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浅谈中国铁路跨越式发展与货车制造冲压加工系统的建设
Nov 26, 2013  来源:  作者:齐齐哈尔铁路车辆集团 王跃龙 金正哲

【摘要】简要阐述了在中国铁路跨越式发展背景下,铁路货车制造主导企业齐齐哈尔铁路车辆(集团)公司(以下简称齐车公司)冲压加工工艺过程的薄弱环节,并针对冲压加工系统在工艺设计及制造模式、信息化、定额管理等方面的建设进行了探讨。

 

关键词:跨越式发展;铁路货车;冲压加工;信息化;定额管理

 

1 引言

 

      在国民经济快速发展的带动下,铁路运能需求大幅攀升,据有关数据统计,全国日均申请车皮满足率仅为50%60%,高峰期更下降至约35%2002 年底,铁道部部长刘志军在全国铁路工作会议上明确指出, “充分利用后发优势,学习借鉴发达国家铁路技术,实现我国铁路的跨越式发展”。从而拉开了中国实施铁路跨越式发展战略的序幕。

 

      铁路跨越式发展战略主要包括两方面的内容:其一,运输能力的快速扩充。在较短时间内解决铁路运输能力不适应的问题,早日使铁路运输能力适应国民经济和社会发展需要;其二,技术装备水平的快速提高。充分利用国际国内先进的技术资源,加快技术创新,在较短时间内,使我国铁路主要技术装备达到或接近发达国家水平。

 

      按照2004 年国务院通过的《中长期铁路网规划》,2010 年国家铁路牵引动力将全部实现内电化,形成以牵引5000t 的线路为骨干的重载网络,达到重载线路纵横联网,积极建设运煤专线,开行10000t20000t 重载单元组合列车。发展高速铁路和客运专线,开行时速250km以上的高速列车。在主要繁忙干线上开行时速160200km的准高速列车,在普通线路上发展时速120km的快速列车。繁忙干线货物列车时速达120km,一般线路货车时速达到7080km。由此可见,今后我国铁路货车将由通用化货车低端产品向提速、重载货车以及专用货车高端产品转变。

 

2 铁路货车产品研发制造新模式

 

      国内宏观形势的引导,使得中国铁路货车制造业面临着积极而深刻的机遇和挑战。“重载、提速”已然成为铁路货运产品的主要发展方向。供求市场的开放,以及参与国际铁路货车市场竞争的需要,满足用户多样化需求的能力是当今企业可持续发展的关键要素。同时,安全、质量标准意识深入制造过程的各个环节。多品种、小批量、快捷转产将成为今后铁路车辆制造行业的主要生产模式。

 

3 货车制造冲压加工系统建设

 

     为适应货车制造业的深刻变革,齐车公司始终坚持“科技兴企”战略方针,并坚持走“以装备保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”之路,大力提升技术手段。经过“七五”、“八五”、“九五”、“十五”期间的建设,公司在信息化建设、铸造、机械加工、焊接、热处理、理化检测、板材冲压及表面处理、涂装等专业领域,先后从美国、英国、日本、意大利、德国等国家引进了世界一流的现代化装备和生产线,多年来的持续改造,大大提高了产品研发制造能力、内在质量和商品化水平。但是,面对铁路货车技术的快速发展,当前冲压加工系统的建设尚有许多阻力和障碍需要克服与突破。

 

      3.1 冲压信息化建设与实施

 

      信息化建设对提高企业生产效率、降低成本、缩短产品周期、提高质量等方面的成绩已科学共识。上世纪末,齐车公司与清华大学合作,在国内同行业中率先建设了铁路产品开发并行工程,并通过国家“863/CIMS”主题项目验收。图1 所示为产品开发并行工程流程。

 

 

     “并行工程”是一个复杂的系统工程,它解决如何有效地将产品开发设计、工艺准备过程、制造、过程管理、经营销售等过程合理的组织,实现获得最佳的产品周期和成本,有关资料表明,并行工程的实施可有效降低企业产品准备周期30%40%,大幅降低试制成本。冲压加工系统作为货车制造最重要的专业领域之一,其所涵盖的零部件从数量上约占整车70%,其工作流程的快捷、准确性直接关系到产品准备的周期和成本。几年来,我公司并行工程项目的启动和实施,在不同部门的协同应用实施仍处于不断探索验证的阶段。

 

      对于冲压工艺设计,应突出强调工艺设计、分析、模具设计及制造的并行过程,形成图2 所示的过程模式。摒弃传统串行滚动模式,而是将动态协同从始至终贯穿于整个产品过程中,为消除错误发生、系统快速反应、最大程度的压缩过程周期提供有效解决方案。

 

 

    方案的实施应重点关注以下几方面:

 

     (1)控制工艺并行设计及优化的有效运行并提供解决方案。升级现有的CYCAPP2.1 冲压过程设计系统,在工艺方案的制定和模具展开设计过程中,充分发挥专业CAE 系统Dynaform的作用。

 

      (2)构建基于全相关参数化的模具设计过程。除需要部门间协同工作网络环境的支持,作为具体完成模具设计的单元,在设计过程中应充分考虑保证使来自前端数据的任何变化(如产品尺寸局部变更、工艺尺寸调整等)能够及时传递和更新后端输出(如工程图、CAE结构模型、CAM模型等),合理构建设计模型。

 

      (3)协同制造,推进并实现CAD/CAM/CAE/CAPP的一体化技术。特别强调实施成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)、计算机辅助制造技术(CAM)在工艺过程中作用,并形成体制。

 

    (4)冲压资源信息库及工艺标准化建设,可压缩辅助周期,提高可靠性。

 

 

      3.2 加快冲压加工技术改造

 

      近年来,新工艺、新材料等技术在高速、重载铁路货车产品中广泛采用。机器人自动焊接技术对组装精度的要求大幅提高,高强度钢、铝合金、不锈钢等新材料普遍采用。

 

      从工艺角度分析,货车产品大型压力成型加工没有明显的变化;板材异型加工比例增多;由于组装工艺的提升,大中型覆盖和结构件的加工精度要求大大提高;传统标准型钢使用量骤减,取代之主要为冷弯型钢或折压加工;车体高强钢材料的强度等级大幅提升;同时,多品种、小批量、快捷转产的生产特点以及质量标准的提高对冲压加工技术装备提出了新的要求。目前,公司冲压加工系统在板型材的精确下料、新强度材料的校平处理、弯曲成形加工等方面需要升级改造。

 

      国内外板材的剪冲、校平、弯曲、成形以及型钢加工等冲压加工装备技术迅猛发展,数控、液压、材料等新技术已得到广泛应用,设备的数控化比例是衡量该加工系统柔性、质量保证能力的重要标准。因此,针对货车制造冲压加工系统的技术改造,应注重以下几方面内容:

 

      (1)合理配置板材数控剪切、切割设备的占比,提高柔性、精加工能力。随着机器人自动焊接线等组装工艺手段的引进和升级,对相关配套零部件的质量要求提高,尤其要保证大型覆盖结构件的数控精加工能力。当前主流板材剪切设备普遍配备了数控系统,可根据被剪板料的材质、厚度和剪切长度,自动完成剪切角度、剪切行程、刀片间隙和后挡料的调整,剪切精度、效率、柔性控制方面大大提高。在欧美、日本等发达国家,剪切设备普遍配备了集送料、定位、卸料码垛全程自动控制的CNC 集成控制系统,对于大型结构件的数控剪切精度高。

 

      (2)板材校平能力的合理储备。根据产品的预测及当前产品材料应用特点,高强度耐候钢Q450NQR1及不锈钢将成为今后提高车体强度的主要材料。通过对70t 级货车换代产品的材料统计,Q450NQR1 在整车板材件的占比已高达94%(以70t 级通用敞车为例),不锈钢材料也在整车生产中进行了试制,从产品的寿命周期看,屈服强度在600MPa 等级的材料将在今后很长时期内广泛采用。表1 所示为货车产品采用的主要材料强度汇总。

 

 

      (4)钢结构型钢加工技术的提升及定位。70t 级通用货车产品的换代,钢结构型钢类件的构成已发生变化,冷弯型钢已成为钢构件主要材料。冷弯型钢的加工,国外广泛采用锯切下料、CNC 控制机器人切割、机械加工单元组合式生产线,能够完成型钢三维切口形状的高精度加工;而对于小规格截面标准型钢,则普遍采用数控冲切加工线,在效率、成本和质量方面具有显著的综合优势。对于货车型钢构件的加工,可从两方面考虑:其一,引进柔性数控型钢加工生产线,投入较高;其二,借鉴中集集团的集装箱钢构件的制造经验,采用板料剪切切割、数控折压加工方案,投入较低。

 

     (5)具有柔性技术特点的工装应用推广。冲压模具柔性化的设计理念是“脱离单一零件约束,寻求零件的共性制造特征,形成一模多用的制造模式”,实现的关键在于成组分类、模具资源能够可重复“组合”与高效利用。从结构形式上柔性模具分两类:一类是单元式组合模具,另一类是积木式通用模具。组合单元冲模在C80 铝合金运煤敞车生产中的应用成果表明:具有柔性特点的工装应用,可以提高生产效率、降低成本。

 

      (6)走专业化道路。改变冲压系统“小而全”、“多而杂”的现状,对部件组焊按专业化分工原则以及冲压件的大、中、小规格分类,成立一个或几个专业部件组焊制造供应中心。

 

      3.3 冲压材料定额管理研究实施

 

      材料定额技术是界于技术和管理之间的边缘学科,研究和掌握物资消耗定额,对于铁路货车制造有着重要的意义,合理下料与科学定额对产品成本的影响是尤为巨大。

 

      目前,齐车公司批量生产过程中,日消耗板型材约400t,冲压加工材料定额系统的主要问题体现在以下几方面:

 

      (1)经验系数法存在一定的误差,不同车型产品系数的确定缺乏科学依据或标准过时。

 

      (2)定额制定与工艺过程方法脱节,工艺定额编制的精细化程度还应更高。

 

      (3)物资采购过程中钢材规格与定额执行条件的不相符,实耗控制难度高。

 

     4)执行车间物资定额管理方式混乱,现场可控程度低。

 

      (5)忽视了套裁下料的影响。鉴于材料定额技术的重要性,国内外企业及业界专家对该专业领域开展了多方面的研究,方法不一,对企业的实施指导方案也不同。对于铁路货车制造冲压定额技术的建设和发展,如何实施精细定额管理,建议从以下几方面考虑:

 

      (1)通过现场写实等基础工作,修正现有的经验参数。

 

      (2)建立冲压定额体系或机制,如下料套裁卡,关联并指导定额编制,以排样计算法最终实现精细定

额。

 

      (3)物资采购与定额管理的强相关统一、时效性,首先强调定额指导物资采购。

 

      (4)重点进行定额系统的信息化建设,形成以下料工艺、计算机优化排样、技术定额设计、物资管理、定额管理等立体交叉的多点网络系统模式,突出可控性、可执行性。

 

4 结束语

 

      齐车公司作为我国铁路货车主导开发制造企业,新产品的开发进程日趋加快,同时车辆结构日趋复杂,尤其对产品质量及使用性能要求极高的出口车,制造工艺难度空前提高。公司冲压工艺水平及能力、冲压件质量比照发达国家尚有较大差距,还远不能满足提速重载、多产品并行研发生产及产品质量的要求。

 

      当前,处于“十一五”规划的建设期,且适逢国家宏观政策支持“东北老工业基地建设”的良好氛围,为确保货车制造企业的可持续发展,抓住契机,提高冲压加工质量、效率、增强柔性应变能力,加速解决现行及可以预期的冲压加工生产中的关键薄弱环节,优化工艺装备结构,采用优质、高效、低耗的工艺流程与技术,真正形成现代化、规模化、专业化格局的货车制造板材及型钢加工流程,应成为冲压系统建设及技术改造的主导方向。

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