成组技术在铁路棚车冲压加工中的应用

宋硕，张幼民

（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002）

1 铁路棚车侧板结构尺寸及要求

铁路棚车由大量的板材冲压零件组成，侧板是棚车表面重要的覆盖件，其用量非常多。例如P70 型棚车侧板1 计20 件，侧板2 及侧板3 各8 件。侧板材质均为铁路货车常用的热轧耐候钢板09CuPCrNI-A，板厚为2.3 mm，在其中部有长方形面包加强筋和细长条筋，侧板对压型精度并没有特殊要求，只要符合铁路货车冲压件通用技术条件即可，但由于侧板需要与周边零件组焊在一起，因此零件凸缘部分的翘曲不能过大。从结构工艺性角度看侧板属于宽凸缘浅拉深件，为了减少侧板压型时的回弹现象和凸缘部位翘曲，压型过程中需要有足够大的压边力，采用大吨位液压机让零件充分压靠达到整形的效果。侧板1、侧板2、侧板3 的工作图如图1、图2、图3 所示。

图1 侧板1 工作图

2 成组技术原理简介

成组技术从提出到如今已经历了近50 年的发展和应用，作为一门综合性的生产科学技术，它是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造和柔性制造系统的技术基础。

成组技术揭示和利用了客观事物的相似性，按照一定的规则分类成组，对同组事物采用同样方法进行处理，从而提高了效益。现在一些国家把成组技术与计算机技术、自动化技术结合起来发展成为“柔性制造系统”，以获得最大的经济效益。

成组技术的核心内容是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近的零件组成一个零件族，按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了生产批量、减少了品种、便于采用高效、节能的方法，提高了劳动生产率。

成组工艺实施的步骤为：1）零件按一定规则分类成组；2）制订零件的成组加工工艺；3）设计成组配套工艺装备；4）建立成组加工生产线。

3 棚车侧板原有工艺分析

图2 侧板2 工作图

图3 侧板3 工作图

棚车侧板的原有冲压工艺过程是：1）板材经过抛丸涂漆预处理工序后，用剪板机剪切成3 种尺寸的侧板毛坯并校平；2）3 种侧板各有专用的压型模具，侧板1、侧板3 在40 000 kN 水压机上压型；而侧板（2）在3 500 kN 油压机上压型；3）3 种侧板各有专用的切边模具，侧板1、侧板3 在20 000 kN 冲床上切边，侧板2 在8 000 kN 冲床上切边，至此完成所有冲压工序。

由于P70 型棚车是全国铁路系统普遍使用的通用车型，每年生产量很大，侧板的生产效率制约着整个车型的生产能力，在生产繁忙时侧板往往成为瓶颈环节。按原有工艺组织生产需要占用4 台大型冲压设备，而这几台设备都是满负荷运行的关键设备，此外工序间折返也需要较多生产人员，因此缩短其工艺路线，减少工序间运输及对重要机床的占用，提高生产效率，成为生产中急需解决的难题。

4 棚车侧板成组工艺方案的确定

对3 种侧板认真观察就会发现，零件之间有许多共同点，不仅材质、板厚相同，零件宽度一样，而且工件上面压制成形的方块面包筋、长条筋也完全相同。可以说侧板2、侧板3 只是侧板1 结构中的一个组成部分。将侧板2、侧板3 拼合在一起，除去2 个面包筋，再加工一部分余料就能成为侧板1。利用侧板1 的压型、切边模具就可以将侧板2、侧板3 半成品生产出来，然后再增设1 套冲断模具将其分割开来。多出的余料正好可以作为棚车外窗板的毛坯料，原材料也得到了充分利用。

侧板成组技术生产新工艺为：

1）板材经过抛丸涂漆预处理工序后，用剪板机剪切成侧板通用（侧板1）毛坯并校平。

2）侧板通用毛坯使用侧板1 压型模具，压型设备为40 000 kN 水压机。侧板1 正常压型；准备生产侧板2、侧板3 的侧板毛坯在压型前，压型模具需进行调整，卸掉中间2 个面包筋压型凸模，压制出缺少中间2 个筋包的半成品。

3）2 种侧板半成品均使用侧板1 切边模具，在20 000 kN冲床上切边，侧板1 切去4 边后加工为成品件，而侧板2、侧板3 半成品在切边完成后送入下道工序。

4）侧板2、侧板3 半成品在8 000 kN 冲床上用专用冲断模具冲为3 段，侧板2、侧板3 及中间方块料各1 件，至此侧板2、侧板3 加工为成品件。侧板2、侧板3 冲断前半成品示意图见图4。

图4 侧板2、侧板3 半成品图

5 成组工艺的技术经济效果

在原有工艺中，侧板2 由于外形尺寸小，只能在3 500 kN 油压机上压型，受设备能力限制，工件时常出现成形不饱满、凸缘部分翘曲严重等问题，成组加工后采用40 000 kN 水压机压型，由于设备吨位强大使工件压靠时得到整形，工件成形精度高、质量好。

在降低材料消耗方面，由于冲断后得到的方块料正好是外窗板的毛坯，也就是说成组工艺并未产生余料。而执行原工艺时需要3 种毛坯料，每种毛坯料都有工艺余量。采用新的成组工艺方案只需投1 种毛坯料，减少了4个边的余量，以每张板单边工艺余量10 mm 计算，每张板可节省用料0.66 kg，以年产5 000 辆棚车计算，可节省板料26400 kg。此外，采用新方案还能减少人工费，减少物料运输、水电气的消耗等。

实践证明,成组技术在铁路棚车冲压加工中得到了非常成功的运用，经过大批量生产的考验，成组工艺方法效率高、占用设备少，节约成本并且产品质量稳定可靠。该项技术创新作为铁路货车冲压工艺设计中的范例，对行业今后的发展具有重要的参考价值和借鉴作用。