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        側(cè)柱制造工藝研究

        2022-11-12 04:07:20程大堂王洪義趙淑杰單志鵬中車齊齊哈爾車輛有限公司
        鈑金與制作 2022年10期
        關(guān)鍵詞:工藝設(shè)計(jì)

        文/程大堂,王洪義,趙淑杰,單志鵬·中車齊齊哈爾車輛有限公司

        側(cè)柱是鐵路貨車敞車側(cè)墻中關(guān)鍵零部件,是側(cè)墻中主要受力件,橫截面大多為帽型。該類帽型鋼側(cè)柱多為厚度不超過8mm的冷彎型鋼,在公司出口鐵路貨車中,首次采用厚度為12mm的帽型鋼側(cè)柱,該側(cè)柱的制造成為該車主要難點(diǎn)之一。

        側(cè)柱結(jié)構(gòu)分析

        出口鐵路貨車側(cè)柱的零件圖如圖1所示,材質(zhì)為Q450NQR1,數(shù)量為4件/輛。該件的制造難點(diǎn)是板材較厚,帽型截面成形非常困難。

        圖1 側(cè)柱零件圖

        側(cè)柱制造方案確定

        帽型鋼側(cè)柱制造方案主要有冷彎型鋼方案和折壓方案兩種。

        冷彎型鋼方案

        冷彎成形是通過順序配置的多道次成形軋輥,把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進(jìn)行橫向彎曲,以制成特定斷面的型材。利用冷彎成形制成的型鋼,稱之為冷彎型鋼。在我國鐵路貨車敞車中,從60t敞車到70t敞車,乃至80t敞車,帽型鋼側(cè)柱大多采用冷彎型鋼。在出口車中,帽型鋼側(cè)柱也大多采用冷彎型鋼。鑒于此,該車設(shè)計(jì)初期,設(shè)計(jì)、工藝、物資三方制定了該帽型鋼側(cè)柱采用冷彎型鋼的制造工藝方案。

        之前的冷彎型鋼側(cè)柱,厚度最大為8mm,材料最高屈服強(qiáng)度為450MPa。該側(cè)柱厚度達(dá)12mm,材料屈服強(qiáng)度為450MPa,需要新制成形軋輥方能制造。該方案優(yōu)點(diǎn)主要是產(chǎn)品制造質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率高。該方案的缺點(diǎn):一是制造周期長,新制成形軋輥制造周期約1個(gè)月,冷彎型鋼側(cè)柱制造完成發(fā)運(yùn)到貨約1個(gè)月,制造周期共需約2個(gè)月;二是制造成本高,冷彎型鋼每噸價(jià)格比鋼板高約1500元,該側(cè)柱需要新制成形軋輥,制造成本更高。而該車生產(chǎn)進(jìn)度急,要求1個(gè)月試制完成,之后馬上接續(xù)批量生產(chǎn),因此,冷彎型鋼方案因生產(chǎn)進(jìn)度無法保證而被否決。

        折壓方案

        在歷史車型中,帽型鋼側(cè)柱采用折壓制造工藝,側(cè)柱厚度為6mm,材質(zhì)為Q450NQR1。在側(cè)柱折壓內(nèi)側(cè)第二道彎時(shí),為了避免干涉,必須采用如圖2所示的折彎上模,該類型折彎上模稱之為鵝頸折彎模,俗稱歪脖胎。歪脖胎在折壓過程中受力狀態(tài)較差,有折斷趨勢,因此采用歪脖胎折壓的帽型鋼側(cè)柱一般厚度較薄,不超過8mm。歪脖胎的截面形狀尺寸的確定一般參考之前折壓件,再結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

        圖2 歪脖胎折壓示意圖

        出口鐵路貨車厚度12mm的側(cè)柱在設(shè)計(jì)之初,曾考慮采用折壓方案制造,但因?yàn)闆]有合適的歪脖胎,且歷史上從未有采用歪脖胎折壓的先例,歪脖胎很可能折斷,存在很大安全風(fēng)險(xiǎn),所以放棄折壓方案,采用冷彎型鋼方案。

        在冷彎型鋼方案被否決之后,折壓方案重新提上日程,研究分析折壓方案的可行性迫在眉睫。折壓方案需要新制歪脖胎,生產(chǎn)周期約25天,可滿足試制及批量生產(chǎn)的進(jìn)度要求;折壓方案新制歪脖胎需要工裝費(fèi)用4萬元,折壓側(cè)柱成本較冷彎型鋼側(cè)柱每噸低約1000元,完成批量生產(chǎn)可大大降低制造成本,從成本角度分析,具有可行性。

        通過以上分析,折壓方案成為該側(cè)柱制造的唯一工藝方案。折壓方案需要重點(diǎn)解決的問題是設(shè)計(jì)制造合適的歪脖胎,同時(shí)避免歪脖胎折斷的風(fēng)險(xiǎn)。

        側(cè)柱制造工藝制定

        折壓機(jī)選擇

        通過分析側(cè)柱零件圖,結(jié)合折彎下模,利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出彎曲力,然后根據(jù)彎曲力選擇數(shù)控折壓機(jī)。經(jīng)驗(yàn)公式為:

        P=Kbt2σb/L

        式中 P——彎曲力(N);

        b——彎曲件長度(mm);

        t——毛坯厚度(mm);

        σb——材料抗拉強(qiáng)度(MPa);

        L——彎曲支點(diǎn)間距離(mm);

        K——系數(shù)(K≈1+4t/L)。

        側(cè)柱參數(shù)b=2530mm、t=12mm、σb=600MPa、L=100mm,經(jīng)計(jì)算P≈3240000N,即需要324t彎曲力,因此選擇的數(shù)控折壓機(jī)額定折壓力應(yīng)大于324t。

        側(cè)柱長度為2530mm,因此選擇的數(shù)控折壓機(jī)有效折彎長度應(yīng)大于2530mm。

        側(cè)柱重量較重為102.23kg,因此應(yīng)考慮配備相應(yīng)工裝,減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

        綜合以上因素,我們選擇500t數(shù)控折壓機(jī)。該折壓機(jī)額定折壓力500t,有效折彎長度5m,配有液壓升降平臺。

        歪脖胎設(shè)計(jì)

        利用計(jì)算機(jī)Creo軟件設(shè)計(jì)歪脖胎,將側(cè)柱作為設(shè)計(jì)參考基準(zhǔn),將側(cè)柱整體旋轉(zhuǎn)至內(nèi)側(cè)第二道彎的角平分線豎直位置,該角平分線即為歪脖胎的壓力中心線,考慮側(cè)柱回彈,按此進(jìn)行歪脖胎截面形狀設(shè)計(jì)。同時(shí)為方便操作者拆換歪脖胎,歪脖胎應(yīng)進(jìn)行分塊設(shè)計(jì),分塊數(shù)量不能太多,每塊重量又不能太重。

        對設(shè)計(jì)出的歪脖胎模型進(jìn)行有限元模擬分析,計(jì)算出歪脖胎在折壓中的應(yīng)力分布圖,最大應(yīng)力須小于歪脖胎材質(zhì)的屈服強(qiáng)度,按此進(jìn)行歪脖胎強(qiáng)度校核。

        按以上過程,經(jīng)反復(fù)修正后,得出一合理的歪脖胎,既擁有足夠強(qiáng)度,安全可靠,又可輕便拆換。設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核示意圖如圖3所示。

        圖3 歪脖胎設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算示意圖

        側(cè)柱生產(chǎn)現(xiàn)場工藝控制

        根據(jù)側(cè)柱零件圖,依據(jù)中性層理論,計(jì)算出展開尺寸及每道彎的折壓線尺寸。歪脖胎制造完成后,安裝到數(shù)控折壓機(jī)上,根據(jù)展開尺寸及每道彎的折壓線尺寸,劃線折壓。折壓第一道彎時(shí)逐步增大折壓力,直至能折壓成形為止,根據(jù)數(shù)控折壓機(jī)實(shí)際折壓力與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的折壓力進(jìn)行對比,驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)公式準(zhǔn)確性。當(dāng)折壓力設(shè)置為300t時(shí),可折壓成形,驗(yàn)證了經(jīng)驗(yàn)公式較為準(zhǔn)確,為了提高折壓效率,實(shí)際生產(chǎn)中折壓力設(shè)置為400t。記錄每道彎折壓時(shí)對擋尺寸數(shù)據(jù),折壓時(shí)使用樣板檢測折壓角度及形狀。側(cè)柱試制折壓完成后,檢查各尺寸,驗(yàn)證展開尺寸及每道彎的折壓線尺寸準(zhǔn)確性,根據(jù)修正后的數(shù)據(jù),調(diào)整每道彎折壓時(shí)對擋尺寸數(shù)據(jù),并進(jìn)行記錄備案。批量生產(chǎn)時(shí),調(diào)用試制的參數(shù),對擋折壓,如圖4所示,大幅提高了生產(chǎn)效率,圓滿完成200輛阿根廷焦炭敞車的生產(chǎn)任務(wù)。

        圖4 側(cè)柱折壓

        腔調(diào)以西皮、二黃為主,用胡琴和鑼鼓等伴奏,被視為中國國粹,位列中國戲曲三鼎甲"榜首"。

        前生: 徽劇

        此生: 京劇

        曾名: 平劇

        特點(diǎn): 表演程式化 虛擬化人物服裝特定化藝術(shù)表現(xiàn)多元化

        影響: 中國的文化形象

        解讀: 西皮二黃主腔調(diào)胡琴鑼鼓隆咚鏘四功五法經(jīng)十年生旦凈丑戲坤乾

        結(jié) 束 語

        側(cè)柱制造工藝研究,體現(xiàn)了節(jié)能減排的工藝制造理念。通過側(cè)柱結(jié)構(gòu)分析、側(cè)柱制造方案確定、側(cè)柱制造工藝制定,成功完成了側(cè)柱的試制及批量生產(chǎn),為今后各車型側(cè)柱及類似結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)提供了參考方案,自制折壓側(cè)柱代替外購冷彎型鋼側(cè)柱,可大幅降低制造成本。

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