铝合金车体零部件加工变形分析及其解决方案分析

铝合金车体零部件加工变形分析及其解决方案分析

彭伟坤 刘伟义

青岛中车四方轨道车辆有限公司 山东省青岛市 266000

摘要：在对轨道交通车辆铝合金车体的实际结构和相关零部件进行加工的过程中，为了能够减少其变形缺陷，同时更好的分析铝合金车体零部件加工原因与变形情况，通过利用工装保证发、自动寻边法等对铝合金车体零部件加工所出现的变形缺陷进行有效解决。本文针对铝合金车体零部件加工变形分析及其解决方案进行深入性的分析与探究。

关键词：铝合金；车体零部件；加工变形；解决方案

由于在加工轨道交通车辆铝合金车体的机械的过程中，车体型材、加工工艺等内容所存在的缺陷以及不足都会使加工精度不够精准，降低加工效率。

1.车体零部件变形种类及其原因

1.1型材在挤压成形过程中产生的变形

在挤压过程中，铝合金型材会发生一些缺陷，通常情况下将其缺陷主要分为形位尺寸缺陷、表面缺陷和内部组织缺陷等，对车体加工而言，形位尺寸的缺陷影响最大。其缺陷一般是尺寸无法符合相关标准与要求，处于不合格，平面会出现弯曲等情况，对车体零部件机械加工造成严重的不利影响，也是其主要影响因素之一^[1]。此类缺陷的主要引发因素为以下几点：（1）当对型材进行不断挤压逐渐成型的过程中，会严重导致力偶型金属流速形成扭拧；（2）模型设计不良，从而导致槽孔工作带无法合理分配宽度；（3）加工精度低，严重影响平面度和轮廓度。为了能够确保能够有效提高加工的进度和其效率，零部件的差异性会对造成不同的影响因素。例如，门立柱以及司机室的小变量的长度相对较小，需要对扭拧度进行详细的考虑，而地板、侧墙等需要对平面度等进行考虑。

1.2焊接所引起的变形

圆顶、地板等相关结构主要是通过多个不同的小模块材料组合而成，因此，在对其进行机械加工前，应当利用焊接的方式使多个小模块材料组合拼装成为一个较大的构件。在具体进行焊接时，因焊接所出现的变形是无法避免的，其表现的明显现象主要发生在长形构件和大平面构件上，从而严重影响构件的平面度和轮廓度。在焊接工件时，会导致沿焊缝垂直方向上出现变形、收缩等情况，使两端或四周出现变形，此种变形严重影响机加工，尽量在实际加工时消除此种情况。

1.3产品技术要求的变形

在制造车辆时，应当对车体自重和载重进行深入性的分析与思考，避免影响车体，使其发生下挠^[2。通常情况下，在实际生产加工时增加预制挠度，其目的主要是 为了在其承受垂向载荷时能够有效的避免下挠情况，从而保证车辆能够具备较高的使用性能，确保车辆的安全性与稳定性。为了能够提高车辆强度，应当更好地进行车体预置挠度，而预置挠度的主要核心部件为地板和侧墙。在相关技术中，对地板和侧墙提出了相应的要求，两者在机加工前需要预置相应的挠度，但是也会因此而影响机加工的构成。正因如此，需要通过有效的相关措施在机加工时减少对加工精度准确性的影响。

2.型材变形的解决方案

2.1自动寻边法

自动寻边法主要是通过采用数控机床的自动探头对工件表面Z/Y方向高度值的具体分布位置点进行自动获取，同时将其在计算机中进行存储，再实际加工过程中，需要按照所获得大高度值自动补偿工件平面Z/Y方向的加工数据，从而形成自动寻边方法。此种方式主要是为了能够有效的降低Z/Y方向在加工过程中所产生的误差，避免过切^[3。通常情况下，自动寻边法在大部件的加工中广泛应用，例如地板等方面的加工中。相对较大的部件的轮廓度和平面度方面会十分容易发生变形，从而对C型槽和孔的加工的精准度造成影响，而自动寻边法能够针对此种变形问题进行良好的解决。另外，自动寻边法具备了较高的应用价值与优势：（1）能够对大面积加工的精准度进行保障，从而能够减少人工打磨量，提高经济效益，降低成本投入。（2）能够通过将X和Y方向的探点值当做基础定位标准，从而能够有效加强盲孔和通孔的加工精准度。而其也存在一定的不足之处：（1）在实际加工过程中，需要对加工碎屑等问题进行及时清理；（2）所需要耗费的时间较长；（3）无法将型材本身所引发的变形进行消除。

2.2工装保证法

工装保证法主要是利用工装夹装工件，在此同时通过夹紧力和定位装置校正工件所存在的变形。由于加工中心的工装具备较高的优势，能够确保锁死功能的同时具备了夹装的精准度，能够满足一切工装保证法的技术需求。

工装保证法再加工车体小部件十分适合，包括司机室小边梁、侧墙立柱等。在加工地板底架边梁等大部件的情况下，当长度满足22米左右时，所采用的工装分布呈现间隔，其数量通常为10组左右，并且，组与组之间能够达到3米左右的最大间距，因此，无法通过工装保证法的方式变形校正。工装保证法具备了较高的优点，包括（1）针对尺寸较小的零部件和工量较少的零部件十分合适；（2）能够更好的矫正存在缺陷的小部件；（3）在确保加工精准度时可以根据工装对工件的加紧与锁死进行提高。此方式存在一定的不足之处，例如：无法校正大部件的变形情况、针对大部件的精度无显著作用。

2.3试切法

试切法主要是对于通过多次逐渐切削的方式对需要加工的零部件进行切削，确保能够符合加工的相关标准以及要求的一种方式。对于车体零部件的部分部位，需要具备过高的加工精度，因此在实际加工过程中较为不易，并且，因为存在变形缺陷，导致加工难度不断提高。例如，在加工底架边梁和车顶边梁门框的情况下，不仅需要具备较高的精准度，切探点较为困难。对于此种情况，单凭利用工装和正常加工方式是不能够确保加工的精度足够精准，而通过利用试切法能够对此种问题进行良好的解决。例如，在对门框等相关部位进行加工时，不利用一次下刀加工的方式达到相关要求的位置中，而是通过逐次切削的方式进行，通过渐进式的方式将其符合达到加工位置，从而完成加工。试切法所具备的优点包括：（1）在实际操作时，更加适用于具备丰富经验的机床操作人员，能够提高加工效率，同时能够满足对精度的相关要求。（2）在实际操作过程中具备了十分方便的操作，可操作性较高，无需要切屑进行清理。其缺点包括，对操作人员的个人经验有较高的要求，需要消耗一定的时间；针对需要大面积加工的零件不可采用此方式，例如地板、侧墙等。

2.4加工余量法

加工余量法主要是通过利用实际加工尺寸低于理论加工尺寸，通过留有一定的加工余量的方式。为了能够确保零件在实际装配过程中具有一定的便捷性，针对孔和槽的实际加工尺寸与理论加工尺寸相比下，大于0.5mm以内，切不采用加工余量法，除此之外，对于车体零部件，例如形腔筋、C型筋等零部件的加工，由于实际加工尺寸小于理论尺寸，因此，在实际加工时可以通过加工余量法进行。加工余量法主要是为了能够更好的防止对由型材本身、焊接等变形情况影响加工精度。并且，也是为了能够防止过切。加工余量法的优势在于（1）能够对加工效率进行更好的提高，对产能不足的情况进行更好的缓解；（2）对于交叉的加工角度和无法进行加工的部位更加适用。其缺点主要在于：针对对加工精度有较高要求的位置无法适用；使人工打磨成本增加。

结束语：

综上所述，为了能够更好的确保不同零部件和不同变形缺陷的相关问题，需要通过实际经验，更好的分析轨道交通车辆铝合金车体零部件变形的实际因素，确保零件加工的精准度。

参考文献：

[1]韩如冰,刘凯,刘俊,等.铝合金车体零部件加工变形分析及其解决方案[J].城市轨道交通研究,2020,23(4):28-31.

[2]姜中辉,王建,杨艳群.A型铝合金车体扭拧变形控制[J].机车车辆工艺,2019(6):27-30.

[3]王亚东.高速列车铝合金焊接接头裂纹的扩展行为[D].甘肃:兰州理工大学,2018.