)和焊接過(guò)程中都會(huì)造成橫梁的移位；側(cè)板的定位方式不能保證側(cè)柱對(duì)應(yīng)側(cè)板下部的縱向尺寸。以上都是造成車體鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)側(cè)柱處側(cè)墻板與橫梁縱向錯(cuò)位的主要因素。

3 工藝控制措施

3.1 中梁組對(duì)工藝優(yōu)化

要確保中梁心盤(pán)距的尺寸，提高組對(duì)胎各橫梁的定位擋精度，需要優(yōu)化現(xiàn)有中梁的組對(duì)方式。通過(guò)工藝分析，制定優(yōu)化中梁組對(duì)工裝的方案，采用一種新型實(shí)用組對(duì)工藝，與傳統(tǒng)先合梁，再組對(duì)上心盤(pán)及沖擊座的工藝不同，采用正裝方式，以整體上心盤(pán)作為中梁各件定位基準(zhǔn)，在一個(gè)組對(duì)胎上完成上心盤(pán)、隔板組成、沖擊座組成等的組對(duì)工作，定位基準(zhǔn)一致，從而確保心盤(pán)距精度，保證下工序底架各部件的定位裝配基準(zhǔn)的定位精度。

3.1.1中梁合梁胎工裝設(shè)計(jì)制作

(1)以整體心盤(pán)與中梁下平面的高度尺寸，及沖擊座工作面距中梁下平面高度尺寸為依據(jù)，在胎型上分別立高度定位基準(zhǔn)面。(2)利用中梁心盤(pán)距尺寸設(shè)立心盤(pán)定位銷，固定心盤(pán)間距。(3)以心盤(pán)立面為基準(zhǔn)，使用樣桿組對(duì)沖擊座，確保中梁總長(zhǎng)一致。(4)利用隔板組成之間縱向尺寸，設(shè)立隔板縱向定位擋；且在胎型上設(shè)立工藝隔板擋位，寬度與隔板組成一致，且其中心與兩心盤(pán)定位銷的中心在同一直線。(5)在胎型的隔板組成和心盤(pán)組對(duì)外側(cè)位置布置風(fēng)缸頂緊裝置，保證中梁的寬度和直線度(見(jiàn)圖2)。

圖2 新制中梁組對(duì)胎工裝簡(jiǎn)圖

3.1.2中梁組對(duì)新的工藝流程

(1)先將一側(cè)冷彎槽鋼落入胎型，調(diào)整好位置，使槽鋼中心與胎型上中心重合。(2)將兩上心盤(pán)吊至組對(duì)工裝胎位，心盤(pán)孔朝下，使心盤(pán)銷插入心盤(pán)孔內(nèi)。(3)將隔板組成放至中梁內(nèi)部，調(diào)整隔板位置靠擋定位。(4)然后將另一側(cè)冷彎槽鋼落入胎型，啟動(dòng)風(fēng)缸，將槽鋼頂緊，用大錘調(diào)整與胎型中心重合。(5)檢查隔板組對(duì)尺寸，合適后點(diǎn)固整體式心盤(pán)、隔板與中梁的焊縫。(6)最后落入沖擊座，利用樣板組對(duì)并與中梁點(diǎn)固(見(jiàn)圖3)。

圖3 中梁組對(duì)作業(yè)圖

采用正裝方式組對(duì)整體式心盤(pán)后，通過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析，心盤(pán)距尺寸波動(dòng)非常小，這就保證了中梁的組對(duì)精度，有利于后工序底架以心盤(pán)距為裝配基準(zhǔn)的各部件相對(duì)尺寸得到有效控制。

3.2 底架組對(duì)工藝優(yōu)化

根據(jù)底架組成無(wú)下側(cè)梁剛度和強(qiáng)度不大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種工藝側(cè)梁機(jī)構(gòu)連接底架各橫梁，以防止底架在焊接和吊運(yùn)過(guò)程中各部件的相關(guān)尺寸出現(xiàn)較大偏差。

圖4 工藝側(cè)梁機(jī)構(gòu)安裝示意圖

該裝置由工藝梁組成、夾緊裝置和定位擋塊構(gòu)成(見(jiàn)圖4)。夾緊裝置、定位擋塊均采用焊接方式與工藝梁組成連接成一體式結(jié)構(gòu)，并預(yù)留了一定量的撓度與中梁匹配，底架與夾緊機(jī)構(gòu)直接進(jìn)行連接。在底架組對(duì)時(shí)，工藝側(cè)梁中心與底架組對(duì)胎中心重合、對(duì)齊，枕梁下蓋板、橫梁下蓋板、小橫梁下蓋板與工藝側(cè)梁機(jī)構(gòu)的定位擋塊貼嚴(yán)后，將壓頭放在下蓋板上，穿上銷軸，旋轉(zhuǎn)梯形螺桿使壓頭與下蓋板夾緊。在底架完成地板組對(duì)，并進(jìn)行定位焊接后，拆除工藝側(cè)梁機(jī)構(gòu)。

該工藝側(cè)梁機(jī)構(gòu)的運(yùn)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)提高了底架的剛度和強(qiáng)度；(2)采用夾緊機(jī)構(gòu)與底架連接，便于裝配和拆卸，提高了工藝側(cè)梁的使用周期，降低了制造成本；(3)增加枕梁、橫梁等部件的定位擋，組對(duì)尺寸得到有效控制，同時(shí)防止在底架運(yùn)輸和焊接過(guò)程中各尺寸發(fā)生變化，保證了底架各部件的裝配精度。

3.3 側(cè)墻組對(duì)定位方式優(yōu)化

現(xiàn)有側(cè)墻組成的定位方式易使側(cè)柱對(duì)應(yīng)的側(cè)板下部縱向間距尺寸出現(xiàn)偏差，鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)與底架組成各橫梁間距尺寸不一致，出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象。因此，在側(cè)墻組對(duì)胎上增加側(cè)板下部定位擋2(見(jiàn)圖5)，使與橫梁連接部分的側(cè)板縱向間距尺寸得到保證，確保和底架橫梁間距尺寸的一致性。同時(shí)上側(cè)梁等定位擋和側(cè)柱組對(duì)樣桿配合使用，有效控制側(cè)墻組成的整體尺寸，保證各部件的配裝精度。

圖5 側(cè)墻組對(duì)定位優(yōu)化

4 工藝優(yōu)化后的效果

在C86-GIN型敞車生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)影響車體鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)底架各橫梁與側(cè)柱對(duì)應(yīng)側(cè)板縱向錯(cuò)位問(wèn)題的工藝進(jìn)行分析，找出了問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因，通過(guò)改進(jìn)中梁組對(duì)方式、增加底架工藝側(cè)梁結(jié)構(gòu)和優(yōu)化側(cè)墻定位方式等工藝手段，使該問(wèn)題得到有效控制。2019年該車型批量生產(chǎn)時(shí)，采用文中的工藝控制措施，中梁心盤(pán)距尺寸偏差控制在3 mm以內(nèi)，底架組對(duì)時(shí)枕梁、大橫梁等部件定位精準(zhǔn)，側(cè)柱與大橫梁縱向尺寸一致性匹配較好，未出現(xiàn)因鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)側(cè)板與橫梁組成錯(cuò)位嚴(yán)重而造成的返修質(zhì)量問(wèn)題，保證了該批次車型的整體產(chǎn)品質(zhì)量。□