成組技術(shù)在鐵路棚車沖壓加工中的應用

宋碩，張幼民

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

1 鐵路棚車側(cè)板結(jié)構(gòu)尺寸及要求

鐵路棚車由大量的板材沖壓零件組成，側(cè)板是棚車表面重要的覆蓋件，其用量非常多。例如P70 型棚車側(cè)板1 計20 件，側(cè)板2 及側(cè)板3 各8 件。側(cè)板材質(zhì)均為鐵路貨車常用的熱軋耐候鋼板09CuPCrNI-A，板厚為2.3 mm，在其中部有長方形面包加強筋和細長條筋，側(cè)板對壓型精度并沒有特殊要求，只要符合鐵路貨車沖壓件通用技術(shù)條件即可，但由于側(cè)板需要與周邊零件組焊在一起，因此零件凸緣部分的翹曲不能過大。從結(jié)構(gòu)工藝性角度看側(cè)板屬于寬凸緣淺拉深件，為了減少側(cè)板壓型時的回彈現(xiàn)象和凸緣部位翹曲，壓型過程中需要有足夠大的壓邊力，采用大噸位液壓機讓零件充分壓靠達到整形的效果。側(cè)板1、側(cè)板2、側(cè)板3 的工作圖如圖1、圖2、圖3 所示。

圖1 側(cè)板1 工作圖

2 成組技術(shù)原理簡介

成組技術(shù)從提出到如今已經(jīng)歷了近50 年的發(fā)展和應用，作為一門綜合性的生產(chǎn)科學技術(shù)，它是計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機輔助制造和柔性制造系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

成組技術(shù)揭示和利用了客觀事物的相似性，按照一定的規(guī)則分類成組，對同組事物采用同樣方法進行處理，從而提高了效益?，F(xiàn)在一些國家把成組技術(shù)與計算機技術(shù)、自動化技術(shù)結(jié)合起來發(fā)展成為“柔性制造系統(tǒng)”，以獲得最大的經(jīng)濟效益。

成組技術(shù)的核心內(nèi)容是成組工藝，它是把結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近的零件組成一個零件族，按零件族制定工藝進行加工，從而擴大了生產(chǎn)批量、減少了品種、便于采用高效、節(jié)能的方法，提高了勞動生產(chǎn)率。

成組工藝實施的步驟為：1）零件按一定規(guī)則分類成組；2）制訂零件的成組加工工藝；3）設(shè)計成組配套工藝裝備；4）建立成組加工生產(chǎn)線。

3 棚車側(cè)板原有工藝分析

圖2 側(cè)板2 工作圖

圖3 側(cè)板3 工作圖

棚車側(cè)板的原有沖壓工藝過程是：1）板材經(jīng)過拋丸涂漆預處理工序后，用剪板機剪切成3 種尺寸的側(cè)板毛坯并校平；2）3 種側(cè)板各有專用的壓型模具，側(cè)板1、側(cè)板3 在40 000 kN 水壓機上壓型；而側(cè)板（2）在3 500 kN 油壓機上壓型；3）3 種側(cè)板各有專用的切邊模具，側(cè)板1、側(cè)板3 在20 000 kN 沖床上切邊，側(cè)板2 在8 000 kN 沖床上切邊，至此完成所有沖壓工序。

由于P70 型棚車是全國鐵路系統(tǒng)普遍使用的通用車型，每年生產(chǎn)量很大，側(cè)板的生產(chǎn)效率制約著整個車型的生產(chǎn)能力，在生產(chǎn)繁忙時側(cè)板往往成為瓶頸環(huán)節(jié)。按原有工藝組織生產(chǎn)需要占用4 臺大型沖壓設(shè)備，而這幾臺設(shè)備都是滿負荷運行的關(guān)鍵設(shè)備，此外工序間折返也需要較多生產(chǎn)人員，因此縮短其工藝路線，減少工序間運輸及對重要機床的占用，提高生產(chǎn)效率，成為生產(chǎn)中急需解決的難題。

4 棚車側(cè)板成組工藝方案的確定

對3 種側(cè)板認真觀察就會發(fā)現(xiàn)，零件之間有許多共同點，不僅材質(zhì)、板厚相同，零件寬度一樣，而且工件上面壓制成形的方塊面包筋、長條筋也完全相同?？梢哉f側(cè)板2、側(cè)板3 只是側(cè)板1 結(jié)構(gòu)中的一個組成部分。將側(cè)板2、側(cè)板3 拼合在一起，除去2 個面包筋，再加工一部分余料就能成為側(cè)板1。利用側(cè)板1 的壓型、切邊模具就可以將側(cè)板2、側(cè)板3 半成品生產(chǎn)出來，然后再增設(shè)1 套沖斷模具將其分割開來。多出的余料正好可以作為棚車外窗板的毛坯料，原材料也得到了充分利用。

側(cè)板成組技術(shù)生產(chǎn)新工藝為：

1）板材經(jīng)過拋丸涂漆預處理工序后，用剪板機剪切成側(cè)板通用（側(cè)板1）毛坯并校平。

2）側(cè)板通用毛坯使用側(cè)板1 壓型模具，壓型設(shè)備為40 000 kN 水壓機。側(cè)板1 正常壓型；準備生產(chǎn)側(cè)板2、側(cè)板3 的側(cè)板毛坯在壓型前，壓型模具需進行調(diào)整，卸掉中間2 個面包筋壓型凸模，壓制出缺少中間2 個筋包的半成品。

3）2 種側(cè)板半成品均使用側(cè)板1 切邊模具，在20 000 kN沖床上切邊，側(cè)板1 切去4 邊后加工為成品件，而側(cè)板2、側(cè)板3 半成品在切邊完成后送入下道工序。

4）側(cè)板2、側(cè)板3 半成品在8 000 kN 沖床上用專用沖斷模具沖為3 段，側(cè)板2、側(cè)板3 及中間方塊料各1 件，至此側(cè)板2、側(cè)板3 加工為成品件。側(cè)板2、側(cè)板3 沖斷前半成品示意圖見圖4。

圖4 側(cè)板2、側(cè)板3 半成品圖

5 成組工藝的技術(shù)經(jīng)濟效果

在原有工藝中，側(cè)板2 由于外形尺寸小，只能在3 500 kN 油壓機上壓型，受設(shè)備能力限制，工件時常出現(xiàn)成形不飽滿、凸緣部分翹曲嚴重等問題，成組加工后采用40 000 kN 水壓機壓型，由于設(shè)備噸位強大使工件壓靠時得到整形，工件成形精度高、質(zhì)量好。

在降低材料消耗方面，由于沖斷后得到的方塊料正好是外窗板的毛坯，也就是說成組工藝并未產(chǎn)生余料。而執(zhí)行原工藝時需要3 種毛坯料，每種毛坯料都有工藝余量。采用新的成組工藝方案只需投1 種毛坯料，減少了4個邊的余量，以每張板單邊工藝余量10 mm 計算，每張板可節(jié)省用料0.66 kg，以年產(chǎn)5 000 輛棚車計算，可節(jié)省板料26400 kg。此外，采用新方案還能減少人工費，減少物料運輸、水電氣的消耗等。

實踐證明,成組技術(shù)在鐵路棚車沖壓加工中得到了非常成功的運用，經(jīng)過大批量生產(chǎn)的考驗，成組工藝方法效率高、占用設(shè)備少，節(jié)約成本并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。該項技術(shù)創(chuàng)新作為鐵路貨車沖壓工藝設(shè)計中的范例，對行業(yè)今后的發(fā)展具有重要的參考價值和借鑒作用。