不銹鋼門板粘接熱變形淺析

孫雨

摘 要：不銹鋼門板粘接變形問題 （輪廓度誤差），一直困擾著工藝人員，由于門板 結(jié)構(gòu)為不銹鋼+鋁骨架+鋁蒙皮，不同材料的熱膨脹系數(shù)的差異，門板在加熱、冷卻時(shí)不銹鋼板與鋁合金收縮，最終體現(xiàn)在門板輪廓度上的誤差，導(dǎo)致門板弧度發(fā) 生變化，不能滿足設(shè)計(jì)要求，通過工藝分析與驗(yàn)證進(jìn)行尋找變化規(guī)律，對(duì)門板進(jìn)行預(yù)變形和反變形來解決粘接熱變形形成的輪廓度超差的問題。

關(guān)健詞：不銹鋼、膨脹系數(shù)、輪廓度、變形、門板、鋁合金、粘接

中圖分類號(hào)：TH162.1

1：引言

下圖為某公司生產(chǎn)的兩種不銹鋼門板，外蒙皮為不銹鋼板、中間骨架為鋁合 金，內(nèi)蒙皮為鋁合金，不銹鋼與鋁合金材料的膨脹系數(shù)不同，門板在粘接固化（中 溫，135- 145 度） 時(shí)，因膨脹系數(shù)的不同，在此溫度下產(chǎn)生的材料膨脹，導(dǎo)致冷卻時(shí)的收縮不同，造成了門板弧度變形，不符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

A 型號(hào)產(chǎn)品 B 型號(hào)產(chǎn)品

2：影響因素分析

剖析門板，從結(jié)構(gòu)、材料 （膠）、溫度、模具這幾個(gè)方面分析，著重從材料膨脹，在加熱、冷卻這一循環(huán)上導(dǎo)致的變化。

2.1 結(jié)構(gòu)分析

以A型號(hào)和B型號(hào)為例，兩種門板均為移門，區(qū)別：A 型號(hào)在彎曲弧度上增加了一個(gè)橫筋型材。兩種門板的下檔型材不同 。

2.1.1 由于在彎曲R部位增加一橫筋，R 處彎曲變形受限制，門板整體的變形分為了兩個(gè)區(qū)間，分別為上半直線部分和下半直線部分。使得在固化后變形以R分為兩個(gè)部位，這種結(jié)構(gòu)變形后更難復(fù)位與校正。

2.1.2 B型號(hào)的結(jié)構(gòu)變形的整體性更好，且 R 處的彎曲變形連接上下兩個(gè)部分，便于復(fù)位與校正。

2.1.3 下檔的對(duì)稱性問題;A型號(hào)的下檔為非對(duì)稱型材，與不銹鋼、鋁合金蒙皮 粘接面積不同，導(dǎo)致的變形差異大，而B型號(hào)下檔型材對(duì)稱，與不銹鋼蒙皮粘 接面積相等，變形一致性相同。

2.2 粘接膠膜

門板使用粘接膠型號(hào)為熱塑性膠膜（型號(hào)AH01），膠膜在135-145度下固化，保溫75分鐘，由于粘接結(jié)構(gòu)為不銹鋼板+鋁型材框架+鋁蒙皮，整體粘接固化后，粘接力全部有AH01膠提供，這種三明治結(jié)構(gòu)，直接影響的因素由于不同材料的膨脹不同，當(dāng)粘接成整體后收縮也不一致，不能同時(shí)收縮，從而導(dǎo)致門板線輪廓度的收縮差異，通過對(duì)鋁合金、不銹鋼的冷熱收縮性的對(duì)比，兩種金屬材料的收縮率為鋁合金>不銹鋼，其中AH01膠固化后有一定的彈性，膠膜隨著金屬材料 的變化而變化。

2.3 溫度

溫度是影響材料變化的最大因素，門板粘接過程由室溫加熱到135度左右，保溫75分鐘，然后再降溫到50度以下卸除壓力，材料通過加熱冷卻這一循環(huán)，由于膠粘劑粘接力作用點(diǎn)的溫度為135度左右，鋁合金、不銹鋼在加熱膨脹最大值時(shí)進(jìn)行了粘接固化，使得不銹鋼板、鋁型材、鋁蒙皮三種材料連接成一體，但是，在冷卻的過程中，不同種材料的膨脹與收縮不同，且由于膠粘劑的粘接作用，收縮復(fù)位不能等同，造成了門板向收縮率大的方向變化。

2.4 門板收縮分析

門板由粘接膠連接固定，固化溫度135- 145度之間，粘接膠分子交聯(lián)，將材料粘接整體，此時(shí)相對(duì)材料而言是最大膨脹點(diǎn)，粘接膠分子交聯(lián)達(dá)到最大粘接強(qiáng)度，其不同材料的相對(duì)位置已固定，保溫后冷卻，金屬材料由于膨脹原因而收縮，材料不同，收縮不同，在粘接膠作用下，發(fā)生向收縮大的方向變形，所以通過分析，需要進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)反變形與預(yù)變形。

3：門板前后檔變形設(shè)計(jì)

由于材料的熱膨脹系數(shù)不同，結(jié)合實(shí)際的門板結(jié)構(gòu)，門板骨架為鋁合金，內(nèi)側(cè)為鋁蒙皮，外側(cè)為不銹鋼蒙皮的弧門，初步分析，鋁合金蒙皮在內(nèi)側(cè)，不銹鋼蒙皮為外側(cè)，因?yàn)殇X合金的收縮率大于不銹鋼板，所以門板固化后的收縮變形為內(nèi)側(cè)收縮。根據(jù)這一分析，門板的前后檔就需要在固化前事先進(jìn)行一個(gè)預(yù)先的變形，這樣才能保證門板固化后抵消鋁合金的收縮，使得前后檔收縮后保持與圖紙相符的角度與輪廓度。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)與分析相結(jié)合做出以下預(yù)先的變形設(shè)計(jì)：

3.1 將前后檔的角度至于圓弧的角平分線中間，再將整體的門板角度放大1-2度（視門板結(jié)構(gòu)而定）。

3.2 以形成夾角的兩個(gè)直線端為預(yù)變形對(duì)象，分別將長端與短端下降比為 2：1 的關(guān)系進(jìn)行預(yù)變形，通過圓弧中心切點(diǎn)與下降后的端點(diǎn)連接成直線，以此直線進(jìn)行反變形偏移，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得反變形量按照長邊與短邊之比為2：1，實(shí)際反變形量為2mm與1mm，所得直線端有三點(diǎn)，這樣形成一個(gè)圓弧，按照?qǐng)A弧后形成的一個(gè)初步的整體預(yù)變形與反變形結(jié)合的曲線做為不銹鋼門板的前后檔彎曲線制作彎曲模及樣板，同樣以此曲線增加不銹鋼蒙皮厚度形成了固化模具線，按照此線設(shè)計(jì)固化模。

3.3 按照上述的預(yù)變形與反變形的結(jié)合設(shè)計(jì)方法，可以得到一個(gè)初步的前后檔彎曲線及固化模具的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線，制作相應(yīng)模具進(jìn)行試制生產(chǎn)，由機(jī)加工、焊接、粘接固化后形成一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)門板固化后測量數(shù)據(jù)進(jìn)行第二次的微調(diào)整曲線，對(duì)固化模具修模，重新生產(chǎn)門板測量，得到符合圖紙要求的不銹鋼門板生產(chǎn)預(yù)變形與反變形曲線并固定。

根據(jù)上述方法，以北京九號(hào)線為例，通過基本方法，列出第一次固化曲線，推導(dǎo)出機(jī)加工前后檔及焊接工裝曲線。

B 型號(hào)門板曲線生成過程，如下圖：

通過第一次基本曲線，固化后經(jīng)過門板測量得出數(shù)據(jù)，反饋進(jìn)行第二次曲 線的修訂，同時(shí)對(duì)固化模具的曲面進(jìn)行調(diào)整修模，再進(jìn)行門板的固化生產(chǎn)，測量門板弧度，整理出一個(gè)相對(duì)合理的曲線，并固定。

同時(shí)基于移門下檔中安裝下滑道，同樣需要有直線度要求，通過分析與試驗(yàn)，對(duì)稱性下檔，我們?cè)诠袒＞呱线M(jìn)行了0.7mm左右的反變形，保證固化后 的不銹鋼與鋁板膨脹變形進(jìn)行補(bǔ)償。

對(duì)于非對(duì)稱性下檔，目前方法很難進(jìn)行控制，只能通過固化后人工校正，但是質(zhì)量很難穩(wěn)定，風(fēng)險(xiǎn)高，故建議設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免采用這一結(jié)構(gòu)。

4：總結(jié)

本文總結(jié)了對(duì)前后檔的預(yù)變形及反變形，預(yù)先將門板夾角放大1度左右，再將前后檔直線部分按照比例進(jìn)行反變形，使得整個(gè)門板呈現(xiàn)由三段圓弧連接而成 的曲線。

通過上述方法進(jìn)行不銹鋼門板曲線設(shè)計(jì)，結(jié)合門板試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)匯總并修正曲線參數(shù)，得到正確生產(chǎn)預(yù)變形與反變形的曲線并加以固定。積累了不銹鋼門板變形曲線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，縮短門板前期試驗(yàn)周期，使得門板質(zhì)量與生產(chǎn)效率大幅提高。由于不同型號(hào)不銹鋼板的差異性，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)還需要試驗(yàn)，加以輔助性參數(shù)調(diào)整，才能得到更準(zhǔn)確的參數(shù)并固定，該工藝方法對(duì)類似產(chǎn)品的生產(chǎn)制造有借鑒指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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