CRH2系动车组铝合金多型侧墙加工方法

姚鑫

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.038

摘 要：随着我国高速铁路快速发展，不同速度层级、不同用途的动车组相继推出，动车组制造工艺面临着多型号动车组共用一条生产线局面，采用通用化、自动化加工工艺方法改进，实现铝合金侧梁整体加工质量保障，通过改进工艺流程和优化工装设计，满足了不同车型侧墙之间加工工位转换要求，再结合数控编程，实现铝合金车体侧墙加工制造。

关键词：CRH2系 铝合金侧墙 加工工艺

中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0038-02

随着我国高速铁路快速发展，不同速度层级、不同用途的动车组相继推出，动车组制造工艺面临着多型号动车组共用一条生产线局面，为满足多型号动车组生产需求，生产节拍变化、生产线的柔性化设计是重要解决措施之一。为此，在基于多型号动车组铝合金侧墙加工工艺设计中，重点在于如何将生产柔性化需求与工艺过程设计、工艺装备设计有机结合起来，利用工艺装备自身结构变化与组合，满足多型号动车组铝合金侧墙加工。

1 动车组铝合金侧墙结构及加工工艺

动车组铝合金侧墙是车体关键大部件之一，主要由窗上板、窗下板、窗间板、下墙板和上墙板等长大型铝合金型材装配焊接而成，是车体的主要承载部件。由于受型材结构及焊接变形、焊缝布置等限制，其侧墙窗口、组焊结合部的加工精度、加工变形控制等加工质量，对后续总装组装、外观、后续焊接等都会造成影响，为此在铝合金侧墙整体加工中，制造精度要求较高。

铝合金侧墙整体加工是在FOOK加工中心上进行的，从上向下俯视，可以将铝合金侧墙拟化为长方形薄板加工，为此工序定位可采用“3-2-1”定位方案，即在FOOK加工中心工作平台布置24个可平移的单体支撑组合为一个平面，在侧墙一个侧面两端各选一个定位点（A、B），在一端部选一个定位点（C）（如图1）。

某型车体整个侧墙的铝合金毛坯长度大概有23 800 mm，宽度有2 300 mm，高度约有350 mm，在焊接时会导致铝合金产生一个较大的变形。为了解决这一情况需要对其轮廓进行调整和修改，同时侧墙在车体组成整体焊接时通常会预留出一定的预置挠度；调整和修改后，再将其放置在60M FOOKE五轴加工中心上加工。FOOKE五轴加工定位原则及方式如下：一个定位基准平面（三点定位），一个定位基准线（二点定位）和一个定位基准点（一点定位），就此整个侧墙工艺定位完成，实现“六点”定位。

在定位后，装夹时，先通过侧墙预开工艺孔的方式，利用螺栓和压板，将侧墙中部固定在支撑平面上；然后使用气动压紧器，将侧墙两边固定在弧形支撑面上；在加工不同车型时，可根据车体断面弧形要求，选用相对应的弧形支撑面，并平移调整位置，确保气动压紧器压头到位。就此侧墙整体加工定位，装夹结束。

2 单体支撑工装设计策划

通过上述分析，作为车体侧墙整体加工工装重要组成，单体支撑工装设计是工艺设计关键环节，正是通过调节、换装等方式，变换单体支撑工装结构，满足不同车型车体断面弧形要求，实现柔性化生产目的。不同车型车体断面弧形要求见图2（A、B、C三个车型）。

如图2所示，A、B这两个车体侧墙断面结构较为接近，C型相对A、B曲率半径小，弧形变化大。为此，若满足在同一个工位上加工这三个车型车体侧墙要求，就要解决以下主要问题：（1）保持弧形支撑的曲率接近一致。（2）保持侧墙弧形面与夹具弧形支撑正确接触，有良好的接触面积。（3）在加工过程中保持弧形面与夹具弧形支撑紧密结合，防止被加工件移动或松动。

为解决以上问题，策划了以下解决方式方法：（1）设计相应的、可更换的弧形支撑板，通过采取更换弧形支撑板的方法，以应对不同车型车体侧墙。（2）在车体侧墙整体定位情况下，先通过车体侧墙窗口预开工艺孔的方式，利用螺栓和压板，将车体侧墙中部固定在支撑平面上；然后从两端向车体侧墙窗口中心，分别平移弧形支撑板，将其弧形支撐与车体侧墙外弧形面处于正确接触位置，然后锁紧。（3）车体侧墙两侧弧形面夹紧力，采用气动方式，利用气缸带动摆臂及压轮实现。依据弧形面夹紧点布置区域与气缸位置关系设定，通过模拟气缸活塞移动距离、夹紧摆臂长度和摆动角度范围、压轮直径大小等因素，确定最终设计尺寸和结构。（4）在弧形支撑板换装及移动装置结构策划上，拟订以下4种方案：（1）开扁长口，手工位移，螺栓固定。该方案结构简单，但位移距离小，适应范围小，位移时费力，需要找正。（2）采用齿轮、齿条结构，手工位移，棘轮固定。该方案位移距离大，位移时省力，但结构复杂，齿轮与齿条间隙大，加工铝屑容易堵塞；棘轮节距设计不当，不能保持良好的接触和锁固效果。（3）采用齿轮、齿条结构，气动位移，棘轮固定。该方案位移距离大，位移时省力，但结构复杂，齿轮与齿条间隙大，加工铝屑容易堵塞；棘轮节距设计不当，不能保持良好的接触和锁固效果，且气动力矩不好设定，容易引起位移夹紧变形。（4）采用直线导轨、滑块结构，手工位移，紧顶螺钉固定。该方案结构精度高，位移距离大，位移时省力，但手工操作时，可进行位移，锁紧可靠。结构复杂，要考虑加工铝屑对直线导轨、滑块结构的影响。

从位移装置结构、位移方式、加工铝屑影响、缩紧定位、制造精度和成本，尤其是装夹定位效果与不同车型适应范围等方面综合评估，并进行不同方案草图之间对比，最终选用4号方案。

4号方案采用直线导轨、滑块结构，该结构商品化程度高，选择范围广，容易实现应用目的；该结构零部件间配合精度高，间隙小，定向性好，适合用于定位结构；该结构直线导轨长度，可按照需要选择，适合不同车型侧墙尺寸位移要求；该结构移动摩擦系数小，位移力矩小，适合用于手工操作。该结构定位锁紧时，可采用定位螺钉直接顶紧直线导轨的方式，进行定位锁紧，方便可靠。

3 结语

在车体侧墙加工过程中，通过多种车型侧墙加工验证，该工艺方案、工艺流程和工装，满足了不同车型侧墙之间加工工位转换要求，再结合数控编程，整合各车型侧墙加工程序，优化、统一定位方式，推进了车体侧墙加工工艺柔性化设计水平。