铁路货车制造技术

2020-03-03 08:54:03 来源：范文大全收藏下载本文

铁路货车制造技术

一、前言

二、制造技术的发展

三、制造技术的主要创新

1．铸钢摇枕侧架整体芯铸造

2．不锈钢焊接和整体锻造技术

3. 制动系统模块化组装

4．制造专用生产线

一、前言

铁路货车制造技术包括制造铁路货车产品时所需的各种工艺方法，是保证产品质量和生产效率的重要手段。铁路货车制造是一门较为综合的机械制造技术，在专业上涵盖了铸造、锻造、冲压、机械加工、焊接、装配等工艺方法，另外还涉及到了自动测量、无损检测、自动化等相关技术。

铁路货车数量大、品种多，因此，铁路货车制造多为流水式作业方式、大量采用了柔性生产线，主要有轮轴生产线、转向架生产线、下料生产线、中梁生产线、底架生产线、端侧墙生产线、车体生产线、车体油漆喷涂线等。

产品的升级换代，新材料、新结构的应用，也推动了制造技术不断改进和提高，形成了一些独有的制造工艺，譬如“制动系统模块化组装、不锈钢焊接、整体芯铸造”等三大工艺。

针对铁路货车要求可靠性高、互换性好、检修方便的特点，制造过程中的质量保证手段和控制手段在不断提升，焊接基本为自动化焊接，制动阀和转向架实行的是精益制造模式;生产过程中大量采用了在线检测、数据可实时采集、工序共享、动态监控;超声波检测、高能射线DR成像及工业CT检测等无损检测技术广泛应用在铁路货车生产的关键工序中。

一、制造技术的发展

铁路货车制造技术的发展，经历了从作坊式生产到专业化生产的过程；从手工操作、单机作业方式发展到了大规模机械化、自动化作业，逐步具备了工艺合理、设备齐全、功能完备的制造系统，形成了产研结合、具有中国铁路特点的铁路货车制造技术体系。

解放前我国没有铁路货车制造企业，只有为数不多的修理厂，而且规模小、设备少，只能从事简单的修理工作。新中国成立后，为迅速改变旧中国依赖进口的状况，解放初期的铁路货车制造是采用了非常规的方法，因陋就简，基本上是属于手工制造。在“一五”期间，对一些修理厂开始进行扩建，改造成为制造厂。

1958年以后，又陆续新建了一批制造厂，逐步满足了铁路发展的需求。早期铁路货车制造厂虽具备了一定的生产规模，但在制造技术发展上还相对落后且很不均衡。铁路货车主要是铆接钢底架、钢骨木板车体结构，大量采用热铆接工艺。此阶段，铁路货车制造的主要任务是提高生产能力，因此，只是在铸造和锻造技术上有所发展，制造技术总体上比较落后，仅是达到了生产铁路货车的基本要求。

从20世纪60年代开始，铁路货车逐步开始了以钢代木的过程，全钢结构铁路货车带动了冲压技术和焊接技术的发展。冲压技术在板材及型钢的剪切下料、校平及压型方面得到了突破；焊接技术也得到了极大的发展，因其经济性较好，绝大数的铆接结构均被焊接结构所取代，而且在中梁等部件上还开始应用了埋弧自动焊等先进的焊接技术。在加工方面，各制造厂大量使用了自制的专机，满足了生产效率的要求，但普遍精度不高，柔性也差，限制了产品的多样性。

20世纪80年代，铁路专用耐候钢和滚动轴承等开始在铁路货车产品上应用，推动了相应的制造技术的发展。耐候钢焊材、车轴专用磨床等的出现，标志着铁路货车制造技术有了相对的独立性。到20世纪末，铁路货车制造技术已基本具备了完整的体系，冲压工艺实现了机械化和模具化，焊接方面也逐步从手工电弧焊为主发展为大量采用气体保护焊，其他各相关技术也都达到了大批量生产的要求。

除能生产各种通用、专用铁路货车外，还能生产适应货物装车形体的凹底、长大、双联等特殊平车以及新型的家畜家禽车、活鱼车和机械保温车等。对于铸锻件方面，不断有先进的生产线及设备应用于生产中，特别是自20世纪90年代开始，树脂自硬砂生产线、潮模砂气冲造型生产线、迪砂线等铸造生产线的应用，改变了原铸造单机的生产模式，大规模机械化生产方式初具规模。

进入新世纪，铁路货车提速重载开始在全路推广，对制造技术提出了更高的要求。针对铁路货车制造技术的提升，提出了“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”的指导思想。在此指导思想下，开始进行了建设主要部件的生产工艺线的工作，至2002年，在全路大面积推广了建设铁路货车生产工艺线的成功经验。通过建线工作，不但提高了铁路货车制造的整体水平和质量保证能力，而且制造所需的工艺装备实现了专业化生产，提高了工艺装备的制造水平，解决了以往铁路货车制造厂自制工艺装备水平低下，重复设计浪费资源的问题。

2004年，根据基础工艺线建设工作中出现的具体问题，各制造单位对各工艺线中关键工序的设置、关键设备的功能等达成了共识，进一步规范了各工艺线的建设工作。此后，机器人和焊接专机等自动化焊接技术在铁路货车制造中被大量采用，生产线的柔性增强，适应了多品种小批量的市场需求。通过稳步推进建线工作，使制造水平有了极大的提高，完善了生产线的功能，保证了制造质量，铁路货车建线工作取得了可观的经济和社会效益。

2005年以后，铁路货车制造技术的研究工作开始向纵深发展，按照 “设计工艺一体化”的要求，各制造厂深入探索设计工艺并行的方式和方法，使工艺部门能提前介入设计过程，大大缩短了新产品的研发周期，满足了市场需求。工艺部门还超前进行制造新技术的研制工作，攻克了冷弯型钢制造工艺、高强度耐侯钢及不锈钢的焊接技术及摇枕和侧架整体芯铸造工艺、车钩连续热处理工艺等制造新技术，应用了射线探伤、超声波探伤以及DR、工业CT检测技术，提高了产品制造的可靠性，这些也为铁路货车产品轻量化设计提供了条件。

随着提速重载工作的不断深入，铁路货车制造技术也逐渐暴露出在设计制造理念、工艺技术水平、配套技术性能和综合管理模式等方面还存在诸多不适应。为了不断提高制造质量，各制造厂在生产实践中不断创新，提炼并推广了很多先进的工艺理念和工艺方法，形成了以制动系统模块化组装、摇枕侧架整体芯铸造工艺、不锈钢焊接等典型工艺为代表的铁路货车制造工艺技术体系及强有力的产品质量保障能力。

二、制造技术的主要创新

近十年来，为满足国民经济快速增长对铁路运输装备的需求，我国铁路货车制造系统以“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”为指导思想，推进工艺技术创新，促进了制造技术水平的全面提升，铁路货车安全可靠性大幅提高。

工艺技术创新主要体现在以下几个方面：以世界首创的铸钢摇枕侧架整体芯为核心的铸造技术，以提高不锈钢焊接过渡区低温冲击韧性为核心的焊接技术，以制动系统模块化组装为代表的生产管理模式，以钩尾框整体锻造为代表的工艺设计理念，标志着我国铁路货车制造技术进入了历史新阶段。

1．铸钢摇枕侧架整体芯铸造

近几年来，各铁路货车制造企业联合攻关，以摇枕、侧架的制造技术和产品质量达到世界领先水平为目标，对摇枕、侧架的制造技术进行系统研究，推进摇枕、侧架工艺上水平、材质上等级、检测上台阶、实物上档次，取得了11项技术创新成果，产品质量和安全可靠性大幅度提高。

（1）在世界上首次研究成功了铁路货车摇枕、侧架等长大、薄壁复杂件的整体制芯技术。传统工艺制造的摇枕、侧架内腔砂芯分块多达二十多个，导致铸件关键部位内腔产生披缝、台阶、局部掉砂以及诸多芯撑熔合不良等缺陷，铸件夹杂物和含氧、含气量偏高，造成铸件内部缺陷；摇枕、侧架材质陈旧，强度储备不高。通过采用机械制芯、金属盒内硬化精确成型技术，实现了铸件内腔平顺无披缝、台阶，提高了铸件壁厚尺寸的均一性，减少了芯撑，避免了熔合不良和砂眼等铸造缺陷。采用吹氩、喂丝等钢水精炼工艺，进一步降低钢水有害元素和气体含量，减少非金属夹杂物，铸钢材料性能更优。

（2）配套开展了ZG25MnCrNi冶炼、铸造、热处理和焊修等工艺研究，制订了技术条件、工艺规范、试验检测方法、缺陷等级等一系列技术标准。现有的ZG25MnCrNi改善了凝固结晶方式，奥氏体组织稳定，金相组织临界转变温度降低，使铁素体和珠光体晶粒细化，铸件内部组织致密，力学性能、抗疲劳性能和抗裂能力大幅度提高。

（3）在原有湿法荧光磁粉整体表面的探伤基础上，采用超声波和X射线探伤，检测铸件内部缺陷，消除了铸造工艺所固有的铸件内部缺陷造成的质量安全隐患；采用超声波测厚和三坐标检测，保证壁厚均匀和尺寸精度，产品更加可靠。

现在我国生产的摇枕、侧架，经过抛丸强化处理后，内外表面平整、尺寸精度高，内部缺陷少，经试验检测，产品实物疲劳试验循环次数达到180万次以上，远高于世界其他国家标准要求，使摇枕、侧架的实物质量水平取得了质的飞跃。

2．不锈钢焊接和整体锻造技术

为了满足铁路货车重载并提高耐大气腐蚀性的要求，对TCS345不锈钢焊接进行了攻关，攻克了焊接接头组织晶粒粗大，低温冲击韧性低等技术难题，成功地批量应用在不锈钢运煤敞车上。传统耐候钢制造的铁路货车自重大、耐腐蚀性差，而铁素体不锈钢则因其良好的耐腐蚀性和力学性能，较好地解决了这一问题，目前采用此钢种制造的C80B型运煤专用敞车的运用状况良好，满足了大秦线曲线多、坡道大、2万t编组、高效周转的运用要求。

通过焊接技术的深入研究，全面掌握了铁素体不锈钢的焊接特性，制定了完整的不锈钢材料检验和焊接工艺评定方法；解决了不锈钢焊接热输入敏感性强，焊接时钢水粘度大、流动性差，易造成焊接缺陷。通过配套使用数字化脉冲焊机，长直焊缝采用自动焊接，专用工装实现水平位置焊接等措施，保证了焊缝成型质量，有效控制了焊接热输入量、减少了焊缝缺陷，提高了焊缝疲劳可靠性。

不锈钢焊接技术研究的成果，解决了经济型铁素体不锈钢熔化焊接在铁路货车生产应用中的难题，开创了铁路货车领域铁素体不锈钢生产制造的先例，实现了铁路货车制造钢种的升级，填补了铁路货车制造上铁素体不锈钢焊接工艺的空白，并成功应用于发达国家的出口产品上，其技术达到国际先进水平。

为提高铁路货车关键配件的可靠性，开展了以锻代铸和整体锻造的工艺研究，现在钩尾框、制动梁、支撑座、制动杠杆等部件实现了大吨位精锻机整体锻造、并且配套开发了连续式热处理工艺。与铸造相比，锻造钩尾框具有良好的金属内部组织，避免了砂眼、气孔、缩松等铸造缺陷，疲劳强度提高约80%。整体锻造制动梁架制造工艺的成功，使制动梁成为无焊接结构，疲劳强度较旧型制动梁提高两倍以上，解决了焊接制动梁易脱落和裂损的安全问题。制动杠杆等采用了整体模锻工艺后，不仅重量轻，而且可靠性和使用寿命也有了大幅提高。

3.制动系统模块化组装

铁路货车制动系统的零部件多、安装位置分散，导致制动系统组装困难、互换性差、维修不便，而且极易造成空气泄漏，这一度成为影响铁路货车安全的突出问题。2005年开发的制动系统模块化组装工艺，有效地解决了这一问题，这是一种以 “设计标准化、工艺规范化、制造商品化，实现零部件互换”为理念的全新制造工艺。

按照标准化、模块化的设计思路，将铁路货车制动系统划分为制动阀、制动缸、脱轨自动制动装置和制动主管四个模块，各模块间和模块内部设计和工艺基准一致，实现设计标准化。零部件制造、组装工艺要求统一，制动附属件采用专用工艺装备整体组装，各模块组装后整体与车体组装。制动管件采用数控切割和折弯、自动焊接、进行三维检测。

制动系统模块化组装工艺，提高了零部件制造和组装精度，实现了不同生产厂家、不同车型主要零部件的互换，方便检修，降低了制动系统漏泄的可能性。制动系统模块化组装工艺的实施，推动了制造标准提升，开创了铁路货车生产管理的新模式。

4．制造专用生产线

现在，铁路货车制造采用了自动化控制、柔性化组装的手段，准时化流水作业生产方式，全面使用材料预处理和制备、轮轴加工和组装、转向架和车体组装等专业化生产线，保证了工业化大批量生产的产品质量。

铁路货车轮轴生产线采用数控加工、在线检测、自动选配，生产过程工艺数据自动采集、网络传递，与全国铁路货车技术管理信息系统自动连接，实现了加工数控化、检测及组装自动化、过程管理信息化。转向架生产线各工序采用U型布置，准时化流水作业，实现了精益制造。车体生产线接口标准化、工装夹具模块化，结构可调，实现装备柔性化，适应系列化产品生产要求。下料生产线全部使用数控剪切设备和数控冲压、折弯设备。制动配件采用数控加工中心和综合性能检测台。车体油漆自动喷涂，强制干燥。专业化生产线覆盖了铁路货车主要生产工序。

为保证制造过程的质量可控，长直焊缝采用了自动化焊接专机焊接，铁路货车关键承载部件和结构复杂部件采用焊接机器人焊接，采用自动化焊接的焊缝已占到铁路货车焊缝总量的85%以上。摇枕、侧架、车钩等大型铸件采用机械制芯，机械制型或真空造型，机械手下芯；在电弧炉内外钢水精炼。车轴、车钩采用电加热连续式热处理，金属晶粒细密，力学性能稳定。

5．在线检测和无损检测技术

近年来，铁路货车的检测技术有了较大的发展，开发了大量铁路货车专用检测设备和性能试验设备，保证了铁路货车的产品质量。各种检测数据能实时采集、工序共享、动态监控、集中处理，对工序间产品质量状态动态分析，减少偶发因素对产品质量的不利影响，进入全国铁路货车技术管理信息系统（HMIS），实现产品质量信息全寿命管理。

轮轴生产线配备车轴检测机和轮对检测机，进行加工、组装在线检测，实现了车轮、车轴、轴承自动选配。转向架生产线配备正位检测台和落成检测机，有效控制影响铁路货车运行性能的关键尺寸。钢结构生产线配备中梁、底架检测台，保证了大型钢结构组装质量。集中控制同时对多个铁路货车制动系统进行制动性能试验，计算机控制检测空气控制阀、空重车阀作用性能，制动管立体尺寸三维检测，保证制动系统组装质量和性能。

摇枕、侧架、车轴、车轮、车钩等影响铁路货车运行安全的关键部件采用荧光磁粉进行表面探伤，相控阵超声波检测技术应用于车轴轮座、轮轴压装部位检测，多探头、大范围扫描，弥补了单探头检测精度低、判断难度大等不足。将高能射线DR成像及工业CT检测技术应用于摇枕、侧架、车钩和尾框等大部件内部缺陷检测，快速、准确地获得工件内部缺陷的

二、三维图像。