潘飞燕　陈旭　范亚锋　王旺兵

【摘  要】设计C70E角柱组对台位工装、正立面自动焊工装、整体挠度镶块工装、弹簧式挠度滚筒、半翻转机构、半龙门悬臂式顶出气缸机构、配套自动焊正立面挠度轨道以及上下料装置等，并将所有角柱组成工序结合到同一台位上作业，取消组对、调直、天车吊运等工序内容，同时克服了车间原有的调直机不能校直立面等缺点，使角柱组成的成型质量得到大幅度提升。

【关键词】角柱组成;挠度工装;半翻转机构;质量提升

1  前言

角柱组成是铁路货车的重要零部件之一，包括矩形横截面方钢结构的角柱和沿方钢一边部分焊接一体的角柱板。角柱组成在制备组焊过程中沿长度方向在正面和侧面两个方向会产生6 mm～10 mm的焊接旁弯变形，需要在专用的调直设备上对角柱旁弯变形进行调直。受调直机设备影响，目前不能对两个方向的变形同时进行调直;其加工过程工序内容繁琐，捣运次数多，劳动强度大，人工工时耗费较多，产品质量不稳定。

2  角柱组成问题分析

2.1  焊缝过长，受热不均匀，应力无法释放

角柱组成焊缝为角柱板同角柱之间的双面焊缝，单面长度为2 273 mm和2 282 mm，在焊接过程中热量散发不均匀，极易产生变形（如图3所示）。

2.2  角柱结构限制，不能正立面均调直

角柱组成结构特性可以由图1看出，其107 mm面（以下称反面）属于被角柱板挡住的无法调校面，车间现有的调直机为顶头调直机，因此该结构特性只能调校160 mm面（以下称正面），且调校过程中全由操作者掌握，调校误差大。

2.3  下工序组装困难

角柱组成正立面变形对组装影响大（如图2、图3所示）。角柱组成是贴靠在车体的侧墙上进行焊接使用的，角柱组成相对于侧墙的平面度和直线度尤为重要，否则在组对焊接过程中，部分地方就会产生缝隙，无法进行组对焊接作业，成型难度大，焊缝质量差。

3  翻转工艺装备设计

3.1  總体思路

单件流工序平面布局建立：建立一个取消调直工序，形成组对、焊接（正立面焊）、上料一体化“单台位，多功能”的单件流工序的平面布局（如图4、图5所示）。

首先解决组对台位零散现象：综合考虑将组对台位调整至自动焊台位，在角柱和角柱板组对完成后，再将预制反变形融合进同一台位，形成内部工序流：组对→半龙门顶出气缸压紧预制反变形→点固正面→利用翻转气缸带动角柱组成→点固立面→翻转回正面完成自动焊接。形成预制挠度和组对工序内容融合。

其次，搭配自动焊小车挠度轨道，使小车完成角柱组成正面焊缝的焊接→翻转角柱组成→释放夹紧装置→利用传送轨道传送至角柱组成立面焊缝焊接台位。

最后，立面焊缝焊接完成后，搭配使用下料传送装置对角柱组成进行存放，待到角柱组成自然冷却后，预先压制的反变形将会抵消正面和立面长焊缝的影响所带来的焊接应力变形，从而实现取消调校工序，提高角柱组成焊后成型质量合格率。

3.2  预制挠度台位及组对台位设计

通过采用预制反变形的方式来控制角柱组成在焊接中变形问题。首先考虑到角柱组成主要是集中在正面变形呈圆弧漫弯状，因此首先考虑预制挠度台位设置挠度镶块，其布置情况为呈中间高，两端低（如图6所示）;然后在两端采用油缸进行压制（如图7所示），形成焊接变形反方向的挠度变形;并考虑设计角柱及角柱板的组对工装糅合在预制挠度台位上（如图8所示）;由于预制挠度台位上布置了中间高两端低的挠度镶块，导致了角柱在平台上的滑动输送摩擦力过大，工作强度大，因此创新设计了新式弹簧式滚筒（如图9所示），其主要效果在于该弹簧式滚筒处于自由状态时，其最高点保持和挠度镶块最高点一致，保证了角柱组成运输省力，当两端的油缸在往下压制时，其弹簧式滚筒并不影响到角柱组成的整体挠度形成。

建立一套角柱组成组对/焊接/上下料存放等配套的工位制单件流生产线：角柱组对和正面焊缝在组对配套装置上完成，角柱侧面焊缝在侧面自动焊配套装置上完成;全部组对/焊接/上下料存放等配套装置之间由专用滑动辊道连接。

3.3  半翻转机构设计

设计翻转机构，减小角柱组成翻转过程中的劳动强度。由于角柱组成是双面焊缝，需要人工翻转后焊接背面焊缝，角柱组成重约：67.40 kg，所以综合考虑设计机械自动翻转（如图10所示）

减小操作者劳动强度。

中部翻转定位机构的翻转定位组成通过翻转水平基板与翻转支撑臂支撑联接固定，翻转支撑臂与设置于工作台面的固定支座铰接，固定支座前端面设置有翻转定位组成转动的弧面。同时，翻转支撑臂还与翻转油缸顶头驱动联接，翻转驱动臂另一端与设置于工作台下的翻转油缸驱动联接。具体实现过程如图11、图12所示。

4  成果验证及主要创新点

C70E角柱组成无调校自动焊装置的应用，主要集中在以下几个上面的创新：

（1）角柱组成整体预制反变形挠度的方式方法创新。通过提前设置反变形抵消角柱组成的焊后变形，将问题点前置化，提前优化考虑，从而达到杜绝后续的难点问题。

（2）弹簧式挠度滚筒结构创新。通过弹簧的可收缩恢复特性，实现装置的整体挠度不变，但又在装置工作过程中，棍筒不会改变影响预制的挠度值。

（3）独特的半翻转装置创新。配套使用快速夹紧装置，实现角柱组成顺时针翻转90°，使操作者方便点固立面焊缝，同时操作者推出快速加紧装置后，角柱组成便会通过立面导轨，从而移动到立面自动焊台位，完成立面焊缝的焊接。

角柱组成无调校自动焊半翻转装置中角柱组对/焊接/半翻转模式中，单一组对模式或焊接模式或半翻转模式或两两组合模式可以借用于铁路货车系列车型中类似件的组对/焊接。