機(jī)車(chē)用特殊曲面下料成形拼接及檢測(cè)工藝研究

本文對(duì)高寒機(jī)車(chē)用3mm厚的S355鋼板多曲面角板進(jìn)行了下料-成形-拼接-檢測(cè)，結(jié)果表明，通過(guò)三維模擬提取，實(shí)現(xiàn)了多種曲面構(gòu)件的下料拼接成形及檢測(cè)，且此種拼接方式能夠保證曲面的密封性。在當(dāng)今市場(chǎng)環(huán)境下，機(jī)車(chē)訂單多為小批量、多品種，且客戶(hù)的定制化需求增加，每一種曲面都進(jìn)行開(kāi)模制造使成本極大增加。應(yīng)用CATIA線框與曲面設(shè)計(jì)中的提取功能對(duì)多曲面結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行提取-展開(kāi)-放樣，并根據(jù)曲面的形狀進(jìn)行曲面檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)、拼接工裝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型曲面的制造，保證性能、節(jié)約成本。本文采用此種方式為機(jī)車(chē)用特殊曲面的制作提供了另外一種思路。角板成形結(jié)構(gòu)分析整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)主要由4～8mm鋼板通過(guò)折彎壓型組焊為箱形結(jié)構(gòu)來(lái)形成整體承載結(jié)構(gòu)。為了在結(jié)構(gòu)變化劇烈的拐角處降低應(yīng)力集中同時(shí)也為保證外形美觀，在窗口兩側(cè)角立柱、頂部以及左右側(cè)墻上弦梁三個(gè)面交匯處設(shè)計(jì)了一塊4mm厚的壓型三維曲面角板平滑過(guò)渡，如圖2所示，該角板連接了司機(jī)室前墻、頂部和側(cè)墻，起到了承上啟下的作用，同時(shí)對(duì)該角板的制造提出了很高的要求。圖1司機(jī)室整體結(jié)構(gòu)中角板位置示意圖圖2角板示意圖（側(cè)面、正面、三維）左右角板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)角板前面與司機(jī)室前墻為一個(gè)平面，側(cè)面與左右側(cè)墻角度一致，下部與前窗左右角立柱的大圓弧相接，為了銜接這些平面和圓弧在角板的過(guò)渡處設(shè)計(jì)出了一個(gè)三維曲面，該曲面成為工藝難點(diǎn)。(1)難點(diǎn)1：成形困難。該工件為平面曲面結(jié)合，通過(guò)一般的通用設(shè)備無(wú)法成形，如果使用沖壓整體成形則存在模具費(fèi)用高和制造周期長(zhǎng)，對(duì)于小批量試制車(chē)顯然不合適。(2)難點(diǎn)2：整體成形與檢測(cè)困難。雖然角板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是通過(guò)工藝分析，利用車(chē)間現(xiàn)有的設(shè)備，通過(guò)工藝拆分、整合可以實(shí)現(xiàn)角板的成形與檢測(cè)。角板的制作通過(guò)對(duì)該工件的分析該件可以通過(guò)拆分來(lái)簡(jiǎn)化工藝，通過(guò)分塊使原本整體成形的工件對(duì)規(guī)則部分分割，最后不規(guī)則的三維曲面通過(guò)雅高來(lái)成形。具體拆分有兩種方案。方案1具體操作是利用CATIA三維軟件，對(duì)設(shè)計(jì)輸出的三維模型讀入，通過(guò)運(yùn)用創(chuàng)成式外型設(shè)計(jì)中的多重提取工具提取所需曲面再通過(guò)合并工具合并提取的面，為后續(xù)的加厚做準(zhǔn)備，提取好所有的面后轉(zhuǎn)換到零件建模環(huán)境中，通過(guò)加厚曲面功能把曲面加厚到設(shè)計(jì)圖紙的尺寸，這樣就完成了角板的拆分以及與其他部件的合并。同理對(duì)三維曲面部分也做同樣的操作，并利用三維軟件的展開(kāi)功能繪制了展開(kāi)圖，完成了整個(gè)角板的拆分，如圖3所示。圖3角板拆分整合示意圖方案2具體操作也是利用CATIA三維軟件對(duì)其進(jìn)行拆分，拆分后不將規(guī)則部分與其他部分進(jìn)行整合，如圖4所示。圖4角板拆分示意圖多曲面檢測(cè)檢測(cè)原理由于曲面為不規(guī)則尺寸，為了后續(xù)對(duì)三維曲面的檢查方便，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了檢測(cè)工裝，可以檢查曲面在實(shí)際安裝后的所有位置并對(duì)曲面的形狀進(jìn)行檢查。檢測(cè)工裝工裝的設(shè)計(jì)同樣應(yīng)用三維軟件的強(qiáng)大建模功能，根據(jù)前面分割完成的角板提取出的曲面，以此為基礎(chǔ)展開(kāi)工裝設(shè)計(jì)。如圖5所示，首先新建一個(gè)裝配文件導(dǎo)入完成分割的曲面，根據(jù)需要工裝零件的數(shù)量建立多個(gè)零件文件，利用軟件在裝配環(huán)境下的建模功能充分利用已有的曲面數(shù)據(jù)，圍繞該曲面需要檢查的部分進(jìn)行工裝設(shè)計(jì),逐步細(xì)化每一個(gè)零件最終完成了檢測(cè)工裝的設(shè)計(jì)，利用鏡像功能完成對(duì)側(cè)曲面的工裝設(shè)計(jì)。圖5三維面檢測(cè)工裝示意圖曲面組對(duì)焊接第一種拆分方案：將角板平面部分整合組對(duì)，如圖6所示。圖6整合后組焊示意圖組對(duì)工藝將鋼結(jié)構(gòu)整體組對(duì)完成以后，前墻和側(cè)墻相接部分就剩三維曲面部分，將雅高機(jī)壓好并經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的三維曲面部分安裝到圖6所示位置，拼接時(shí)保證角板與側(cè)墻、前墻規(guī)則部分組對(duì)間隙研割均勻2～3mm，角板側(cè)面平，前面平，上面平；保證角板與前墻不規(guī)則圓弧部分圓滑過(guò)渡，留2mm間隙。點(diǎn)焊均勻，焊接時(shí)應(yīng)注意電流電壓。工藝過(guò)程中的難點(diǎn)(1)下料過(guò)程中難點(diǎn)是中間不規(guī)則的曲面，保證曲面成形成為關(guān)鍵工序，使用上述工裝對(duì)曲面進(jìn)行檢測(cè)。(2)拼接過(guò)程中難點(diǎn)是組焊過(guò)程中圓弧拼接位置的控制。焊縫位置取消圓弧，用三維軟件模擬出直角部分，這樣就可以預(yù)留2mm間隙，焊接后打磨出圓弧部分保證曲面的圓滑過(guò)渡。制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方案問(wèn)題：整合到左右卷板部分的角板由于整個(gè)板中有尖角，導(dǎo)致滾壓出的圓角弧度不夠，角板整體組對(duì)時(shí)容易出現(xiàn)凹陷。解決方案：左右卷板滾壓之前下料時(shí)，在整板上畫(huà)出角板整合部分的尺寸，滾壓成形后再切去多余部分；研配角板使間隙為2～3mm；焊接時(shí)注意電流電壓，這樣焊完就有圓角，角板與卷板連接處就不會(huì)凹陷。第二種拆分方案：將角板在工裝上進(jìn)行組對(duì)，如圖7所示。圖7拆分后不整合直接組焊示意圖這樣就可以直接組焊出一個(gè)完整的角板，焊接后可以進(jìn)行煤油滲漏，進(jìn)一步提高角板的質(zhì)量。制造工藝將拆分的部分依次進(jìn)行拼接，點(diǎn)焊，在工裝上進(jìn)行壓緊，焊接，焊接成形后等工件充分冷卻后，從工裝上取下工件，進(jìn)行煤油滲漏，如出現(xiàn)漏油，采用細(xì)絲、短路過(guò)渡方法進(jìn)行修復(fù)；合格后用樣板進(jìn)行檢測(cè)。不合格的部分通過(guò)火焰進(jìn)行調(diào)整。制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方案問(wèn)題：拼接過(guò)程中拼接位置會(huì)出現(xiàn)棱線或凹陷。解決方案：將角板進(jìn)行重新拆分，避開(kāi)帶有棱線的部分，將復(fù)雜三維曲面整合上平面的部分，通過(guò)整合就可以避開(kāi)棱線部分，可以防止棱線部分不圓滑；使相結(jié)合的焊縫部分為兩塊平板對(duì)接，加工藝墊板進(jìn)行焊接，可以防止焊縫部分凹陷，有利于提高焊接質(zhì)量。如圖8所示。圖8避開(kāi)棱線角板拆分示意圖兩種方案在實(shí)際生產(chǎn)中的效果兩種方案在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用的效果圖，如圖9所示。圖9生產(chǎn)中兩種方案的對(duì)比圖(1)方案一在小批量生產(chǎn)中得到了極大的應(yīng)用，操作簡(jiǎn)便，只需要研配三維曲面部分就可以實(shí)現(xiàn)組焊過(guò)程，焊縫少，有利于控制角板部分焊接后的變形。(2)方案二適合于大批量生產(chǎn)，由于不需要進(jìn)行整合，有利于左右側(cè)墻、前墻的工裝設(shè)計(jì)，便于吊運(yùn)，在大批量生產(chǎn)中可以得到很好的應(yīng)用，直接組焊出的角板可以進(jìn)行煤油滲漏，并且組焊好的角板不需要研配，到司機(jī)室總成時(shí)可以直接使用，為大批量生產(chǎn)提供了便利。并且角板可以不受司機(jī)室生產(chǎn)進(jìn)度的影響，自身就可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)。結(jié)束語(yǔ)(1)三維模擬提取對(duì)曲面進(jìn)行拆分放樣、下料，骨架形成形檢測(cè)工藝可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)用多曲面的制作。