C70E無調(diào)校自動焊半翻轉(zhuǎn)工藝裝備設(shè)計與運用

潘飛燕　陳旭　范亞鋒　王旺兵

【摘? 要】設(shè)計C70E角柱組對臺位工裝、正立面自動焊工裝、整體撓度鑲塊工裝、彈簧式撓度滾筒、半翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、半龍門懸臂式頂出氣缸機構(gòu)、配套自動焊正立面撓度軌道以及上下料裝置等，并將所有角柱組成工序結(jié)合到同一臺位上作業(yè)，取消組對、調(diào)直、天車吊運等工序內(nèi)容，同時克服了車間原有的調(diào)直機不能校直立面等缺點，使角柱組成的成型質(zhì)量得到大幅度提升。

【關(guān)鍵詞】角柱組成;撓度工裝;半翻轉(zhuǎn)機構(gòu);質(zhì)量提升

1? 前言

角柱組成是鐵路貨車的重要零部件之一，包括矩形橫截面方鋼結(jié)構(gòu)的角柱和沿方鋼一邊部分焊接一體的角柱板。角柱組成在制備組焊過程中沿長度方向在正面和側(cè)面兩個方向會產(chǎn)生6 mm～10 mm的焊接旁彎變形，需要在專用的調(diào)直設(shè)備上對角柱旁彎變形進行調(diào)直。受調(diào)直機設(shè)備影響，目前不能對兩個方向的變形同時進行調(diào)直;其加工過程工序內(nèi)容繁瑣，搗運次數(shù)多，勞動強度大，人工工時耗費較多，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

2? 角柱組成問題分析

2.1? 焊縫過長，受熱不均勻，應(yīng)力無法釋放

角柱組成焊縫為角柱板同角柱之間的雙面焊縫，單面長度為2 273 mm和2 282 mm，在焊接過程中熱量散發(fā)不均勻，極易產(chǎn)生變形（如圖3所示）。

2.2? 角柱結(jié)構(gòu)限制，不能正立面均調(diào)直

角柱組成結(jié)構(gòu)特性可以由圖1看出，其107 mm面（以下稱反面）屬于被角柱板擋住的無法調(diào)校面，車間現(xiàn)有的調(diào)直機為頂頭調(diào)直機，因此該結(jié)構(gòu)特性只能調(diào)校160 mm面（以下稱正面），且調(diào)校過程中全由操作者掌握，調(diào)校誤差大。

2.3? 下工序組裝困難

角柱組成正立面變形對組裝影響大（如圖2、圖3所示）。角柱組成是貼靠在車體的側(cè)墻上進行焊接使用的，角柱組成相對于側(cè)墻的平面度和直線度尤為重要，否則在組對焊接過程中，部分地方就會產(chǎn)生縫隙，無法進行組對焊接作業(yè)，成型難度大，焊縫質(zhì)量差。

3? 翻轉(zhuǎn)工藝裝備設(shè)計

3.1? 總體思路

單件流工序平面布局建立：建立一個取消調(diào)直工序，形成組對、焊接（正立面焊）、上料一體化“單臺位，多功能”的單件流工序的平面布局（如圖4、圖5所示）。

首先解決組對臺位零散現(xiàn)象：綜合考慮將組對臺位調(diào)整至自動焊臺位，在角柱和角柱板組對完成后，再將預(yù)制反變形融合進同一臺位，形成內(nèi)部工序流：組對→半龍門頂出氣缸壓緊預(yù)制反變形→點固正面→利用翻轉(zhuǎn)氣缸帶動角柱組成→點固立面→翻轉(zhuǎn)回正面完成自動焊接。形成預(yù)制撓度和組對工序內(nèi)容融合。

其次，搭配自動焊小車撓度軌道，使小車完成角柱組成正面焊縫的焊接→翻轉(zhuǎn)角柱組成→釋放夾緊裝置→利用傳送軌道傳送至角柱組成立面焊縫焊接臺位。

最后，立面焊縫焊接完成后，搭配使用下料傳送裝置對角柱組成進行存放，待到角柱組成自然冷卻后，預(yù)先壓制的反變形將會抵消正面和立面長焊縫的影響所帶來的焊接應(yīng)力變形，從而實現(xiàn)取消調(diào)校工序，提高角柱組成焊后成型質(zhì)量合格率。

3.2? 預(yù)制撓度臺位及組對臺位設(shè)計

通過采用預(yù)制反變形的方式來控制角柱組成在焊接中變形問題。首先考慮到角柱組成主要是集中在正面變形呈圓弧漫彎狀，因此首先考慮預(yù)制撓度臺位設(shè)置撓度鑲塊，其布置情況為呈中間高，兩端低（如圖6所示）;然后在兩端采用油缸進行壓制（如圖7所示），形成焊接變形反方向的撓度變形;并考慮設(shè)計角柱及角柱板的組對工裝糅合在預(yù)制撓度臺位上（如圖8所示）;由于預(yù)制撓度臺位上布置了中間高兩端低的撓度鑲塊，導(dǎo)致了角柱在平臺上的滑動輸送摩擦力過大，工作強度大，因此創(chuàng)新設(shè)計了新式彈簧式滾筒（如圖9所示），其主要效果在于該彈簧式滾筒處于自由狀態(tài)時，其最高點保持和撓度鑲塊最高點一致，保證了角柱組成運輸省力，當(dāng)兩端的油缸在往下壓制時，其彈簧式滾筒并不影響到角柱組成的整體撓度形成。

建立一套角柱組成組對/焊接/上下料存放等配套的工位制單件流生產(chǎn)線：角柱組對和正面焊縫在組對配套裝置上完成，角柱側(cè)面焊縫在側(cè)面自動焊配套裝置上完成;全部組對/焊接/上下料存放等配套裝置之間由專用滑動輥道連接。

3.3? 半翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計

設(shè)計翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，減小角柱組成翻轉(zhuǎn)過程中的勞動強度。由于角柱組成是雙面焊縫，需要人工翻轉(zhuǎn)后焊接背面焊縫，角柱組成重約：67.40 kg，所以綜合考慮設(shè)計機械自動翻轉(zhuǎn)（如圖10所示）

減小操作者勞動強度。

中部翻轉(zhuǎn)定位機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)定位組成通過翻轉(zhuǎn)水平基板與翻轉(zhuǎn)支撐臂支撐聯(lián)接固定，翻轉(zhuǎn)支撐臂與設(shè)置于工作臺面的固定支座鉸接，固定支座前端面設(shè)置有翻轉(zhuǎn)定位組成轉(zhuǎn)動的弧面。同時，翻轉(zhuǎn)支撐臂還與翻轉(zhuǎn)油缸頂頭驅(qū)動聯(lián)接，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動臂另一端與設(shè)置于工作臺下的翻轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動聯(lián)接。具體實現(xiàn)過程如圖11、圖12所示。

4? 成果驗證及主要創(chuàng)新點

C70E角柱組成無調(diào)校自動焊裝置的應(yīng)用，主要集中在以下幾個上面的創(chuàng)新：

（1）角柱組成整體預(yù)制反變形撓度的方式方法創(chuàng)新。通過提前設(shè)置反變形抵消角柱組成的焊后變形，將問題點前置化，提前優(yōu)化考慮，從而達到杜絕后續(xù)的難點問題。

（2）彈簧式撓度滾筒結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。通過彈簧的可收縮恢復(fù)特性，實現(xiàn)裝置的整體撓度不變，但又在裝置工作過程中，棍筒不會改變影響預(yù)制的撓度值。

（3）獨特的半翻轉(zhuǎn)裝置創(chuàng)新。配套使用快速夾緊裝置，實現(xiàn)角柱組成順時針翻轉(zhuǎn)90°，使操作者方便點固立面焊縫，同時操作者推出快速加緊裝置后，角柱組成便會通過立面導(dǎo)軌，從而移動到立面自動焊臺位，完成立面焊縫的焊接。

角柱組成無調(diào)校自動焊半翻轉(zhuǎn)裝置中角柱組對/焊接/半翻轉(zhuǎn)模式中，單一組對模式或焊接模式或半翻轉(zhuǎn)模式或兩兩組合模式可以借用于鐵路貨車系列車型中類似件的組對/焊接。