HXNB机车冷却室钢结构模块化制作工艺探究

孙瑞　史珂轲　何志强

【摘 要】根据HXN5B机车模块化设计方案及工艺要求，需将总长6100mm的冷却室钢结构制作精度由公差±5mm提高至±2mm，同时要满足底部12个螺栓座、4个销孔间两两相对公差±1mm的苛刻要求。对此，首先考虑总组装前的放样工序，普通量具精度低、量程小，无法满足制作需求；其次考虑螺栓座、圆形销孔的特殊位置，定位困难；最后是冷却室钢结构的大量焊接热输入，必然造成难以逆转的焊接变形；针对上述问题点逐一制定工艺方案后，经过多台份的生产及下工序验证，产品精度完全满足设计要求，将该产品质量大步提升。

【关键词】模块化；冷却室钢结构；螺栓座；焊接变形

0 概述

在HXN5B机车模块化设计方案中，所有室体钢结构均需以螺栓、销座等形式紧固于车底架上平面，以达到按模块生产、流转、装配的效果，这对钢结构室体的制作精度及车底架上平面诸多安装座、销座的定位精度都提出了极高的要求。其中，以冷却室钢结构为最大室体结构，为紧固该室体，设计方案给出了4个￠50mm的销座和12个螺栓安装座，同时要求各座孔间距公差控制在±1mm内，室体总长公差控制在±2mm内，而冷却室钢结构室体总长达到6100mm，宽度为2087mm，在此前的生产制作中公差要求仅为±5mm，目前的精度要求远高于GB/T 13916-2013标准中A级自由公差标准。

1 工艺分析

为满足设计方案及质量要求，需要解决以下三點困难：

1）大尺寸的室体结构，高精度的设计要求，以现有的普通量具无法进行有效的放样和检测；

2）设计给出的4个销孔和12个螺栓座处于室体底面，位置特殊，且定位基准均为圆形孔，难以直接定位；

3）冷却室钢结构内部构造复杂，焊缝形式多样，焊接位置大多较为特殊，焊接工作量大，不可避免的产生焊接变形，不利于室体尺寸的控制。

2 冷却室钢结构制作工艺

2.1 测绘及放样

如图1所示为冷却室钢结构装配底平面的4个销孔和12个螺栓座，其长度方向跨度为5848mm，且给出公差要求也为±1mm；常用卷尺最大量程为5000mm，精确度为1mm，无法满足制作要求。

考虑激光切割机所切割的板材精度可达到±0.1mm，可使用激光切割地样以替代铆工放样；由于所需地样尺寸超出现有激光切割平台尺寸，将该地样合理分割后拼接使用，多个地样间设计齿状卡口用以契合，同时在各地样上进行方向标识，避免在使用过程中产生混淆。在组装平台完成地样拼接后，使用现有量具对地样上所有尺寸进行核对，确认无误后用于放样和检测。

2.2 圆孔的定位

冷却室钢结构装配底平面的4个销孔和12个螺栓座的定位可以预先在总组装平台实现，根据螺栓座在各立柱上定位高度、座孔尺寸和销孔结构尺寸，制作与之匹配的销座，然后运用此前激光切割的地样进行定位后焊接在平台上，在完成定位销座的焊接后，需要再次用地样进行核对，避免定位超差；通过该方法使原本普通的总组装平台具备了精准定位、限位、检测的功能。

如图2所示为制作的两种定位销座，考虑到冷却室钢结构在焊接过程中的焊接变形，制作该销座必须使用较高强度的工具钢，同时，该销座的制作除了要考虑螺栓座和销孔的结构尺寸外，还要与此前制作的地样相匹配，地样上需要预留销座定位孔及焊接点固用的工艺预留孔。

2.3 焊接变形的控制

根据前175台份冷却室钢结构的制作经验，预计室体横向焊接收缩量≤2mm，其中仅有中间框架（结构如图3所示）处因设计结构在横向上缺少刚性支撑，可能导致收缩量>2mm，所以需要在焊接实施前增加工艺撑顶杆，将横向立柱间距按+1mm定位，同时在中间框架的2根立柱底部加以限位块；而预计室体纵向焊接收缩量约为35mm，超出了设计方案给出的±2mm公差，为减小尺寸超差，一方面工艺将冷却室钢结构划分为前部装配、上部装配、中间框架装配以及后框架装配，各装配件先单独组装、焊接，完成调修后再进行室体总组焊，在制作各单独装配件时就需要控制好其纵向尺寸，按公差0+1mm制作，另一方面，在定位前部装配、中间框架、后框架装配时需要留有焊接收缩余量，在完成焊接、调修后进行尺寸自检，如有超差可使用火焰调修，通过以上多项措施的并用才能对焊接变形进行有效的控制。

3 验证与结论

通过多项措施的实施，HXN5B机车后续冷却室钢结构的产品精度得到有效保证，经下工序的装车验证，未有冷却室钢结构尺寸超差、无法装配的问题发生。

[责任编辑：田吉捷]