客車鋁車身骨架合裝方法研究

石成義， 張 東， 韓華然， 趙延平

(中通客車控股股份有限公司，山東 聊城 252000)

一直以來，整車輕量化[1]以減少燃油消耗為主要目的。但近幾年，隨著電動汽車的發展，輕量化則有多個主要目的：抵消電池電源系統的重量、降低整車重量提高動力性和續航里程等。目前客車輕量化最主要的方式還是采用輕量化材料[2]，包括高強度鋼在底架上的應用，鋁合金、鎂合金在車身上的應用，碳纖維復合材料[3]在部分內外附件上的應用。而客車車身的連接合裝是鋁合金材料應用帶來的新的工藝問題，因此本文就客車鋁車身骨架合裝的主要方法及應用進行探討。

1 客車鋁車身合裝與傳統合裝方式的區別

鋁合金材料在客車車身骨架上的應用[4]，帶來一系列的變化，其中對骨架合裝影響巨大，與傳統客車骨架合裝最大的區別主要有以下幾個方面：

1) 原材料的變化。鋁的密度約為鋼的1/3，具較高的導電導熱性，塑性好，易于成型，且可以回收利用[5]。通過基礎成型及加工成型可以制作多種鋁合金型材[6]，早在上世紀70年代就已經引入汽車零部件，近幾年開始批量應用在電動客車車身骨架上。

2) 型材規格的變化。傳統客車鋼骨架主要型材為各種規格的矩形鋼管，特殊位置采用異形截面結構，如腰梁采用“P”型鋼管、下裙梁采用“D”型鋼管。而鋁車身形成的大片骨架因為連接方式的改變，大量采用可插接配合式的異形型材規格。

3) 異種材質[7]的連接。這是一項非常重要的變化，因為鋁型材(在客車骨架上的應用目前被認為是新材料)在客車骨架上的應用，造成有些部分的連接為異種材質之間的連接，比如鋁合金側圍與鋼車架之間的連接，采用在鋁側圍上提前用螺栓連接或鉚接過渡鋼板的方法，然后再通過過渡鋼板將鋁側圍與鋼車架焊接連接。

4) 連接方法的改變。傳統客車鋼骨架車身的連接方式主要是焊接，而鋁車身骨架的連接有多種方式，可以焊接，也可以鉚接或鉚粘聯合。

5) 控制要求的變化。尤其體現在整車骨架調形上，鋼骨架車身的調形主要采用大錘冷調形與火烤熱調形方式；而鋁車身骨架存在調形困難的問題，對調形范圍、位置、程度都有一定的約束性。

2 客車鋁車身合裝方法研究

2.1 鋁車身合裝的特點

1) 鋁車身合裝順序與常規鋼車身合裝相比更加靈活，既能采用與鋼骨架完全相同的合裝順序，又能采用五大片預先獨立合裝，再與底架(車架)合裝的方式。

2) 對于以采用螺、鉚連接方式為主的鋁車身骨架，大片之間的連接效率相對較低，需要螺栓或鉚釘逐個放入通孔并逐一緊固；但連接的施工環境要好于焊接。

3) 對合裝一次成功率要求更高，原因之一是鋁型材及其形成骨架本身的塑性要低于鋼骨架，對后續調形要求更高甚至無法實施；另一個原因是對鉚接之后的拆解更加復雜、困難。

4) 車身防腐更加繁瑣，由于存在異種材質的連接和在線投產方式的局限性，不便實現整車電泳[8]，從而增加防腐的工作量，尤其對于異種材質連接位置的防腐、防靜電工作。

2.2 客車鋁車身合裝的幾種方法

2.2.1 客車鋁骨架成型連接方法

1) 焊接為主?？蛙嚬羌芨鞔笃倔w、大片與大片之間均采用焊接。焊接成型整體效率較高，但因鋁及其合金的物理特性，如線膨脹系數大，熔點低等造成焊接難度大、極易產生焊接變形，且必須采用成本稍高的氬弧焊接、鋁合金焊材。

2) 鉚接為主?？蛙嚬羌芨鞔笃倔w采用鉚接，大片與大片之間主要采用鉚接[9]，部分連接采用焊接。鉚接最主要的優點就是連接變形小，對連接環境要求低。存在局部結構約束無法進行鉚接的部位則用焊接方式進行補充。

對于骨架大片之間采用焊接連接的情況，與鋼骨架整體合裝有一定的相似性，不再贅述。本文主要對以鉚接為主的客車骨架各大片合裝工藝進行闡述。

2.2.2 客車鋁骨架借用外控合裝胎合裝

外控合裝胎是一種在車身外部進行合裝控制的胎具?？蛙嚨准苡?種結構狀態，一種是車架式結構，剛度較大；一種是車身與底盤扣合的結構，底架以副車架的形式存在，剛度較小[4]。

借用外控合裝胎進行有車架的鋁車身的合裝，如圖1所示。合裝順序是以側圍骨架為基準，逐步拼合車架、頂蓋骨架、前圍骨架與后圍骨架，具體如下。

圖1 外控合裝胎合裝客車鋁車身骨架示意圖

1) 首先借助外控合裝胎，用吊帶將左側骨架吊至合裝胎的左側,左側骨架外弧面朝向左側胎架,使左側骨架腰梁落在合裝胎腰梁限位槽中，靠緊高度和前后方向的定位后，夾緊各夾緊器。同樣的方式吊裝右側骨架。

2) 將車架吊入或推進合裝工裝，保持車架與側圍骨架前后端一致，同時調整車架與側圍之間的高度位置，使其達到正確的相對高度。對于高度的調整，可根據合裝工裝的不同進行合適的調整，有的合裝是靠車架承載部分的升降來配合與側圍高度的相符，有的合裝是靠左右胎架內設置的升降機構來調整側圍的整體高度以配合車架高度。

3) 側圍骨架與車架定位焊接。①操作外控合裝胎向車架方向合攏，使左右側骨架立柱內面與對應的車架橫梁接觸或預留2～5 mm的間隙，根據側立柱的位置調節車架位置。②用校平儀檢測車架的水平度,根據實際情況,用千斤頂調節車架前后左右高度，使車架上面水平且和側圍骨架上的理論位置對準。③將左右側圍骨架向中間繼續推進到位，根據鋁車身連接總成圖紙，焊接側圍立柱下端連接板與車架橫梁兩端的接縫，先點焊處理，后續固化形體后再滿焊。

4) 將頂蓋骨架吊至側圍骨架上方，調整頂蓋前后左右位置，使頂蓋骨架兩端縱梁與側窗立柱對接，乘客門前后立柱與頂蓋兩端縱梁插接，先將車身前后端連接板中心孔與頂蓋縱梁上的中心孔對齊，并用合適型號的鉚釘固定，然后再用連接板鉚接中間部位。

5) 前圍骨架鉚接。①用吊帶將前圍骨架總成吊至車身骨架前端。②將前頂橫梁與頂弧梁對接，調整前圍骨架左右位置，使前頂橫梁與頂弧梁上的孔一一對齊，可借助外圍工裝的夾鉗進行過程緊固，然后用合適鉚釘固定。③將連接板中心孔與骨架上的中心孔對齊，用型號合適的鉚釘固定。④將前門下橫梁、駕駛員窗下橫梁與前圍骨架用氬弧焊焊接固定，要求連接處滿焊，或根據預留孔情況進行鉚接。

6) 后圍骨架鉚接。后圍骨架的吊裝、對接、鉚連與前圍骨架基本類似，不同的是最后將左右側圍骨架后端最后一根裙邊梁與后圍骨架用氬弧焊焊接固定。

7) 將車架與側圍、前后圍存在的過渡連接板接縫進行滿焊處理。

8) 最后刷防銹漆，在車架橫梁與側圍連接焊接處涂覆防銹底漆，要求焊接處全部涂覆到位。

對于沒有獨立車架的鋁車身的合裝，因底架(副車架)已提前形成一個連接在一起的大片，是骨架的一片，整車骨架合裝仍以側圍骨架為基準，逐步拼合底架(副車架)、頂蓋骨架、前圍骨架與后圍骨架。

2.2.3 客車鋁骨架借用簡易內控胎合裝

這是在沒有外控合裝胎的情況下進行的合裝工藝，適用于試生產、訂單相對較少的情況。內控合裝胎是一種在車身內部進行合裝控制的簡易胎具。與外控合裝胎相比，簡單易作，成本低廉。

底架的2種結構狀態均可采用簡易內控胎合裝，如圖2所示，合裝工藝相同，合裝順序是以車架(底架)為基準，逐步拼合側圍骨架、頂蓋骨架、前圍骨架與后圍骨架。

圖2 簡易內控胎合裝客車鋁車身骨架示意圖

1) 首先進行車架定位，用水平儀校正車身底盤車架水平位置，車身兩端水平誤差在2 mm內。安裝2套自制內控合裝工裝，可使用250型F夾具將內控胎與車架縱梁夾裝固定，保證固定牢靠能夠用來懸掛側圍骨架。

2) 用吊帶將左側骨架吊至車架左側，左側骨架外弧面朝向左側，內弧面朝向簡易內控胎與車架,并使左側骨架窗上沿梁鉤掛在2套工裝上，靠緊高度和前后方向的定位后，夾緊活動夾緊器，同樣的方式吊裝右側骨架。根據鋁車身連接件總成圖紙，對相應側圍立柱下端連接板與車架橫梁兩端進行定位焊接，要求方鋼連接處點焊處理。

3) 頂蓋骨架與側圍骨架鉚接。將頂蓋骨架吊至側圍骨架上方，調整頂蓋前后左右位置，使兩端縱梁與側窗立柱對接，乘客門兩立柱與頂蓋兩端縱梁插接到位，對齊車身前后端與頂蓋兩端縱梁連接板中心孔，并用合適型號的鉚釘固定，再用連接板鉚接中間部位。

4) 吊裝前圍骨架并鉚接。①用吊帶將前圍骨架總成吊至車身骨架前端。②將前頂橫梁與頂弧梁對接，調整前圍骨架左右位置，對齊前頂橫梁與頂弧梁上的孔，然后用合適鉚釘固定。③對于連接板中心孔與骨架上的中心孔，用型號合適的鉚釘固定。④將前門下橫梁、駕駛員窗下橫梁與前圍骨架用氬弧焊焊接固定，要求連接處滿焊，或根據預留孔情況進行鉚接。

5) 吊裝后圍骨架并鉚接。后圍骨架的吊裝、對接、鉚連與前圍骨架基本類似，不同之處是最后將左右側圍骨架后端最后一根裙邊梁與后圍骨架用氬弧焊焊接固定即可。

6) 將車架與前后左右四大片存在的過渡連接板接縫進行滿焊處理，完成骨架車的合裝，如圖3所示。最后在車架橫梁與前后左右四大片焊接接縫處涂覆防銹底漆。

圖3 鋁合金骨架合裝后狀態

通過實際試生產情況分析，客車鋁車身骨架的這幾種合裝方法滿足其成型需求，能夠使其具有更高的精度、更小的變形量和更小的整車調形工作量，因此，推動了鋁型材骨架在客車車身上的應用。

3 結束語

輕量化材料在客車上的不斷應用，給整體成型工藝帶來了挑戰，當然也是機遇，為采用更加先進、合理、適用的連接方式提供了更好的平臺。今后，相應的連接工藝將是我們面臨的最大問題與挑戰，我們要改變傳統思路，進行多方新型連接工程如EMPT[10]、CMT[11]、SPR[12]等技術的研究、驗證及應用，來適應新形勢、新材料、新結構、新工藝的發展，為客車輕量化的發展及推廣提前進行技術儲備。