潘飛燕　陳旭　范亞鋒　王旺兵

【摘? 要】設(shè)計(jì)C70E角柱組對(duì)臺(tái)位工裝、正立面自動(dòng)焊工裝、整體撓度鑲塊工裝、彈簧式撓度滾筒、半翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、半龍門懸臂式頂出氣缸機(jī)構(gòu)、配套自動(dòng)焊正立面撓度軌道以及上下料裝置等，并將所有角柱組成工序結(jié)合到同一臺(tái)位上作業(yè)，取消組對(duì)、調(diào)直、天車吊運(yùn)等工序內(nèi)容，同時(shí)克服了車間原有的調(diào)直機(jī)不能校直立面等缺點(diǎn)，使角柱組成的成型質(zhì)量得到大幅度提升。

【關(guān)鍵詞】角柱組成;撓度工裝;半翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);質(zhì)量提升

1? 前言

角柱組成是鐵路貨車的重要零部件之一，包括矩形橫截面方鋼結(jié)構(gòu)的角柱和沿方鋼一邊部分焊接一體的角柱板。角柱組成在制備組焊過程中沿長度方向在正面和側(cè)面兩個(gè)方向會(huì)產(chǎn)生6 mm～10 mm的焊接旁彎變形，需要在專用的調(diào)直設(shè)備上對(duì)角柱旁彎變形進(jìn)行調(diào)直。受調(diào)直機(jī)設(shè)備影響，目前不能對(duì)兩個(gè)方向的變形同時(shí)進(jìn)行調(diào)直;其加工過程工序內(nèi)容繁瑣，搗運(yùn)次數(shù)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工工時(shí)耗費(fèi)較多，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

2? 角柱組成問題分析

2.1? 焊縫過長，受熱不均勻，應(yīng)力無法釋放

角柱組成焊縫為角柱板同角柱之間的雙面焊縫，單面長度為2 273 mm和2 282 mm，在焊接過程中熱量散發(fā)不均勻，極易產(chǎn)生變形（如圖3所示）。

2.2? 角柱結(jié)構(gòu)限制，不能正立面均調(diào)直

角柱組成結(jié)構(gòu)特性可以由圖1看出，其107 mm面（以下稱反面）屬于被角柱板擋住的無法調(diào)校面，車間現(xiàn)有的調(diào)直機(jī)為頂頭調(diào)直機(jī)，因此該結(jié)構(gòu)特性只能調(diào)校160 mm面（以下稱正面），且調(diào)校過程中全由操作者掌握，調(diào)校誤差大。

2.3? 下工序組裝困難

角柱組成正立面變形對(duì)組裝影響大（如圖2、圖3所示）。角柱組成是貼靠在車體的側(cè)墻上進(jìn)行焊接使用的，角柱組成相對(duì)于側(cè)墻的平面度和直線度尤為重要，否則在組對(duì)焊接過程中，部分地方就會(huì)產(chǎn)生縫隙，無法進(jìn)行組對(duì)焊接作業(yè)，成型難度大，焊縫質(zhì)量差。

3? 翻轉(zhuǎn)工藝裝備設(shè)計(jì)

3.1? 總體思路

單件流工序平面布局建立：建立一個(gè)取消調(diào)直工序，形成組對(duì)、焊接（正立面焊）、上料一體化“單臺(tái)位，多功能”的單件流工序的平面布局（如圖4、圖5所示）。

首先解決組對(duì)臺(tái)位零散現(xiàn)象：綜合考慮將組對(duì)臺(tái)位調(diào)整至自動(dòng)焊臺(tái)位，在角柱和角柱板組對(duì)完成后，再將預(yù)制反變形融合進(jìn)同一臺(tái)位，形成內(nèi)部工序流：組對(duì)→半龍門頂出氣缸壓緊預(yù)制反變形→點(diǎn)固正面→利用翻轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)角柱組成→點(diǎn)固立面→翻轉(zhuǎn)回正面完成自動(dòng)焊接。形成預(yù)制撓度和組對(duì)工序內(nèi)容融合。

其次，搭配自動(dòng)焊小車撓度軌道，使小車完成角柱組成正面焊縫的焊接→翻轉(zhuǎn)角柱組成→釋放夾緊裝置→利用傳送軌道傳送至角柱組成立面焊縫焊接臺(tái)位。

最后，立面焊縫焊接完成后，搭配使用下料傳送裝置對(duì)角柱組成進(jìn)行存放，待到角柱組成自然冷卻后，預(yù)先壓制的反變形將會(huì)抵消正面和立面長焊縫的影響所帶來的焊接應(yīng)力變形，從而實(shí)現(xiàn)取消調(diào)校工序，提高角柱組成焊后成型質(zhì)量合格率。

3.2? 預(yù)制撓度臺(tái)位及組對(duì)臺(tái)位設(shè)計(jì)

通過采用預(yù)制反變形的方式來控制角柱組成在焊接中變形問題。首先考慮到角柱組成主要是集中在正面變形呈圓弧漫彎狀，因此首先考慮預(yù)制撓度臺(tái)位設(shè)置撓度鑲塊，其布置情況為呈中間高，兩端低（如圖6所示）;然后在兩端采用油缸進(jìn)行壓制（如圖7所示），形成焊接變形反方向的撓度變形;并考慮設(shè)計(jì)角柱及角柱板的組對(duì)工裝糅合在預(yù)制撓度臺(tái)位上（如圖8所示）;由于預(yù)制撓度臺(tái)位上布置了中間高兩端低的撓度鑲塊，導(dǎo)致了角柱在平臺(tái)上的滑動(dòng)輸送摩擦力過大，工作強(qiáng)度大，因此創(chuàng)新設(shè)計(jì)了新式彈簧式滾筒（如圖9所示），其主要效果在于該彈簧式滾筒處于自由狀態(tài)時(shí)，其最高點(diǎn)保持和撓度鑲塊最高點(diǎn)一致，保證了角柱組成運(yùn)輸省力，當(dāng)兩端的油缸在往下壓制時(shí)，其彈簧式滾筒并不影響到角柱組成的整體撓度形成。

建立一套角柱組成組對(duì)/焊接/上下料存放等配套的工位制單件流生產(chǎn)線：角柱組對(duì)和正面焊縫在組對(duì)配套裝置上完成，角柱側(cè)面焊縫在側(cè)面自動(dòng)焊配套裝置上完成;全部組對(duì)/焊接/上下料存放等配套裝置之間由專用滑動(dòng)輥道連接。

3.3? 半翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，減小角柱組成翻轉(zhuǎn)過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于角柱組成是雙面焊縫，需要人工翻轉(zhuǎn)后焊接背面焊縫，角柱組成重約：67.40 kg，所以綜合考慮設(shè)計(jì)機(jī)械自動(dòng)翻轉(zhuǎn)（如圖10所示）

減小操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

中部翻轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)定位組成通過翻轉(zhuǎn)水平基板與翻轉(zhuǎn)支撐臂支撐聯(lián)接固定，翻轉(zhuǎn)支撐臂與設(shè)置于工作臺(tái)面的固定支座鉸接，固定支座前端面設(shè)置有翻轉(zhuǎn)定位組成轉(zhuǎn)動(dòng)的弧面。同時(shí)，翻轉(zhuǎn)支撐臂還與翻轉(zhuǎn)油缸頂頭驅(qū)動(dòng)聯(lián)接，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)臂另一端與設(shè)置于工作臺(tái)下的翻轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)聯(lián)接。具體實(shí)現(xiàn)過程如圖11、圖12所示。

4? 成果驗(yàn)證及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

C70E角柱組成無調(diào)校自動(dòng)焊裝置的應(yīng)用，主要集中在以下幾個(gè)上面的創(chuàng)新：

（1）角柱組成整體預(yù)制反變形撓度的方式方法創(chuàng)新。通過提前設(shè)置反變形抵消角柱組成的焊后變形，將問題點(diǎn)前置化，提前優(yōu)化考慮，從而達(dá)到杜絕后續(xù)的難點(diǎn)問題。

（2）彈簧式撓度滾筒結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。通過彈簧的可收縮恢復(fù)特性，實(shí)現(xiàn)裝置的整體撓度不變，但又在裝置工作過程中，棍筒不會(huì)改變影響預(yù)制的撓度值。

（3）獨(dú)特的半翻轉(zhuǎn)裝置創(chuàng)新。配套使用快速夾緊裝置，實(shí)現(xiàn)角柱組成順時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°，使操作者方便點(diǎn)固立面焊縫，同時(shí)操作者推出快速加緊裝置后，角柱組成便會(huì)通過立面導(dǎo)軌，從而移動(dòng)到立面自動(dòng)焊臺(tái)位，完成立面焊縫的焊接。

角柱組成無調(diào)校自動(dòng)焊半翻轉(zhuǎn)裝置中角柱組對(duì)/焊接/半翻轉(zhuǎn)模式中，單一組對(duì)模式或焊接模式或半翻轉(zhuǎn)模式或兩兩組合模式可以借用于鐵路貨車系列車型中類似件的組對(duì)/焊接。