客车CW200K转向架构架制造工艺设计.docx
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客车CW200K转向架构架制造工艺设计
本科毕业设计（论文）
客车CW-200K转向架构架制造工艺设计
2014年6月
题目客车CW-200K转向架构架制造工艺设计
指导教师
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指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩委员会主任（签章）
年月日
毕业设计（论文）任务书
题目客车CW-200K转向架构架制造工艺设计
1、本论文的目的、意义客车CW-200K转向架构架制造工艺设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分。
工艺即产品的制造方法与过程。
客车CW-200K转向架是目前客车主型转向架，本设计以客车CW-200K转向架为加工对象，内容主要办过机加工分析、工艺流程拟定、工艺参数选择与计算、工装设计、加工质量检测等。
通过对其构架加工工艺设计，使学生熟悉客车CW-200K转向架的结构组成及各零部件的工作原理，了解其加工过程中所需要工装、设备、工具、量具及相关工艺文件的设计与选取，掌握机加工工艺设计的基本方法，学会运用设计手册、工艺手册等相关资料解决设计中的问题。
2、学生应完成的任务设计说明书一本：
不少于1.2万字
机加工工装设计图：
A01张主要夹具零件图：
若干
3、论文各部分内容及时间分配：
（共16周）
第一部分收集资料及实习（2周）
第二部分方案设计、绘制草图（三维造型）（3周）
第三部分方案确定、机加工工艺设计及加工夹具总体设计（6周）
第四部分主要零件设计及绘图（2周）
第五部分毕业论文写作（2周）
评阅及答辩（1周）
备注参考资料：
车辆工程；车辆修造工艺与装备；机械设计手册；夹具设计等
指导教师：
2014年2月24日
审批人：
年月
摘要
为适应我国现代化建设的需要，相信焊接技术必将得到更迅速的发展，并在工业生产中发展发挥出更重要的作用。
随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求。
一方面由于工业生产的发展对焊接技术提出了高要求，另一方面由于科学技术的发展又为焊接技术的进步开拓了新的途径。
另外我们也在不断探索新的焊接方法，从以前的几种焊接方法到现在的很多中，从最原始的手工电弧焊到现在的窄间隙埋弧焊、机器人焊接，从以前的焊工保护差到现在的焊工保护好，种种的种种都可以看出，我们国家在发展，我们的焊接技术同样在发展，在不久的将来更高端的焊接技术将被发现，该焊接技术价廉、劳动强度小，焊出来的东西更好更完美。
根据Q235钢选择合适的成型工艺以及焊接方法、编制合理的工艺规程、选择正确的装配方法、对焊接缺陷的预测、危害分析以及找出相关的补救措施。
关键词焊接工艺，焊接方法，焊接缺，焊接检验
关键词敞车侧墙；组焊夹具；定位；夹紧
Abstract
TheC70’sSidewallisoneofthemaincarryingcomponents,itwillaffectthequalityofvehicle’scarryingcapacity.Improvingmanufacturingqualityplaysaveryimportantroletoimproverailwayfreightcapacity.Becausethesidewallbeartheforcetowardoutside,Intensityandaccuracyofsidewallbecomethefocusofthework.Toavoidingsidewalleviscerateandleakingofthedoor,IdesignthenewC70’ssidewallweldingtechnologyandweldingfixture.
Inordertomeettheneedofourcountrymodernization,believethattheweldingtechnologywillbemorerapiddevelopment,andintheindustrialproductiondevelopmentplayamoreimportantrole.Withthedevelopmentofindustrialproduction,putforwardvariousrequirementsonweldingtechnology.Ontheonehandbecauseofthedevelopmentofindustrialproductionhasputforwardhighrequirementsonweldingtechnology,ontheotherhand,duetothedevelopmentofscienceandtechnologyandtheimprovementofweldingtechnologyopensupanewway.Weareconstantlyexploringnewweldingmethod,fromthepreviousseveralweldingmethodstopresentalotofmanualelectricarcwelding,fromthemostprimitive,narrowgapsubmergedarcweldingcurrenttorobotwelding,weldingprotectionfrompreviousdifferencetothewelderprotectionnowgood,variouskindsofcansee,ourcountryinthedevelopmentofweldingtechnology,wealsoindevelopment,inthenearfuturemorehigh-endweldingtechnologywillbefound,theweldingtechnologyischeap,smalllaborintensity,weldingoutofsomethingbetterandmoreperfect.
AccordingtoQ235steelsuitableformingprocessandweldingmethod,thepreparationofareasonableprocess,choosethecorrectmethodofassembly,theweldingdefectprediction,hazardanalysisandidentifytherelevantremedialmeasures.
keywordswelding,weldingmethod,welding,weldinginspection
第1章绪论
1.1焊接夹具的作用
（1）提高了产品的装配精度,优化产品质量。
（2）采用焊装夹具可以精确地对零件定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的不准确。
同时焊装夹具在焊装过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。
（3）焊接时间短，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本。
（4）采用了焊装夹具，零件有定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。
另外在焊装夹具上有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率。
夹具可强行加固焊件或预先给于反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后校正变形或修补工艺残缺的工序，使整个产品的生产品缩短。
虽然制作焊装夹具增加了产品的成本，但焊装夹具的使用减少了焊接和装配工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费，使产品总成本降低。
增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品。
采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。
减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能。
如果不使用夹具，在装配定位焊时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。
在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证焊接时的装配精度。
提高质量方面，一个焊件在自由状态下焊接，焊后一般都会发生变形，如果变形超出技术要求，就会影响到后面的装配工作，或者影响到产品将来的工作性能。
利用焊接夹具，可以精确地对焊件定位和牢靠的夹紧，焊接时，它的变形就受到限制
扩大焊机的工作范围，一台效率高的埋弧自动焊机，如果没有夹具配合使用，它只能焊接平焊位置的直线焊缝
改善劳动条件，手工装配的劳动强度大，焊接时靠人力去翻转工件是不可能的，也不安全，而焊接夹具可以轻而易举的做到
1.2夹具设计的要求
1.保证夹具有一定的使用寿命
2.夹具本身必须有良好的制造工艺性和较高的机械效率
3.夹具的设计应保证标准化、规格化，以提高夹具的可维护性
4.夹具设计须使被装配酌零件或部件获得正确的位置和可靠的夹紧，并且在焊接时它能够防止焊件产生变形
5.夹具工艺性能应优良，零部件装配要容易，取出要方便
6.夹紧单元要灵活、可靠、拆卸方便，夹紧力适中，夹紧应一次到位，不能碰伤及损坏零部件
7.夹具结构合理，工人操作方便、安全，有足够的操作空间及良好的视野
1.2.1焊装夹具的功用
（1）在汽车转向架焊接过程中定位夹紧，保证转向架零件之间正确的装配关系，同时保证转向架焊接质量及焊接过程顺利
采用焊装夹具可以精确地对零件进行定位并牢固的夹紧，保证装配件的相对位置，减少了由于人工划线的误差带来的定位不精确。
同时焊装夹具在焊接过程中使零件的变形受到一定的限制，可以大大减少焊接变形，使焊后零件的结构尺寸容易达到图纸要求。
（2）缩短焊装时间，能够批量生产，减少加工费，降低产品成本
采用了焊接夹具，零件由定位元件定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置，加快了装配作业的进程。
另外在焊装夹具上备有扩力机构牢固夹紧，可减轻工人的体力劳动，提高装配效率，
夹具可强行夹固焊件或预先给予反变形，能控制和消除焊接变形，提高焊接质量，减少或取消焊后矫正变形或修补工艺缺陷的工序，使整个产品的生产周期缩短。
虽然制作焊装夹具增加了产品成本，但焊装夹具的使用减少了装配和焊接工时的消耗，提高了产量，易形成大批量生产，从而减少加工费用，使产品总成本降低。
（3）增加了产品的均匀性，能得到具有互换性的产品
采用焊装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，使焊接质量稳定，所以可提高焊件的互换性能。
（4）减轻了工人劳动强度，使不熟练工人操作也成为可能
如果不使用夹具，在装配定位焊接时，要求工人在生产节拍时间内划线来保证装配焊接零件的相互位置是不可能的。
在焊接时，装配钳工要始终扶持住工件，保证其位置在焊接过程中不发生变动，这项工作也非常困难和疲劳。
焊装夹具的使用降低了对工人的技术要求，也减少了工人的劳动强度。
1.2.2焊装夹具设计原则
（1）焊装夹具必须保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸，尤其是保证转向架上门窗等孔洞的尺寸和形状。
在装配时，夹具必须使被装配的元件获得正确的位置和可靠和夹紧，并且在焊接时能阻止焊件产生变形。
（2）焊装夹具应动作迅速，操作方便。
操作位置要处于工人容易接近．最宜操作的部位。
特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设计在工人最易用力的部位。
当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。
（3）焊装夹具的设置应便于施工，有足够的装配．焊接空间，不能影响间接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。
所有的定位元件和夹紧机构应与焊点保持适当距离，或布置在焊件的下方或侧面。
夹紧机构的执行元件应能够或转位。
（4）夹紧可靠，刚性适当。
夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，以及焊件的表面质量。
夹紧力适当，使夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束过大而产生较大的应力。
（5）为了保证使用安全，应设置必要的安全互锁保护装置。
（6）用于大型零件焊接的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具的刚度，对结构的形状精度．尺寸精度影响较大。
（7）在同一个夹具上，定位元件和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。
（8）焊装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率，尽量使制作时投资少成本低。
（9）尽量选用已通用化．标准化的夹紧机构及标准零部件来设计制造焊装夹具。
上述这些原则是设计转向架焊装夹具时所必须考虑的，但具体到焊装夹具的结构上却是差异甚大，有的焊装夹具只有一个简单的框架，有的则相当复杂。
一般来说，应根据生产批量的大小和产品结构的特点并结合本厂的生产条件来选择焊装夹具的类型，设计夹具。
1.3选择与设计焊接夹具类型的依据
1.夹具的可靠性
2.对焊件的适用性
3.焊接方法对夹具的特殊要求
4.安装、调试、维护的可行性
5.尽量选用已通用化、标准化的夹具
第2章转向架的制作工艺
2.1母材的选择
根据转向架的结构强度要求及经济因素选择母材16MN。
查图纸，
焊接零件使用的都是16MN材料。
16MN钢的化学成分如表1-1
化学成分（%）
C
Na
Si
S
P
16MN
0.14~0.22
0.30~0.65
≤0.30
≤0.050
≤0.045
16MN钢的力学性能如表1-2
力学性能
δb/MPa
δs/MPa
δs（%）
16MN
375~460
≥235
26
16MN是一种低碳钢，低碳钢中含碳较低，含锰、硅又少，所以在通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织和淬化组织，这种钢材的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击韧性也很好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施，其焊接性优良，可以采用各种焊接方法焊接。
2.2各支撑件的制造
2.2.1划线
划线是根据设计图样上的图形和尺寸，按1：
1的比例在待下料的钢材表面上划出加工界限的过程。
划线是结构制造中较为细致的工作，要求所划的零件尺寸和形状正确，并合理的使用钢材。
因此划线前应看图样，明确零件的尺寸、形状和技术要求。
対划线的基本要求是线条清晰匀称，定型、定位尺寸准确。
由于划线的线条有一定宽度，一般要求精度达到0.25-0.5mm。
应当注意，工件的加工精度不能完全由划线确定，而应该在加工过程中通过测量来保证把后板展开再按图纸设计图样上的图形和尺寸，按1:
1的比例在待下料的钢材上画出加工界限，再经过加工做出样板，用样品进行划线。
2.2.2号料
在成批生产和重复次数较多时，为了提高生产率和节约原材料，一般先做成样板，用样板进行划线，即为号料。
1、号料的方法
号料的方法有很多，常用的有样板号料和草图号料。
当图形比较复杂、曲线较多时，通常利用样板号料以提高质量和效率。
而形状比较规则的矩形板、肋板等，则按草图号料或按号料卡片直接在钢材上号料。
2、样板的分类
样板按其用途可分为划线样板和检测样板两种。
划线样板按其用途可分为展开样板、划孔样板和切口样板。
3、号料的作用
节约原材料
提高生产率
2.2.3下料
下料就是将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。
常用的下料方法有锯割、砂轮切割、剪切、冲裁和热切割。
我采取的下料方法为热切割中的氧-乙炔气体切割，所选用的设备是CG2—1520型摇臂式仿形气割机，之所以选择它是因为它的设备简单，操作方便，生产效率高，切割质量较好，成本低，可以切割厚度大形状复杂的零件。
采用气割将母材按样板切割成40x30的底板和100x50的横板。
图1-1CG2型摇臂式仿形气割机
对于成形方法我采取的是锻压成形，它是金属压力生产中的一部分。
所谓金属压力加工即对胚料施加外力使其产生塑性变形，改变尺寸形状以及改善性能用以制造机械零件或毛胚的成形加工方法。
此次用的就是其中锻压成形工艺，它是锻压和冲压的总称。
按图样将材料锻压成形。
2.3气割
气割时，一般选切内圆，然后再切外圆。
切割时首先要在钢板上割个孔，切割方法是先对钢板进行预热，嘴头要垂直于钢板，至钢板暗红达到切割温度时，将割嘴倾斜一些，便于氧化铁渣的吹出，此时打开高压氧将铁渣吹出。
开始切割时高压氧不要开得太大，随着割炬逐渐往后拖，将割嘴倾斜相反方向的熔化金属吹出。
当氧化铁渣的火花不再上飞时，说明正将钢板切透。
这时将嘴头和钢板垂直，割炬延内圆线切割。
为了保证切口质量，切割速度不宜过快。
2.4钻孔
按图纸要求在各零件上钻出相应的孔，并攻出相应的螺纹。
第3章转向架的装配工艺
装配是将焊前加工好的零、部件，采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。
由转向架零件图可以看出转向架是由5件零件组成，下板、左右基柱、上板组成。
焊接前要先进行组装，进行装配。
装配工艺规程是规定产品或部件装配工艺规程和操作方法等的工艺文件,是制订装配计划和技术准备,指导装配工作和处理装配工作问题的重要依据。
它对保证装配质量,提高装配生产效率,降低成本和减轻工人劳动强度等都有积极的作用。
制定装配工艺规程的原则
1、保证产品质量；延长产品的使用寿命
2、合理安排装配顺序和工序，尽量减少手工劳动量，满足装配周期的要求；提高装配效率
3、尽量减少装配占地面积，提高单位面积的生产率
4、尽量降低装配成本。
装起来，并经过调试、检验使之成为合格产品的过程
转向架的装配是指各零件间的装配，即盖板与轴承座之间的圆形直角焊缝，盖板与肋板之间的直焊缝，轴承座与肋板之间的弧形直角焊缝装配工艺。
1、盖板座之间的圆形直角焊缝
2、盖板与肋板之间的直角焊缝
3、座与肋板之间的弧形直角焊缝
3.1坡口形式与焊接技术
3.1.1坡口形式
坡口指的是为了保证焊接质量,在焊接前对工件需要焊接处进行的加工，可以气割，也可以切削而成，一般为斜面，有时也为曲面。
开坡口可保证电弧能深入焊缝根部，保证焊缝焊透，便于消除夹杂，获得较好的焊缝成行，而且能调节母材和填充金属的融合比例。
在焊接时改变坡口的大小可以改变焊缝金属的化学成分，因此，对焊接质量有很大的影响。
在保证焊接质量的前提下坡口角度开的小点为好，这样，可以减少工作量。
坡口根据需要，有Y型坡口，Ｖ型坡口，Ⅰ型坡口，Ｕ型坡口等坡口形式，但大多要求保留一定的钝边。
根据设计的需要，在焊件的待焊部位加工一定的几何形状的沟槽，即是坡口。
手弧焊的坡口形式，应根据结构的形式、工件厚度、技术条件的要求而选择。
选择坡口的形式时，在保证工件焊透的前提下，需考虑焊缝的融合比，坡口的形式是否容易加工，以及焊接生产率高低和和焊件变形大小等。
手弧焊与气体保护焊的坡口的基本形式如表2-1所示
序号
工件厚度δ（mm）
坡口形式
坡口尺寸（mm）
1
3
I形坡口
b:
0-1.5
2
3
I形坡口
b:
0-2
3
1.8
I形坡口
b:
0-2
4
3
I形坡口
b:
0-2
3.1.2坡口的加工方法
（1）刨削。
有角度要求的坡口，可用刨床或刨边机对钢板边缘做刨削。
（2）车削。
圆形工件或管子开坡口，可用车床或管子坡口机、电动车管机等将边缘车削。
（3）剪切。
对I形接头较薄的钢板，用剪切机剪切。
（4）气割。
它是应用较多的坡口加工方法，可以得到直线形与曲线形任何角度的各种类型的坡口。
但是，手工气割焊件的尺寸和形状精度较差，表面粗糙，需尽可能用半自动或自动化的切割方法。
焊前的清理
焊前，对熔化极惰性气体保护焊应严格清楚金属表面的氧化膜、油脂和水分等赃物，所有方法因材质不同而不同。
机械清理
对不锈钢一般用纱布打磨清理，然后用丙酮或汽油去除油污。
3.2焊接工艺路线单
表2-2
工序号
工序名称
工序内容
工艺装备及设备
辅助材料
0
检验
材料应符合国家标准要求的质量证书
10
划线
号料、划线，按图纸尺寸要求的尺寸在原材料上划线
20
切割下料
按划线尺寸切割下出所有配件的坯料
CG2型摇臂式仿形气割机
30
刨边
按图要求刨坡口、加工边缘
刨边机
40
成形
将已下料的钢板卷制成所需板样
卷板机
50
装配定位
按零件图样进行装配并施定位焊，定位焊长度为5-8mm,间距为30-50mm
焊机
焊丝、焊条、保护气体
60
预热
一般情况下不预热，若在寒冷条件下，预热至250℃
70
焊接
将已装配的焊件施连续焊
焊机
焊丝、焊条、保护气体
80
检验
检测焊缝的密封性焊缝外观合格，按国家标准进行超声波探伤
A型脉冲反射法探伤仪
90
焊后处理
清除焊件上的所有焊渣
角向打磨机
100
涂漆
将规定的油漆涂于产品上
110
包装
3.3焊接方法与设备
用于低碳钢的焊接方法很多，如氧乙炔焊、手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊、等离子弧焊、电渣焊、电阻焊、摩擦焊、热剂焊、钎焊等，几乎涉及所有的焊接方法。
近年来，开发呢各种高效率、高质量的焊接工艺和方法，如单面焊双面成行，高效率铁粉焊条和重力焊条电弧焊、氩弧焊封底-焊条电弧焊联合实用法，采用烧结焊剂和快速焊剂的埋弧焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气体保护电弧焊、旋转电弧加热焊等。
这些高效率、高质量的焊接方法在低碳钢结构中获的了日益广泛的应用，下面主要从经济效益、效率、设备复杂程度、操作方便等方面来选择焊接方法：
3.3.1手工电弧焊
手工电弧焊的焊接参数包括焊条种类和牌号、焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度焊条电弧焊的优点：
（1）工艺灵活、适应性强对于不同的焊接位置、接头形式，只要焊条所能达到的任何位置，均能进行方便的焊接。
（2）应用范围广焊条电弧焊的焊条能够与大多数金属性能相匹配，因而接头的性能可以达到被焊金属的性能。
（3）易于分散焊接应力和控制焊接变形由于焊接是局部的不均匀加热，所以在焊接过程都存在着焊接应力和变形。
采用焊条电弧焊，可以通过改变焊接工艺，如采用跳焊、分段退焊、对称焊等方法来减少变形和改善焊接应力的分布。
（4）设备简单成本低焊条电弧焊所用的设备结构都比较简单，维护保养也方便，设备轻便而且易于移动，且焊接中不需要辅助气体保护，并具有较强的抗风能力。
投资少，成本相对较低。
（1）焊条种类和牌号的选择
焊条的选择因考虑焊缝金属力学性能和化学成分，焊接构件使用性能和工作条件，焊接结构特点及受力条件以及施工条件和经济效益。
低碳钢16MN是一种普通结构钢，它要求焊缝金属和母材等强度，而从使用性能和工作条件考虑，支架要承受动载荷和冲击载荷，除强度要满足外，还要保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性，所以要选抗裂性
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