韓超

（中國(guó)鐵建高新裝備股份有限公司，昆明650215）

1 引言

在鐵路高速發(fā)展的今天，高鐵的速度已經(jīng)是越來(lái)越快，隨之對(duì)應(yīng)的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械也從最早的80km/h 發(fā)展到現(xiàn)在的160km/h。大型養(yǎng)路機(jī)械外觀平整度已逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平及審美意識(shí)的提高，人們的消費(fèi)觀念也在變化。新顧客對(duì)產(chǎn)品的第一印象就是外觀，而且這將很大程度上決定他的選擇和購(gòu)買(mǎi)意愿，即使是老顧客也會(huì)考慮外觀質(zhì)量，大型養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品也是如此。作為顧客，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品外觀表面坑洼不平，印象就會(huì)大打折扣。國(guó)內(nèi)外廠家在使產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量不斷提高和完善的同時(shí)，也在致力于使產(chǎn)品外觀平整度質(zhì)量不斷改進(jìn)。目前，工業(yè)設(shè)計(jì)外形大多以大平面為主來(lái)增加視覺(jué)上的科技感及美觀度。目前，薄板焊接的制作工藝已經(jīng)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。傳統(tǒng)意義上的手工打平存在著諸多缺點(diǎn)，研究新的打平工藝及打平方法迫在眉睫。

2 結(jié)構(gòu)件焊接變形分析

焊接過(guò)程中的局部高溫加熱和快速冷卻在焊縫及其近縫區(qū)的母材內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)變和壓縮塑性應(yīng)變，進(jìn)而引起內(nèi)應(yīng)力，最終導(dǎo)致構(gòu)件的收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等。

以中國(guó)鐵建高新裝備股份有限公司為例，司機(jī)室側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)件主要由骨架和面板組成。骨架由方形管、矩形管拼焊而成。面板由大面積的2.50mm 的冷軋鋼板拼接而成。骨架由熱軋無(wú)縫鋼管和熱軋無(wú)縫矩形管拼焊而成。側(cè)墻結(jié)構(gòu)件的焊接過(guò)程中的熱變形和施焊時(shí)焊接構(gòu)件的鋼性條件是影響焊接殘余變形的兩個(gè)主要因素。根據(jù)這兩個(gè)因素可以認(rèn)為焊接殘余變形是不可避免的，即完全消除焊接變形是不可能的?？刂坪附託堄嘧冃伪仨氂山Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝兩個(gè)方面同時(shí)采取措施。以接觸網(wǎng)多功能綜合作業(yè)車(chē)為例，司機(jī)室加側(cè)墻總長(zhǎng)21m，大平面的面板在橫向或者縱向拼焊時(shí)產(chǎn)生的橫向或者縱向收縮，產(chǎn)生焊接波浪變形和扭曲變形非常嚴(yán)重，只能靠后期的校平工藝來(lái)解決平整度問(wèn)題。

3 校平方法

3.1 手工打平

手工打平存在著以下缺點(diǎn)：需要多名工人連續(xù)敲擊整車(chē)2.5mm 鋼板，無(wú)法保證每位工人敲擊的平整度一致，并且敲擊強(qiáng)度大容易出現(xiàn)錘窩或凹凸不平，大面積的2.5mm 面板側(cè)墻及頂棚手工打平很難達(dá)到平整度小于1mm/m 的技術(shù)要求（排除構(gòu)架平整度的影響）。

3.2 電磁打平

電磁打平的原理是利用強(qiáng)力電磁吸盤(pán)和多孔板夾緊壓平待矯正的面板，然后用火焰加熱局部然后用水急冷，使面板由殘余塑性變形的拉應(yīng)力收縮拉緊，達(dá)到矯平板面的目的。電磁打平設(shè)備用于司機(jī)室等薄板結(jié)構(gòu)件端、側(cè)墻板的矯平作業(yè)（見(jiàn)圖1）。

圖1 電磁打平作業(yè)照片

電磁打平設(shè)備需具有合理的結(jié)構(gòu)，高穩(wěn)定性、可靠性、安全性和耐用性，操作簡(jiǎn)單，維修方便[1]?？刂葡到y(tǒng)在環(huán)境溫度-5～45℃、相對(duì)濕度≤95%、額定負(fù)荷下連續(xù)工作22h 的條件下運(yùn)行平穩(wěn)。電磁鐵在-5～800℃、淋水的工作環(huán)境、額定負(fù)荷下連續(xù)工作22h 的條件下運(yùn)行平穩(wěn)。設(shè)計(jì)壽命按雙班工作制，正常使用條件下，不少于10 年。

4 整車(chē)校平工藝

4.1 大面積側(cè)墻端墻立柱橫梁校平

用2m 直尺桿測(cè)量側(cè)墻、端墻各立柱外側(cè)，垂直方向彎曲超過(guò)3mm 時(shí)調(diào)修。根據(jù)立柱彎曲方向，將立柱頂拉后，用火焰加熱并加水冷卻調(diào)直，火焰加熱不少于3 處；用1m 鋁尺桿測(cè)量側(cè)墻、端墻各橫梁外側(cè)，橫向彎曲超過(guò)1mm 時(shí)調(diào)修，用火焰加熱并加水冷卻調(diào)直，火焰加熱不少于2 處，需要時(shí)根據(jù)橫梁彎曲方向，將橫梁頂拉到位。

4.2 窗口、門(mén)洞校平

窗口調(diào)修：檢測(cè)窗口平面度，超過(guò)1.5mm 時(shí)調(diào)修，窗邊應(yīng)平直，與立柱保持垂直，傾斜面傾斜度不大于1.5mm，調(diào)修時(shí)應(yīng)先骨架，后窗邊；

門(mén)洞調(diào)修：門(mén)框周邊平面度≤1.5mm/m，對(duì)角線≤2mm，超差時(shí)調(diào)修。局部校平采用手工校平。

4.3 墻板調(diào)平

側(cè)墻板平面度超過(guò)1.5mm/m，端墻板平面度超過(guò)2.5mm/m時(shí)，采用電磁打平。電磁調(diào)平裝置使用工藝過(guò)程：安裝多孔模板—電磁鐵充電吸附—火焰加熱—加水冷卻—電磁鐵斷電—移開(kāi)多孔板模板?；瘘c(diǎn)密度與模板相同，火點(diǎn)直徑15mn 左右，加熱到650～750℃（深紅到鮮紅色），火點(diǎn)加水冷卻后方可松開(kāi)模板。通電后電磁力始終伴隨加熱—冷卻的殘留變形施加在側(cè)墻板上，直到斷電后電磁鐵脫離墻板，完成了固定—局部加熱—急冷循環(huán)，以此使側(cè)墻板拉緊調(diào)平側(cè)墻。電磁調(diào)平后，局部可使用手工打平來(lái)保證最終效果。

4.4 車(chē)頂調(diào)平

頂板出現(xiàn)焊后塌陷，在塌陷處邊沿采用火焰加熱，加水冷逐步縮小塌陷的方法調(diào)平和手工打平。

5 項(xiàng)目市場(chǎng)效益分析

5.1 應(yīng)用前景分析

具有公司特色的外觀及工業(yè)設(shè)計(jì)可以像商標(biāo)一樣快速實(shí)施到公司的大部分產(chǎn)品上，尤其是進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)的產(chǎn)品上，從而使用戶見(jiàn)到我們的產(chǎn)品就能想起公司，宣傳公司，擴(kuò)大公司的品牌影響力，是一筆巨大的無(wú)形資產(chǎn)。

薄板結(jié)構(gòu)平整度新的打平工藝可以快速推廣到幾乎所有產(chǎn)品，能迅速將我們的產(chǎn)品在用戶心目中提升到高端地位，提高產(chǎn)品的利潤(rùn)率，其應(yīng)用前景十分廣闊。

5.2 成本、經(jīng)濟(jì)效益分析

薄板結(jié)構(gòu)平整度在保證工藝、工裝及設(shè)備的投入使用中，不但能大大提高薄板件的平面度，提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量，而且能減小校平工作的技術(shù)難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，將工時(shí)縮短至現(xiàn)在的1/6 左右。目前一個(gè)5m 長(zhǎng)的司機(jī)室要完成校平需要16 個(gè)工時(shí)，公司正常運(yùn)轉(zhuǎn)一般有400 個(gè)5m 長(zhǎng)的司機(jī)室需要校平，能節(jié)約400×16×5/6=5333（工時(shí)），每個(gè)司機(jī)室能節(jié)省2 工時(shí)，全年400×2=800（工時(shí)）總節(jié)約工時(shí)費(fèi)約（5333+800）×30=183990元；每個(gè)司機(jī)室約能節(jié)省4kg 膩?zhàn)樱昙s400×4=1600 公斤，約合1600×64=102400 元，總計(jì)年節(jié)約資金約30 萬(wàn)。另外還有減重、提高產(chǎn)品檔次等隱性利潤(rùn)不可估算。

5.3 社會(huì)效益分析

本項(xiàng)目的研究能夠大大提高公司產(chǎn)品的檔次和企業(yè)形象，在提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作難度的同時(shí)還能節(jié)約工時(shí)和節(jié)約材料、提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)是時(shí)代和社會(huì)進(jìn)步的體現(xiàn)，是未來(lái)工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展必然趨勢(shì)，大型養(yǎng)路機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)要在未來(lái)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就必須在提高整機(jī)功能和可靠性的同時(shí)，從產(chǎn)品的形式、色彩、結(jié)構(gòu)、功能、名稱、材料等各個(gè)設(shè)計(jì)因素體現(xiàn)出人性化設(shè)計(jì)，為操作人員營(yíng)造更舒適、方便、美好的工作環(huán)境，滿足操作者的心理和個(gè)性的新需求，達(dá)到人物和諧，從而真正實(shí)現(xiàn)以人為本的目的[2]。此次薄板焊接校平工藝提升后，肉眼已經(jīng)無(wú)法看到大波浪變形和蘑菇變形，表面外觀平整提升明顯。通過(guò)電磁打平工藝加局部手工打平后，可以滿足平整度小于1mm/m 的技術(shù)要求，從而提高產(chǎn)品檔次和公司形象。（圖2）

圖2