探讨铝合金地铁车辆的生产制造工艺优化与改进

邱召林 李鹤 张建伟

摘要：文章主要是分析了唐山轨道客车车顶结构以及制造工艺，在此基础上讲解了其中存在的问题，最后提出了可行性的解决方案，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键词：铝合金;车顶;工艺改进;支撑工装

地铁是人们出行的重要交通工具，其的存在方便了人们的出行，有效缓解城市交通中的压力。当前我国对地铁轨道的设计爱水平、制造工艺的不断提升，地铁车辆中的种类也随之而增多。

1.车顶结构及制造工艺

唐山轨道客车有限责任公司制造了34辆地铁城轨车，动车、拖车各17辆，车体采用模块化设计，为全承载的鼓形断面，各大部件采用轻量化大断面中空挤压铝合金型材焊接而成，焊接方法为手工焊接和自动焊接，焊接形式为MIG焊和TIG焊，焊接质量执行EN15085标准。其中，车顶铝结构主要由边顶、圆弧顶、空调平台、端板及各种附件组成，車顶主要技术参数为：长度18976mm，宽度2596mm，内高416.5mm，圆弧顶弧度为R5000mm，边顶弧度R180mm。根据设计结构的特点，车顶组成采用先正装后反装的工艺流程（见图2）。由于采用车顶弧度R5000mm、边顶弧度R180mm及空调平台与车顶边梁插接的设计结构，且铝合金焊接变形量大，增加了车顶轮廓度和相对尺寸的制造难。检测首件车顶时发现工件存在轮廓度超差、附件安装位置不准确的问题，导致车顶弧度与端墙板弧度不匹配，增加了端墙板的修配量。并且，车顶与二次骨架、风道、上车线槽等内部安装发生干涉，增加了返修时间。车体由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室等部分组成。整个车体轮廓为筒形断面，能够充分利用限界并且有较强的承载能力。为了给车下部件提供安装接口，在底架下面设置了12排C型槽。车体采用大平顶结构，此种结构方便车顶设备布置，简化工艺过程;侧墙窗口下方设置了2个C型槽用于座椅的安装;侧顶上2处局部厚度加厚用于门机构的安装，车顶上设置了6排C型槽，用于内装骨架和设备的安装及固定。车体采用轻型高强度铝合金材料。所有型材采用6005A-T6，根据强度计算情况来选择板材的材料，高应力区选用6082-T6或7020-T6，低应力区选用5083-H111，所使用的铝合金其强度数据满足欧洲标准EN755-2要求，热处理工艺满足DINEN515标准的规定。车体总组成胎位在现有高速车车体组成胎位上改制，预制15mm挠度，在底架边梁上划出门口中心线和窗口中心线。组对分块侧墙的顺序是先组对I、II位端侧墙单元，以窗口中心为基准，依次组对其他侧墙单元，侧墙位置调整好后用支承固定侧墙单元，侧门口用夹具定位组装。调整车体内轮廓，并保证侧墙上部直线度全长在3mm以内。安装车顶，以门口中心为定位基准、兼顾两端与端角柱外侧面尺寸一致。组装端墙，门口按对中装车，上部与车顶端头配合处需现车进行研配。

2.原因分析及工艺改进

对生产过程中可能引起车顶超差的因素进行调研分析，确定原因为：①车顶组焊时支撑工装强度不够;②缺少精确的附件安装控制手段;③组装工艺参数不完善。针对这些原因，制定了具体的工艺改进方法如下：（1）更改车顶支撑工装结构。车顶支撑工装最初设计时调整丝杠在整个支撑的中间位置，且丝杠嵌入支撑主体钢管的部分较短，由于焊接时变形产生强大的内应力，造成车顶支撑特别是丝杠处弯曲严重，不能起到支撑车顶的作用，因此在原有基础上对车顶支撑进行改造。将调整丝杠改到支撑的一侧，并加长丝杠嵌入支撑主体钢管的长度，以加强支撑刚度。更改后的支撑工装，在车顶反面焊接完成后基本不再产生弯曲变形，能够起到预防车顶过窄的作用;（2）增加附件安装样板。由于车顶为弧形断面，且无梁柱作为参照，车顶附件定位尺寸用传统的划线方式经常需要反复核对，操作繁琐、耗时较长，容易出现位置不准确的问题。为此，研制了空调支座安装样板、空调平台滑槽安装样板、空调平台端子安装样板、车顶边梁端子安装样板。样板设计、制作时充分考虑了各个定位尺寸的保证方法及具体操作的实用性，所以经改进的样板精确性高、便捷性好，在满足精度要求的基础上简化了安装工艺，提高了生产效率;（3）调整组装工艺参数。经过对首件尺寸的检测，考虑工件变形的特征，对工装及工件的工艺放量进行调整：①车顶正装组装时，在工装上预制出3mm宽度方向的工艺放量;②车顶反装焊接前，采用车顶横向支撑将车顶宽度尺寸撑出理论值8mm;③焊接完毕后，必须待工件冷却到室温后方可松开压紧、去掉配重，以保证预制反变形等可以完全起到作用。

3.工艺验证

经过以上工艺改进，车顶的轮廓度及附件安装精度得到有效控制。通过改进前后的工艺对比数据，可以看出改进效果良好，车顶各测量值在公差要求范围内，车顶工件能够满足图纸技术要求。（1）将工艺改进前的车顶工件和改进后随机抽取的车顶工件的测量值做对比分析，结果如图3所示。由工艺改进后车顶宽度测量表中的数据可以看出，10个测量点的宽度值都满足车顶宽度2596-3+3mm的技术要求;（2）工艺改进前后车顶内高对比情况如图4所示。工艺改进后车顶内高测量表中的数据显示，车顶内高控制在±2mm以内;3）工艺改进前后车顶弧度对比情况如图5所示。工艺改进后车顶弧度测量表中的数据表明，车顶圆弧度与样板间隙控制在3mm内。

4.结束语

由上可知，在车定制造的过程中，可以通过改进工艺大幅度降低车顶盖圆弧度的内应力，同时能够有效控制到组装完成后地铁顶部的元弧度，确保到车辆运行的安全性。

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