客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉工藝技術(shù)研究

張 曉，魏 萌

（洛陽(yáng)廣通汽車(chē)有限公司，河南洛陽(yáng) 471000）

隨著客車(chē)市場(chǎng)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量和輕量化是客車(chē)企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中生存的最重要途徑。高質(zhì)量的側(cè)圍蒙皮可以有效地提高整車(chē)的密封、降噪效果。對(duì)側(cè)圍蒙皮進(jìn)行漲拉，使得側(cè)圍蒙皮達(dá)到塑性變形區(qū)，發(fā)生形變強(qiáng)化，使得側(cè)圍蒙皮的屈服極限得到提高，增強(qiáng)了抵抗變形的能力，增加整車(chē)的剛度，提高整車(chē)的安全性能，同時(shí)可以提高側(cè)圍蒙皮的固有頻率，有效降低側(cè)圍蒙皮在行駛中產(chǎn)生的噪聲[1-3]。

側(cè)圍蒙皮平整度的好壞是判定整車(chē)外觀質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要因素之一。漲拉工藝會(huì)影響側(cè)圍蒙皮的平整度，不斷提高側(cè)圍蒙皮的平整度也是各客車(chē)廠家工藝努力的方向。鋁板質(zhì)量遠(yuǎn)低于同體積鐵板，但具有輕量化的優(yōu)點(diǎn)，因此，在客車(chē)側(cè)圍蒙皮上得到廣泛應(yīng)用[4]。但是，由于鋁材料本身的特性，采用傳統(tǒng)漲拉工藝，鋁蒙皮表面易出現(xiàn)斷裂、波浪和褶皺、魚(yú)尾紋等缺陷，對(duì)生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)都有較大影響[4]。此外，客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉工藝中，存在側(cè)圍鋁蒙皮在填膠粘接后，無(wú)法對(duì)整體客車(chē)進(jìn)行電泳的問(wèn)題[5]。

目前，鋁蒙皮漲拉工藝存在較多的缺陷：蒙皮焊點(diǎn)較多，導(dǎo)致焊接、打磨工作量大，涂裝刮灰量大[6]；焊點(diǎn)處溫度相應(yīng)較高，冷卻到常溫時(shí)蒙皮會(huì)產(chǎn)生殘余收縮應(yīng)力，往往引起焊接變形，對(duì)蒙皮有較大損傷[6]；蒙皮接縫難以控制，導(dǎo)致蒙皮局部不平整等[7]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉工藝，使用鋁薄板作為蒙皮板材，采用熱漲拉的方式進(jìn)行拉伸，極大地改善或消除了傳統(tǒng)漲拉工藝鋁蒙皮表面易出現(xiàn)斷裂、波浪、褶皺和魚(yú)尾紋等缺陷，提升了鋁蒙皮平整度、光滑度及作業(yè)效率。

1 熱漲拉工藝及側(cè)圍鋁蒙皮產(chǎn)生缺陷的原因

1.1 熱漲拉工藝

熱漲拉工藝主要包括火焰加熱漲拉工藝和電加熱漲拉工藝。由于電加熱漲拉存在能耗高、易受環(huán)境因素影響、對(duì)電源供應(yīng)及施焊速度要求高等缺點(diǎn)，逐步被現(xiàn)代的客車(chē)企業(yè)淘汰[8]。因此，本文采用的熱漲拉工藝為火焰加熱漲拉工藝。

火焰加熱漲拉工藝主要采用氧乙炔氣體配合適當(dāng)槍頭對(duì)側(cè)圍鋁蒙皮進(jìn)行加熱。其加工工藝流程：將經(jīng)過(guò)預(yù)先校平的側(cè)圍鋁蒙皮，一端通過(guò)焊接固定在側(cè)圍骨架立柱上，另一端固定在機(jī)械或者液壓漲拉機(jī)上進(jìn)行牽引，使得鋁蒙皮初步繃緊。此時(shí)對(duì)鋁蒙皮進(jìn)行火焰加熱，根據(jù)“熱脹冷縮”原理，使鋁蒙皮發(fā)生膨脹，在鋁蒙皮熱膨脹狀態(tài)下將其另一端也焊接在側(cè)圍骨架立柱上。當(dāng)鋁蒙皮冷卻時(shí)，發(fā)生收縮，將此前熱膨脹的蒙皮繃緊，完成整個(gè)漲拉過(guò)程。

1.2 側(cè)圍鋁薄板的失穩(wěn)現(xiàn)象

側(cè)圍鋁薄板在成型過(guò)程中，當(dāng)其受到的壓應(yīng)力達(dá)到材料的臨界值時(shí)，鋁薄板產(chǎn)生斷裂、波浪褶皺和魚(yú)尾紋等加工缺陷，影響美觀的同時(shí)，承載能力大幅度下降，這種現(xiàn)象成為失穩(wěn)現(xiàn)象[9]。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，可知失穩(wěn)現(xiàn)象下，側(cè)圍鋁薄板的受力示意圖如圖1所示，其臨界應(yīng)力σlb為：

圖1 鋁薄板受壓示意圖

式中，δ為側(cè)圍鋁薄板的厚度；B為側(cè)圍鋁薄板的寬度；K為板支承情況常數(shù)，與支承方式有關(guān)，本文中固定方式為兩端固定，K值取6.970。

1.3 側(cè)圍鋁蒙皮的焊接變形

側(cè)圍鋁蒙皮在焊接后，薄板中會(huì)存在內(nèi)應(yīng)力，大部分情況下，焊縫附近區(qū)域存在拉應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力，故當(dāng)薄板中的壓應(yīng)力大于臨界應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，即出現(xiàn)波浪褶皺[10]。客車(chē)的側(cè)圍鋁蒙皮組裝焊接時(shí)，相當(dāng)于薄板的焊接形式，在焊接過(guò)程結(jié)束后，由于殘余應(yīng)力的作用，往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重波浪褶皺，嚴(yán)重影響客車(chē)側(cè)圍結(jié)構(gòu)的平面度及光滑度。因此，在側(cè)圍鋁蒙皮的焊接過(guò)程中，應(yīng)盡可能地減小鋁薄板內(nèi)存在的殘余壓應(yīng)力，甚至可以在鋁薄板內(nèi)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，進(jìn)而避免或減小鋁薄板焊接引起的波浪褶皺。

2 客車(chē)鋁側(cè)圍蒙皮漲拉工藝

2.1 具體工藝流程

（1）在車(chē)身骨架的側(cè)圍骨架中的斜梁和豎梁上粘貼耐高溫海綿。

（2）將鋁蒙皮貼于耐高溫海綿上，同時(shí)將鋁蒙皮的前端固定于車(chē)身骨架上。

（3）通過(guò)漲拉設(shè)備夾緊鋁蒙皮的尾端，在對(duì)鋁蒙皮進(jìn)行漲拉的同時(shí)利用加熱設(shè)備對(duì)鋁蒙皮同步加熱。

（4）在漲拉完成后將鋁蒙皮的尾端固定于車(chē)身骨架上。（5）將固定有鋁蒙皮的車(chē)身骨架推入電泳池中進(jìn)行電泳。（6）將粘接膠填于鋁蒙皮與車(chē)身骨架之間完成打膠。使用活化劑清潔車(chē)身骨架的窗下梁的表面、腰梁的表面以及鋁蒙皮的表面；在窗下梁的表面和腰梁的表面以及鋁蒙皮對(duì)應(yīng)的位置涂覆底涂；在窗下梁與鋁蒙皮之間的縫隙以及腰梁與鋁蒙皮之間的縫隙內(nèi)填充粘接膠。

2.2 具體實(shí)施案例

車(chē)身結(jié)構(gòu)及高溫海綿貼設(shè)方式如圖2所示，其中，紅色短條1為高溫海綿，耐高溫海綿為高溫橡塑海綿。側(cè)圍骨架按圖2方式粘貼15mm厚高溫橡塑海綿（海綿厚度=蒙皮與骨架理論間隙+5mm）。

圖2 車(chē)身結(jié)構(gòu)及高溫海綿貼設(shè)方式示意圖

鋁側(cè)圍蒙皮通過(guò)多人搬運(yùn)至車(chē)身側(cè)圍骨架相應(yīng)高度，其客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉的車(chē)身骨架立體圖如圖3所示，其車(chē)身結(jié)構(gòu)局部放大圖如圖4所示。按照?qǐng)D紙尺寸定位后，蒙皮前端采用Φ6.3不銹鋼鉚釘固定，固定間距60～80mm，蒙皮后端使用蒙皮夾緊工裝，夾緊后將鐵鏈掛于蒙皮漲拉裝置上，啟動(dòng)漲拉裝置開(kāi)始漲拉。

圖3 客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉的車(chē)身骨架立體圖

圖4 車(chē)身結(jié)構(gòu)局部放大圖

與此同時(shí)，兩名操作人員各持一把液化氣火焰槍?zhuān)鼗鹧鏄尲訜崧肪€（圖5），對(duì)蒙皮進(jìn)行烘烤加熱。使用紅外線測(cè)溫槍進(jìn)行監(jiān)控，溫度達(dá)到80～90℃時(shí)停止加熱。圖5中紅線為加熱路線，按路線往復(fù)加熱。

圖5 火焰槍加熱路線示意圖

蒙皮后端采用不銹鋼鉚釘固定，固定間距60～80mm。蒙皮固定后，整車(chē)推入電泳池中電泳，電泳后轉(zhuǎn)入打膠工位。打膠前使用活化劑清潔窗下梁、腰梁外表面及對(duì)應(yīng)的蒙皮表面，然后使用配套底漆涂刷窗下梁、腰梁表面及對(duì)應(yīng)的蒙皮表面，刷涂后干燥15～20min，最后使用配套粘接膠填于窗下梁、腰梁與蒙皮之間縫隙中。填膠后，使用2m靠尺從外側(cè)壓緊窗下梁及腰梁處蒙皮，并檢查蒙皮平整度，使用紙膠帶粘接固定蒙皮。靜置10h后即可轉(zhuǎn)入下一道工序。

2.3 客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）能夠提升鋁蒙皮的平整度，減少鋁蒙皮波浪、褶皺和魚(yú)尾紋等缺陷，極大地提升蒙皮平整度。實(shí)例中使用2m靠尺測(cè)量蒙皮不貼合間隙≤1mm，波浪、褶皺地魚(yú)尾紋等缺陷減少。

（2）由于鋁蒙皮經(jīng)過(guò)漲拉之后的平整度良好，減薄鋁蒙皮的厚度也能達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量要求，因此可以采用較薄的鋁蒙皮，能夠減輕整車(chē)自重。

（3）由于鋁蒙皮的延展性更好，更易被漲拉，因此可以縮短漲拉工時(shí)，提高作業(yè)效率。實(shí)例中單張蒙皮漲拉作業(yè)節(jié)拍可達(dá)到30min以?xún)?nèi)。

（4）蒙皮漲拉后先電泳再填膠，解決了粘接后無(wú)法整車(chē)電泳的難題。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種新型的客車(chē)側(cè)圍鋁蒙皮漲拉工藝，通過(guò)漲拉設(shè)備夾緊鋁蒙皮的尾端，在對(duì)鋁蒙皮進(jìn)行漲拉的同時(shí)利用加熱設(shè)備對(duì)鋁蒙皮同步加熱，進(jìn)行鋁蒙皮漲拉。采用先電泳后填膠的工藝順序，提高作業(yè)效率，極大提升了鋁蒙皮漲拉之后的平整度，減少鋁蒙皮的波浪、褶皺以及魚(yú)尾紋等缺陷，解決了粘接后無(wú)法整車(chē)電泳的難題。