轨道车辆侧墙立柱的成形工艺优化

文/鲁万彪，范钦磊，陈培，金广强·中车南京浦镇车辆有限公司

侧墙钢结构主要是由侧墙立柱和横梁组焊成侧墙钢骨架，横梁穿过侧墙立柱与墙板塞焊组成，侧墙立柱压着横梁（图1）。侧墙立柱是在垂直方向上起着承载侧墙和车顶的重要部件，其与墙板的塞焊效果，直接影响车辆侧墙及关联内装结构安装的准确性和车体的强度。且侧墙立柱跟墙板配合处的平面度以及侧墙立柱的总宽，对侧墙组成后的平面度与窗口开档尺寸偏差均有直接影响。图2所示的侧墙立柱截面为帽形结构，壁厚2.5mm，宽度94mm，长度2136mm，长度方向上分布着3个阶梯形压窝区域和1个缺口均用于和横梁的配合，两侧面还分布着直径为φ25mm的圆孔。

成形工艺现状

图1 侧墙钢结构示意

侧墙立柱现有的生产工艺流程为：落料→冲铆螺母孔→压形→预处理→调形→组焊；压形后发现侧墙立柱下口的穿纵梁止口和纵梁配合时有5～7mm的间隙（图3），给后期的装配带来难度，由于压形过程材料有拉延，而且不同批次材质的拉延状况不一致。

根据现有调形工艺方法对侧墙立柱进行调形后，调形效果不理想，平面度绝大多数在2.5～3mm之间，而总宽甚至达到97mm，严重影响组装效果，开发新方法、新工艺迫在眉睫。

图2 侧墙立柱示意图

图3 侧墙立柱与横梁配合处间隙大

研究方案

针对现有状况，通过展开尺寸优化和调形工艺优化，使得侧墙立柱的成形质量得到提高，从而使其与横梁与墙板配合性更好，主要体现在以下两方面：

⑴优化侧墙立柱的展开下料尺寸，其特征在于可结合设计图纸和现有设备、模具、成形质量进行工艺分析，实现在压完形后侧墙立柱与横梁配合处间隙满足要求，使其下口与纵梁上平面配合处可焊，提高侧墙成形质量和后工序组装效率。

⑵提供一种调形工艺，其特征在于能够保证成形后，侧墙立柱与墙板的配合间隙满足工艺要求，总宽由原来的97mm减小到组装要求范围内，为后续侧墙组装工序提供保障。

改善措施

下料尺寸优化

⑴从侧墙立柱落料尺寸，成形过程进行工艺分析，认为缺口处间隙过大的主要原因在于板材的延伸性；不同批次的材料延伸率存在差异；同一根侧墙立柱的不同部位的延伸率也存在差异（例如：侧墙立柱带翻边位置由于有压边力，而不带翻边位置没有压边力导致两部位延伸率不同）。

⑵首先通过拉伸试验获得板料的力-位移曲线，通过数据处理计算，获得板料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、强度系数、应变硬化指数等力学性能参数见表1。由于本试验无法获得板料的弹性模量以及泊松比，故表1中板料的弹性模量和泊松比参考以前试验所得值。

⑶通过表1试验数据结合侧墙成形情况，对带翻边部位和不带翻边部位分别进行分析，修改展开下料尺寸，跟踪现场工艺试验最终确定侧墙立柱下料尺寸如图4所示。

调形工艺研究

首先，规范毛刺面向下，根据材料的机械性能，重新调整了压力，并对侧墙立柱外凸的部分加垫铜皮，局部修整模具凹坑等；但由于侧墙立柱开孔位置、不带翻边缺口位置和带翻边位置各处的材料拉伸力不同，回弹大小不一致，效果甚微。

表1 2.5mm板料试样的测试结果

图4 侧墙立柱下料图

随后，用油压机对侧墙立柱进行调形处理，虽然有了一定的效果，但是效果不明显。我们发现，在调形过程中，由于受到孔和缺口翻边的限制，只能对中间一小段进行调形，原有调形模具无法对侧墙立柱进行最大限度调形，调形的实际面积不及总长度的1/3，想要提高调形质量，就必须优化调形模具，增大调形面积。发现这一现象后，采用了如下的技术方案：

⑴调形工艺具体整改：在原有模具的基础上，简易设计，增加调形长度（图5），经现场试验简易模具对侧墙立柱的调形效果，单边的平面度有了明显的改善。

图5 前期简易设计图

⑵找到方向之后，为了进一步优化调形工艺，设计制作新的调形模具并在调形模具两端做特殊处理，最大化增大调形接触面积（图6）。

改善效果

图6 调形最新模具图

图7 侧墙立柱与纵梁配合效果图

通过对侧墙立柱的下料尺寸优化和调形工艺的研究，使侧墙立柱与纵梁配合处间隙提高到2mm（图7），使其下口与纵梁上平面配合处可焊。侧墙立柱与墙板配合处平面度也提高到1.5mm，总宽控制在91～94mm之间，符合后期组装效果。

结束语

通过以上两种工艺改进，最终提高了侧墙焊接质量和侧墙平面度，同时提高了后工序组装效率，降低了生产成本，目前这两种工艺创新已被广泛应用于铁路客车上。