胡彬 张虎 黄家庆
中车株洲电力机车有限公司 湖南 株洲 412001
摘 要:十四五将把智能制造进一步推广应用与构架焊接上，在总结原有一期智能制造的基础上，试图从产品一致性优化改进方面为构架焊接实现智能制造提供强有力的保障，本文通过对外供件、工装重复定位精度、三检停止见证、焊接顺序以及焊前、中、后过程控制等方面进行逐一分析，提出了产品一致性控制的保证措施，通过这些措施的实施，可以有效提升了产品尺寸的一致性。
关键词：一致性，质量控制，尺寸，焊接，控制
一、目的
为有效提升转向架构架焊接质量，保证焊接产品质量一致性，恪守不制造不合格品的生产理念，达到构架焊接零缺陷的目标。以产线新A型地铁为试点，从外供件入厂检验、产品组装质量检验、工装定检及产品焊接变形控制等环节寻找改进及提升方向，并制定具体措施，旨在提升产线产品一致性，减少尺寸偏离现象。
二、产品一致性改进方向
1、外供件产品一致性改进方向
外供件产品的一致性控制，主要以有效检出为主，规范检验标准，要求供应商严格按照标准要求进行出厂检验。具体措施如下：
?焊接件焊缝尺寸一致性改进方向
针对焊接类外供件产品一致性问题，按照不同的检测项点类型分别制作检测样板或工装，例如焊缝坡口（钝边、坡口角度）类检测样板、组焊件形位公差（同轴度、垂直度）类检测样板等。统计目前新A型所有组焊类外供件检验项点，按照上述类型制作专用的检测样板。
?铸件尺寸
查询铸件设计及制造标准，明确铸件的尺寸检验标准，针对设计标准中要求较低但又影响到产品实际制造过程中组装及焊接质量的尺寸或形位公差，积极向产品研发中心进行反馈及沟通，寻求合理的解决措施。统计目前新A型所有铸件类外供件，对其尺寸及形位公差检验项点进行分析，制作专用的检测样板，对设计不合理的地方进行优化。
?板料压型尺寸
针对压型类板料，联合相关部门探讨压型公差问题，尽可能降低产品设计公差给制造过程中带来的影响；针对压型件来料质量控制方面，联合上工序制作一批压型角度及折弯点尺寸检测样板，并组织检查员培训试用，严格把控来料质量。
?板料尺寸
针对构架焊接用关键板料零部件，例如侧梁内外立板，定期抽查一定数量的物料采用光笔测量仪或三坐标测量仪等辅助检测设备开展来料的全尺寸检测，确保来料符合工艺放量及图纸要求。
2、产品组装一致性改进方向
目前转向架构架及其零部件的组装大部分都是通过通用或专用工装并辅助以三检制度来实现，故产品组装一致性主要取决于工装自身的重复定位精度、操作人员使用工装的规范性、操作人员三检制度的贯彻执行情况及外供件物料的质量稳定性。现就从工装定位、使用及操作人员的三检执行方面寻求产品组装一致性控制措施。
?工装重复定位精度
工装的定位点设计要遵循3-2-1六点定位原理，并根据实际情况对需要进行变形控制的部分采取过定位的方式来限制工件变形，做到消除物料6个方向自由度的目的。同时工装的定位点要有足够的强度，不因压紧力的变化而发生变形，保证工件的重复定位稳定性。此外，工件定位基准的选择也直接影响到及定位精度，定位基准选择时应以加工面为主，特殊情况下选择了非加工定位要辅助以检测手段保证产品组装质量。
基于以上原则，可对现场新A型地铁组装工装进行系统性的普查，确定是否存在定位基准选择不合理，并对不合理的工装设计提出改进措施。
?工装使用规范性
工装的使用要遵循设计原则进行，要给操作员工灌输“凡是工装设计的定位点都是有用的”理念，不得擅自更改或去除工装的定位点。此外工装使用时要确保工件与定位点贴合，保证定位的有效性，发现问题及时反馈，不得调节工装去适应工件以免掩盖问题的本质。
工装在使用一段时间后要进行定期的检修，针对松动、变形的定位点进行改正，保持工装定位始终处于有效、准确。
?三检制度的执行
三检制度是保证产品组装质量一项有力的控制手段，一方面通过三检制度对工装定位的有效性进行核查，确保了当工装定位失效时能够被及时的发现或即使在工装定位失效的状态下仍能保证产品组装尺寸的目的，避免产品批量质量问题；另一方面针对未采用工装定位的零部件组装，三检制度的执行无疑是保证产品组装质量的最后一道壁垒。基于上述准则，可以从三检检测项点设定的全面性、合理性及检测的可执行性出发，对现有新A型地铁构架及其零部件制造过程中的检验项点进行逐一核对，针对必须检测但又无法检测的项点，转化成等效的其他可检测项点或制作专用检测工具。
3、产品焊接一致性控制措施
产品焊接的一致性取决于焊接设备的一致性、焊接工装的一致性、焊接顺序及方向一致性、焊接参数的一致性、焊后冷却的一致性。
?焊接设备
目前产线产品焊接多数采用焊接机器人进行焊接。针对相同产品的同一道工序，往往由多台焊接设备完成，故设备性能的一致性会直接影响产品的焊接质量及变形。例如不同的焊接设备，设定同一理论输出参数，在实际焊接情况中输出的实际参数也不尽相同，此时就需要对焊接回路进行补偿，保证输出的一致性。此外，不同的焊接设备其气体输出路径会带来不同的压降，从而引起喷嘴的气流量不同，也会影响产品焊接的一致性，针对此问题可使用流量计测定焊接设备终端的气体流量并调整进气端流量进行补偿，达到不同设备终端输出流量一致性的目的。
?焊接工装
目前构架及其零部件在进行焊接时均采用工装进行刚性固定，旨在减小焊接变形。工装控制变形的能力直接决定了产品的焊接变形，工装的压紧点的布置及压紧力的大小直接影响到产品的焊接变形。对于液压压紧的压紧点需要测量输出压力，保证同一工序的多套工装输出压力一致。对于机械压紧的工装测量压紧点输出扭力值，保证每套工装的压紧力一致。此外，对于同一工序存在多套工装同时使用的情况（例如自动焊工序），不但要保证压紧点的分布及压紧力大小一致，还要保证每套工装的尺寸一致性，可以通过三坐标检测的方式将所有工装尺寸差异控制在合理的范围内。
?焊接顺序及方向
产品在进行焊接时焊接顺序直接决定产品焊接收缩的分布及方向，通过设计合理的焊接顺序可以有效减小或消除焊接变形，例如对称施焊。
此外焊接方向也影响到焊接收缩的分布，因此按照合理的焊接方向施焊也可以减小焊接变形，例如分段退焊等方法。
?焊接参数
焊接参数直接决定了焊接热输入及线能量大小，进而影响产品的焊接变形。故在保证产品焊接质量的前提下应尽可能减少焊接热输入。此外，为保证焊接参数一致性，应对现场的焊机重新进行补偿测定，将WPS中的要求的实际焊接电流及电压参数，替换成理论设定值，还应规范焊接电流的种类（normal、pulse及S-pulse）焊接保证参数的高度统一性。
?焊后冷却
焊后冷却也是影响焊接变形的一大关键因素，保证合理的冷却速度及冷却时间可有效减小焊接变形，防止工件脱模后额外变形。
三、产品一致性改进方案
1、侧梁一致性保证方案
针对侧梁组装问题，从侧梁立板隔板、侧梁体组装及侧梁上盖板组装及附件组装等工序，主要从工装尺寸的检测及控制，定位焊长度、方向、顺序及焊点数量，组装尺寸检测等方面进行控制。
?侧梁下盖板组成一致性控制措施
侧梁下盖板组成主要有端部下盖板一二、中间下盖板及转臂定位座左、右共5部分组成，组装尺寸影响因素包含中间下盖板及端下盖板尺寸、压型角度及铸件的外形尺寸和形位公差等。
1）针对中间下盖板及端部下盖板班，分别制作专用的检测样板，一方面检测中间及端部下盖板的压型及整体尺寸，另一方面检测其压型角度，以此保证中间下盖板及端部下盖板的一致性。
2）针对转臂定位座，制造其外形尺寸检测样板，以检测其外形轮廓。
3）针对工装采用三坐标检测或光笔测量仪进行校正。
?侧梁立板隔板组装一致性控制措施
1）针对侧梁立板隔板组装工序，旨在保证隔板位置的一致性及隔板与立板焊缝坡口的一致性。其中隔板位置的一致性主要由隔板定位座的重复定位精度决定；
2）此外立板相对于隔板的位置也是影响立板隔板组装一致性的关键因素，由于立板采用两端的弹簧机构进行自定对中，其是有效直接关系到立板相对隔板的位置尺寸，也会影响到两立板之间的对中状态，进而对后续的侧梁体拼装产生影响。
3）针对工装尺寸稳定性问题，采用光笔测量仪及三坐标检测仪等辅助设备对工装尺寸进行确认，确保工装处于合格状态；
4）针对定位焊一致性问题，细化定位焊工艺文件要求，详细标准定位焊的长度、方向、顺序、焊点数量及焊接位置，要求车间操作员工严格按照工艺标准执行，做到高度统一性。
5）针对侧梁立板，主要采用三坐标检测的方式对其轮廓尺寸进行抽检，查看其符合情况。
?侧梁机器人焊接一致性控制措施
侧梁焊缝均采用机器人焊接，由多套工装配合多台焊接机器人完成。故机器人工装的尺寸一致性直接关系到机器人焊接的一致性。同时设备的一致性也会影响产品一致性。
1）首先要对各工序所有机器人工装进行检测调节，保证其一致性。
2）对各工序多台焊接机器人的回路补偿进行调节，保证参数输出的一致性。
3）对各工序多台机器人的焊接保护气体流量进行检测、调节，保证焊枪喷嘴气体流量相同。
4）工装使用时压紧力的一致性也会影响产品焊接变形的一致性，需明确各压紧螺栓的扭力值。
5）严格控制焊后冷却时间。
?侧梁上盖板组装的一致性控制措施
侧梁上盖板组焊工位主要进行上盖板组装及定位焊，既要控制组装一致性又要保证焊接一致性。组装一致性主要从以下方面进行控制：
1）制作中间上盖板及端部下盖板的检测样板，对其尺寸及压型角度进行检测，保证来料的一致性。
2）工装尺寸一致性控制，需加强工装点检，核实工装尺寸，必要时进行三坐标检测。
3）组装尺寸检验，制作专用的检测样板代替卷尺进行检测。
?侧梁附件组装的一致性控制措施
侧梁附件组焊工位主要进行附件组装及定位焊，既要控制组装一致性又要保证焊接一致性。组装一致性主要从以下方面进行控制：
1）增加附件组装检测尺寸，不仅只检测定位点尺寸，还应增加组装后焊缝位置尺寸的检测项点。
2）工装尺寸一致性控制，需加强工装点检，核实工装尺寸，必要时进行三坐标检测。
3）组装尺寸检验，针对存在空间尺寸的检测项点，制作专用的检测样板代替先前的分段间接测量。
2、横梁组装一致性控制措施
?横梁组装的一致性控制措施
横梁组焊工位主要进行横梁组装及定位焊，既要控制组装一致性又要保证焊接一致性。组装一致性主要从以下方面进行控制：
1）制作专用的检测工装，对电机悬挂座、齿轮箱吊挂座及横向止挡与横向管的接口尺寸进行检测，不仅关注其加工部位尺寸，应将焊缝定位尺寸列入检测项点。
2）工装尺寸一致性控制，需加强工装点检，核实工装尺寸，必要时进行三坐标检测。
3）组装尺寸检验，制作专用的检测样板进行检测。
3、构架组装一致性控制措施
?构架组装的一致性控制措施
构架组焊工位主要进行构架框架组装及定位焊，既要控制组装一致性又要保证焊接一致性。组装一致性主要从以下方面进行控制：
1）及时沟通上下工序，明确检验要求及标准，控制梁体来料尺寸。
2）工装尺寸一致性控制，需加强工装点检，核实工装尺寸，必要时进行三坐标检测。
3）组装尺寸检验，制作专用的检测样板代替卷尺进行检测。
四 总结
智能制造的普及应用，产品一致性对产品的自动焊显得尤为重要，产品尺寸一致性的好坏直接影响焊接质量和加工质量；
本文通过对影响产品一致性的影响因素进行了深入分析并提供了解决思路，可以为后续智能制造提供很好的实践基础。