刘明雪 刘勇 王隽 李保国

摘要：本文选取了国内制造较具代表性的铝合金地铁项目，针对该项目底架组成制造过程中出现的质量问题和技术难题，工艺人员通过现场跟踪认真分析问题产生的原因，采取多种工艺解决措施试验结果得出最优化解决方案，使问题得到彻底的解决。

关键词：铝合金地铁 底架制造 工艺优化

1 前言

新加坡地铁项目的底架结构是一种不同于过去的全新结构，在首列车生产制造过程中出现了严重的质量问题和技术难题，一度给工艺人员提出了严峻的挑战，但工艺人员通过现场观察、分析讨论、方案制定、现场试验，制定出几套解决方案，通过现场试验比对得出最优化的解决方法，将该质量问题彻底解决。

2 底架制造过程中的技术难题

对于车体的底架制造过程来说，枕梁部位的质量是最为重要的，因为枕梁是整个车体与转向架连接的枢纽，尤其是枕梁中心部位的矩形平面的平面度和枕梁中心孔的直径圆度和尺寸公差的精度，都是影响车辆运行安全的重要因素。

根据设计图纸要求，枕梁组成有两个位置的尺寸要求非常严格：图中红框区域的415*608mm的矩形区域要求平面度达到0.5mm以内;图中的Φ250mm中心孔的尺寸公差要求是Φ250h8（0.05mm-0.13mm）。

对于图中的415*608mm矩形平面加工和Φ250mmh8的中心孔两道加工工序，最终试制时的方案是采取在枕梁组成加工工序完成的，加工完的枕梁组成可以保证所有的尺寸都能符合图纸要求，但是将枕梁组成与地板焊接组对成底架组成后，出现了严重的质量问题，一个是枕梁中心的Φ250mm中心孔发生严重变形，另一个是415*608mm的矩形平面的平面度也无法满足要求。

如果这两个问题不能得到解决，将直接影响车体与转向架连接时的装配质量，车体枕梁下盖板与转向架上平面就会贴合不好，同时转向架的中心销无法顺利插入到车体枕梁中心孔中，而且即使能够插入，定位销和中心孔彼此之间的装配严密度也非常不好。

3 技术问题的解决方案

通过现场试制和理论研究，分析出问题产生的原因是由铝合金车体焊接变形导致的。由于铝合金比其他材料有较大的热膨胀系数，所以在焊接过程中，随着快速加热和快速冷却而带来的膨胀和收缩发生时，必然出现不同形式的变形。 [1]。

经研究，是焊接变形导致出现“平面不平、圆孔不圆”的质量问题，所以想要解决该问题，就要解决焊接变形对平面度和圆孔尺寸精度带来的不利影响，解决方案可以从焊接变形控制、焊后整体加工和装配工艺改进三个方向进行考虑。

3.1焊接变形控制

焊接变形虽然无法进行准确的计算，但是可以预估变形的方向和程度，因此可以进行变形的定性分析，然后制作反变形工装[2]。

应用反变形工装焊接后进行测量发现，平面度达到了2-3mm，中心孔尺寸为Φ248.6mm-Φ251.5mm，虽然尺寸精度较之前已经有了显著提高，但依然无法满足图纸要求，经过进一步的火焰调修和机械调修后，尺寸精度得到进一步提高，平面度可达1-2mm，中心孔可达Φ249.5mm-Φ250.6mm，但是精度依然还是有少量偏差，无法满足设计要求。

该方案直接应用焊接方法来提高尺寸精度，但不管采用怎样的焊接工装和调修方法都无法满足平面度和尺寸公差，该方法耗时耗力，且对工人的操作水平要求较高，因此该方案不合理。

3.2焊后整体加工

不直接对焊后变形进行处理，而是放弃焊接变形因素不管，转而从加工转序的角度来保证尺寸精度。

1、415*608mm的矩形平面在枕梁组成加工工序中先不加工，将平面加工余量移到底架组成加工工序中执行;

Φ250mmh8要求的底架中心孔的加工不再由枕梁组成加工工序加工一次完成，而是采取一套新的加工方案。具体方案如下：首先在枕梁组成时将此基准孔先预加工到Φ240mm（此预钻孔用于底架焊接中心定位），然后在底架组成焊接之后再进行枕梁中心孔二次加工，利用空气簧的装配孔重新反定位枕梁中心定位孔，将焊接变形量在整体加工时完全消化掉。

通过以上方案的实施，现场对试验的几组枕梁进行测量，平面度和中心孔尺寸均达到了图纸的技术要求。

3.3装配工艺改进

枕梁上的415*608mm矩形平面和Φ250mmh8中心孔都是为安装转向架服务的，装配工艺在其中可起到重要作用。装配的核心任务之一就是通过研磨调整垫来消除误差累计，使尺寸链中的每个设计尺寸均达到公差要求[3]。具体方案如下：

1、设计大小为415*608mm、厚度为3mm的矩形垫片，按照焊后枕梁415*608mm矩形平面度的分布，研磨矩形垫片，枕梁焊接变形的误差就被矩形垫块所消耗。

2、针对Φ250mmh8中心孔可按如下方法进行操作：在枕梁组成加工时开Φ255mm中心孔，制造一个外径为260mm，内径为Φ250h8的衬套筒。装配枕梁与转向架时，先将衬套筒的外径研磨至Φ255mm且保证与枕梁中心孔焊后变形的分布相一致，然后将衬套筒安装到枕梁中心孔内，再将转向架定位销装配进去，即可完成整个装配过程。

试验结果证明通过装配工艺改进基本可以解决该问题，但这种方法需要反复测量圆孔变形量及变形分布，并对变形部位反复修磨，同时矩形垫片的研磨过程也非常复杂，整个过程操作时间较长，生产成本过高，且对工人操作能力要求较高，因此该方案不合理。

4 总结

通过上述三种工艺方案的对比试验，得出了一套最优方案：采取加工工序转移的方式，底架焊后整體加工，该方案精度高，生产成本低，满足了车体与转向架连接的枕梁中心孔的精度和连接面的平面度要求，保证了后续的装配精度，彻底解决了车间的生产问题。

参考文献

[1]王炎金.铝合金车体焊接工艺.机械工业出版社，2010.1

[2]史耀武.焊接制造工程基础.机械工业出版社，2016.3

[3]刘伟鹏.关于机械加工工艺技术的误差分析[J].科技创新导报，2012，32：57.

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）