城軌車輛貫通道頂板粘接的工藝設(shè)計與驗證

夏榮文

（湖南工業(yè)大學(xué)，湖南 株洲 412007）

城軌車輛貫通道頂板粘接的工藝設(shè)計與驗證

夏榮文

（湖南工業(yè)大學(xué)，湖南 株洲 412007）

按照歐洲粘接體系要求，對于受力件的粘接工藝設(shè)計和驗證要求較高，并且也是體系里面的一個難點。文章以城軌車輛貫通道頂板的粘接工藝設(shè)計與驗證為例，介紹了按照體系要求對A2級接頭的工藝設(shè)計和驗證的需要的過程。

頂板；粘接；工藝；驗證

貫通道頂板是為了達(dá)到貫通道內(nèi)裝美觀與行車穩(wěn)定的一個平板結(jié)構(gòu)，由于要求平面上無任何孔結(jié)構(gòu)或焊接變形，所以選擇通過粘接來實現(xiàn)改板與支撐座板組成的連接，再由支撐座板組成連接到車的連接框架上。該連接是一種受力連接，失效后存在較大安全風(fēng)險。因此在此接頭的設(shè)計中，必須充分考慮到粘接的受力載荷與耐久性，且在工藝施工中必須嚴(yán)格定義，以實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計需要。文章首先計算接頭等級，確定其為A2等級，其次提出粘接需求清單，設(shè)計出滿足要求的粘接接頭，再通過老化試驗確定其耐久性與可靠性。編制工藝指導(dǎo)書，來控制現(xiàn)場的作業(yè)，配合過程記錄達(dá)到特殊工序控制的要求，最終完成此工藝的設(shè)計。

1 頂板粘接的介紹

頂板的粘接就是通過粘接的連接方式將兩塊板連接到一起。以避免因為鉚接或機(jī)械連接對頂板的破壞，以及因為焊接造成的對兩塊板的熱變形以及應(yīng)力集中等不良。若粘接的力失效，頂板將向下墜落導(dǎo)致可能砸傷人或物。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 頂板粘接的模型

2 貫通道頂板粘接的工藝設(shè)計及驗證流程

2.1 貫通道頂板粘接等級的確定

產(chǎn)品的粘接等級是由該結(jié)構(gòu)粘接件在粘接失效后造成的損失嚴(yán)重程度進(jìn)行劃分的。DIN6701-2的標(biāo)準(zhǔn)中明確對等級劃分依據(jù)做了介紹，如表1所示。

表1 產(chǎn)品的粘接等級劃分

計算軟件也是根據(jù)這個等級要求進(jìn)行設(shè)計的。通過對貫通道頂板的等級計算得出這個粘接接頭為A2級。按照A2等級需要對接頭的設(shè)計進(jìn)行計算和驗證，如圖2所示。

圖2 粘接等級計算圖

2.2 接頭需求清單的制定與計算

按照體系的要求該接頭必須清晰列出其在運(yùn)載條件的所受的各種載荷。根據(jù)這些要求，選擇膠黏劑設(shè)計出滿足需要載荷的粘接接頭。將這些要素整理出一張表格，通過計算，得到選用聚氨酯彈性膠黏劑，通過使用2mm膠條粘接頂板和支撐板的結(jié)論。以滿足所需的載荷強(qiáng)度和冷熱沖擊下的彈性形變造成的內(nèi)部應(yīng)力破壞。根據(jù)需求，考慮到需要的強(qiáng)度不大，而由于大而長的板容易導(dǎo)致變形而引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致膠層出現(xiàn)裂紋，因此選擇彈性聚氨酯膠SIKA252，其技術(shù)參數(shù)如表2所示。

在強(qiáng)度性能上能滿足要求，為單組份膠，施工方便，具有彈性，車輛運(yùn)行過程中對震動有緩沖和吸收震動能的作用。在膠層厚度上由于平面度的原因需要膠層厚度2mm以上，根據(jù)基材熱膨脹性能及聚氨酯剪切最大變形為tgγ=0.25計算膠條的高度應(yīng)滿足：

△α=α鋁-α鋼=（24.2-16.8）e-6=7.4e-6；

△T=Tmax-Tmin=40.6-（-12）=52.6℃；

△ξ=△α×△T=7.4×52.6e-6=389.24e-6；

△ξ=△l/l0，△l=l0×△ξ/2=1414×389.24e-6/2=0.25mm；

tgγ=△l/d，d=△l/tgγ=0.25mm/0.25=1mm。

選擇的膠層厚度2mm＞1mm，滿足要求。

選擇膠條的直徑時，由于膠條截面為7mm的等邊三角形；壓平后為2mm高邊長為12mm的矩形截面。單條粘接面積為12×120=1440mm2；共9條，總面積為12960mm2。

根據(jù)面積以及對應(yīng)公式計算，可以承受的拉伸力為F=σ×S×80%=4×12960×0.8=41472N，重約3t。達(dá)到拉伸載荷要求。

表2 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)面積以及對應(yīng)公式計算，可以承受的拉伸力為F=σ剪切×S×80%=2.5×12960×0.8=25920N，重約2t。達(dá)到剪切載荷要求。

因此這種設(shè)計方式滿足需求清單的要求。

2.3 粘接接頭的驗證

根據(jù)改產(chǎn)品的載荷狀況，主要需要驗證此接頭在冷熱老化后的粘接強(qiáng)度，根據(jù)DVS1618和DIN54457對其老化驗證，經(jīng)過4個周期的老化程序，驗證結(jié)果滿足客戶的需要。如圖3所示。

圖3 老化驗證報告

2.4 編制作業(yè)指導(dǎo)書和過程記錄表

在完成上述的計算和驗證后，證明此種方式可以滿足設(shè)計的需要。最后經(jīng)過工藝試制和驗證，確定了作業(yè)方法和條件，并將這些要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一到作業(yè)指導(dǎo)書中，并且制定過程記錄表，來控制操作過程的溫度、時間、表面處理方式、以及夾持和固化的條件是否滿足作業(yè)指導(dǎo)書要求。通過巡檢的監(jiān)督對過程進(jìn)行控制。最終這個項目的工藝設(shè)計和驗證通過了粘接體系的審核和認(rèn)可。

3 結(jié)束語

文章介紹了結(jié)構(gòu)粘接件在早期的設(shè)計和驗證過程中需要掌控的要點；通過對歐洲粘接體系的全面剖析，給出了一套用以解決粘接工藝設(shè)計和驗證的方法及工具。對于粘接工序的質(zhì)量保證予以極大的支持。通過案例的介紹，對有意于通過DIN6701（歐洲粘接體系）認(rèn)證的企業(yè)或機(jī)構(gòu)有一定的指導(dǎo)意義。

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TH162

A

2096-2789（2016）11-0173-02

夏榮文（1985-），男，湖南永州人，碩士，工程師，研究方向：企業(yè)質(zhì)量管理體系、粘接體系、IRIS體系認(rèn)證、工藝質(zhì)量管理的研究。