铁路货车端墙柔性化组焊夹具开发与应用

铁路货车端墙柔性化组焊夹具开发与应用

李成东李义楠

李成东李义楠

中车齐车集团货车分厂黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：铁路货车生产品种众多，以往端墙组焊采用刚性固定夹具，更换一个品种需更换一套夹具，存在夹具准备周期过长、利用率低、生产成本高等问题。通过本课题的研究，实现铁路货车端墙组焊夹具柔性化，目的是要适应多品种、小批量、快节奏市场变化要求，实现不同车型间的快速转产、降低制造成本，并为我国铁路货车生产采用柔性夹具提供理论和实践指导。

关键词：铁路货车端；柔性化技术；焊夹具；开发应用策略

1引言

随着市场竞争日趋激烈，铁路货车多品种、小批量、快节奏的市场需求逐渐明朗，有限市场份额的竞争日趋激烈，要求企业要以最快的速度、最低的成本，实现不同型号货车的转产，传统意义上的质量、价格竞争已经细化到影响产品质量、成本以及响应速度的夹具。以齐车公司为例，夹具采用专用性强的刚性固定形式，更换一个品种需更换一套夹具，中重型夹具的设计时间为一天，制造周期为一天，现场安装调试时间为一天，每次转产所涉及的夹具制造费用平均为万元左右。夹具作为铁路货车制造中最重要的环节之一，其柔性化程度和自动化水平直接影响到企业的市场响应能力和生产效率，是关系到企业生存的关键因素之一。因此，实现铁路货车夹具系统的柔性化迫在眉捷。

2柔性制造技术的概念

随着社会发展和生活水平的逐渐提高，社会对于产品多样化和成本制造有着更多的要求。而传统的大批量生产模式已经不能够全方位地满足市场对于多品种和小批量的生产要求，大批量的生产时代正在这个过程中逐渐来临，并被越来越多的动态变化生产模式所取代。而一个企业如果要从根本上提高其竞争能力和生存能力，那么势必也就需要在较短的周期内生产出成本更低的产品。而在众多产品中，柔性产品已经发挥了非常重要的作用。英国的莫林斯公司已经率先提出了“柔性制造系统”的概念[1]。这种“柔性制造系统”的概念是对一些低成本生产方法的总称。“柔性”本身是“刚性”的反义词，主要包括范围柔性、反应柔性和状态柔性三种概念。从众多文献中可以看到，至少可以列举出不少有关柔性的概念，从而使得完整的柔性概念能够在最短的时间内被提起。

柔性制造系统是一种运用系统工程、成组技术和机电一体化技术，使多品种、小批量生产达到整体优化的自动化加工手段。柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为世纪机构制造业的主要生产模式。

3柔性制造技术与夹具之间的关系

柔性夹具是随柔性制造系统和计算机集成制造系统的发展应运而生的。柔性化的着眼点主要在机床和夹具两个方面，而组合夹具又是夹具柔性化的重点。组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件，按工件的加工要求组装而成的夹具。由于组合夹具使用完毕后，可以拆卸、重新组装新的夹具，因此，组合夹具的应用非常普遍，尤其适合于多品种、中小批量的生产。采用FMS技术意味着制造和装配线不受零件生产的限制，而真正柔性制造的最大障碍是夹具过分专用、不可调整、不能迅速自动更换。因此，柔性制造系统要有名符其实的柔性，夹具也必须是柔性的。在柔性制造过程中，夹具的高效、快捷、高质量设计是满足多品种中小批量生产的重要保证[2]。

70年代之后，我国的电子技术、计算机技术、通信技术和其他种类的技术也在整个过程中全面发展。而机床加工技术也在整体生产的过程中被广泛的应用。而随着信息集成技术、先进制造技术和管理技术为整体柔性制造技术提供可靠的支撑，国外在发展的过程中已经把开发新产品作为最为有效的手段。但在80年代发展的过程中谈到了关于加工不同种类产品的技术，而其中最主要的原因就是专用的夹具在整个制造系统中发挥了重大的作用，并由此真正突破了柔性的瓶颈。而随着制造业竞争的逐渐夹具，在机械制造的过程中尤其需要融入柔性的变化。而柔性本身作为一种衡量质量、成本和生产率的工作在开发的过程中发挥了很重要的作用。

4铁路货车端柔性化组焊夹具的开发与应用

4.1前期基础试验工作

前期在采用孔槽相结合的设计理念的基础上来对夹具的形式和功能进行全面的归类。之后再根据模块化单元、夹紧单元、定位单元和支撑单元的相关要求来全面适应多种类型工艺装备的同一种要求。而真正结构形式不同的夹具只需要通过专门的零部件模块的组合来全面调整实现。并在之后同步配套的基础设施的柔性化，从而使得整体工艺流程能够始终处于较好的范围内。

4.2柔性夹具设计技巧

本着柔性化的设计原则，采用模块化的设计方法，对货车端墙组焊夹具结构进行分析，将具有共性的零部件进行简化和系列化，经过优化设计后成为具有独立功能的通用件，利用计算机辅助设计和数据库管理技术，将其结构实形完整绘制后作成图块，形成一个专用于组焊夹具的标准数据库，同时建立通用件、购件等多个参数库，在设计时直接以模块方式调用插入到设计图纸中。

5端墙柔性化组焊夹具评价应用

5.1实际效果

现在端墙柔性组焊夹具分别通过设备验证和工艺验证，并开始正式使用。目前，该夹具已在敞车、澳大利亚力拓运煤敞车、级不锈钢漏斗车等产品试制或批量生产中使用，经过长时间、多品种的运用考验，验证析架结构采用套筒式伸缩梁的组合新结构自动化程度高、使用可靠、系统稳定、操作及维护简单，能够保证铁路货车端墙制造质量、提高效率、降低成本、缩短转产周期。

5.2经济效益评价

5.2.1提高夹具重复利用率，降低转产准备费用

提高夹具重复利用率，降低转产准备费用夹具柔性化应用将使夹具单元重复利用率从目前的不足阶段性上升至以上，若夹具制造总费用万元，每年转产次计算，每一年夹具柔性化应用可节约夹具制造费用约万元次一次年万元[3]。

5.2.2缩短转产准备周期，促进生产能力提升

夹具设计资源共享和部件单元的通用化应用，可以实现夹具标准化设计与制造，摆脱对经验设计的依赖，减少设计、验证、完善与改进的重复环节，使夹具设计、制造与管理中的重复性无谓工作大幅度减少，从而缩短夹具设计、制造和现场调整周期，特别是现场调整周期的缩短将使有效工作日增加，年度生产能力提高，直接促动企业经济效益提升。

5.2.3减少夹具上、下场工作量，降低夹具库存损耗

夹具重复利用率提高将使转产夹具准备工作量与运输工作量减少，转产人工及运输费用有效降低。

6结语

铁路货车端墙柔性化技术在适应不同车型的不同转产的过程中一直都发挥着很大的作用。本文从柔性制造技术的概念入手，再分别就铁路货车端柔性化组焊夹具的开发应用以及端枪柔性化组焊夹具评价应用两个方面进行全面地研究和分析，希望能够在之后为大家提供更多的参考意见。

参考文献：

[1]屈金山，李治，王元良.基于模糊推理的CO2自动跟踪系统研究[J].2016（3）：25-29.

[2]唐林，邹慧君.机械产品方案的现代方法及发展趋势[M].机械科学，2017（3）：28-34.

[3]袁红兵，黄新燕，李小宁等.制造柔性的概念框架及其度量[J].高技术通讯，2017（3）：12-16.