客車側圍鋁蒙皮漲拉工藝技術研究

張 曉，魏 萌

（洛陽廣通汽車有限公司，河南洛陽 471000）

隨著客車市場的不斷發展，產品質量和輕量化是客車企業在競爭中生存的最重要途徑。高質量的側圍蒙皮可以有效地提高整車的密封、降噪效果。對側圍蒙皮進行漲拉，使得側圍蒙皮達到塑性變形區，發生形變強化，使得側圍蒙皮的屈服極限得到提高，增強了抵抗變形的能力，增加整車的剛度，提高整車的安全性能，同時可以提高側圍蒙皮的固有頻率，有效降低側圍蒙皮在行駛中產生的噪聲[1-3]。

側圍蒙皮平整度的好壞是判定整車外觀質量優劣的重要因素之一。漲拉工藝會影響側圍蒙皮的平整度，不斷提高側圍蒙皮的平整度也是各客車廠家工藝努力的方向。鋁板質量遠低于同體積鐵板，但具有輕量化的優點，因此，在客車側圍蒙皮上得到廣泛應用[4]。但是，由于鋁材料本身的特性，采用傳統漲拉工藝，鋁蒙皮表面易出現斷裂、波浪和褶皺、魚尾紋等缺陷，對生產效率及產品品質都有較大影響[4]。此外，客車側圍鋁蒙皮漲拉工藝中，存在側圍鋁蒙皮在填膠粘接后，無法對整體客車進行電泳的問題[5]。

目前，鋁蒙皮漲拉工藝存在較多的缺陷：蒙皮焊點較多，導致焊接、打磨工作量大，涂裝刮灰量大[6]；焊點處溫度相應較高，冷卻到常溫時蒙皮會產生殘余收縮應力，往往引起焊接變形，對蒙皮有較大損傷[6]；蒙皮接縫難以控制，導致蒙皮局部不平整等[7]。針對上述問題，本文設計了一種新型的客車側圍鋁蒙皮漲拉工藝，使用鋁薄板作為蒙皮板材，采用熱漲拉的方式進行拉伸，極大地改善或消除了傳統漲拉工藝鋁蒙皮表面易出現斷裂、波浪、褶皺和魚尾紋等缺陷，提升了鋁蒙皮平整度、光滑度及作業效率。

1 熱漲拉工藝及側圍鋁蒙皮產生缺陷的原因

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、易受環境因素影響、對電源供應及施焊速度要求高等缺點，逐步被現代的客車企業淘汰[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槍頭對側圍鋁蒙皮進行加熱。其加工工藝流程：將經過預先校平的側圍鋁蒙皮，一端通過焊接固定在側圍骨架立柱上，另一端固定在機械或者液壓漲拉機上進行牽引，使得鋁蒙皮初步繃緊。此時對鋁蒙皮進行火焰加熱，根據“熱脹冷縮”原理，使鋁蒙皮發生膨脹，在鋁蒙皮熱膨脹狀態下將其另一端也焊接在側圍骨架立柱上。當鋁蒙皮冷卻時，發生收縮，將此前熱膨脹的蒙皮繃緊，完成整個漲拉過程。

1.2 側圍鋁薄板的失穩現象

側圍鋁薄板在成型過程中，當其受到的壓應力達到材料的臨界值時，鋁薄板產生斷裂、波浪褶皺和魚尾紋等加工缺陷，影響美觀的同時，承載能力大幅度下降，這種現象成為失穩現象[9]。查閱相關文獻，可知失穩現象下，側圍鋁薄板的受力示意圖如圖1所示，其臨界應力σlb為：

圖1 鋁薄板受壓示意圖

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

1.3 側圍鋁蒙皮的焊接變形

側圍鋁蒙皮在焊接后，薄板中會存在內應力，大部分情況下，焊縫附近區域存在拉應力，遠離焊縫的區域為壓應力，故當薄板中的壓應力大于臨界應力時，就會產生失穩現象，即出現波浪褶皺[10]?？蛙嚨膫葒X蒙皮組裝焊接時，相當于薄板的焊接形式，在焊接過程結束后，由于殘余應力的作用，往往會產生嚴重波浪褶皺，嚴重影響客車側圍結構的平面度及光滑度。因此，在側圍鋁蒙皮的焊接過程中，應盡可能地減小鋁薄板內存在的殘余壓應力，甚至可以在鋁薄板內產生拉伸應力，進而避免或減小鋁薄板焊接引起的波浪褶皺。

2 客車鋁側圍蒙皮漲拉工藝

2.1 具體工藝流程

（1）在車身骨架的側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，同時將鋁蒙皮的前端固定于車身骨架上。

（3）通過漲拉設備夾緊鋁蒙皮的尾端，在對鋁蒙皮進行漲拉的同時利用加熱設備對鋁蒙皮同步加熱。

（4）在漲拉完成后將鋁蒙皮的尾端固定于車身骨架上。（5）將固定有鋁蒙皮的車身骨架推入電泳池中進行電泳。（6）將粘接膠填于鋁蒙皮與車身骨架之間完成打膠。使用活化劑清潔車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應的位置涂覆底涂；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填充粘接膠。

2.2 具體實施案例

車身結構及高溫海綿貼設方式如圖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 車身結構及高溫海綿貼設方式示意圖

鋁側圍蒙皮通過多人搬運至車身側圍骨架相應高度，其客車側圍鋁蒙皮漲拉的車身骨架立體圖如圖3所示，其車身結構局部放大圖如圖4所示。按照圖紙尺寸定位后，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，啟動漲拉裝置開始漲拉。

圖3 客車側圍鋁蒙皮漲拉的車身骨架立體圖

圖4 車身結構局部放大圖

與此同時，兩名操作人員各持一把液化氣火焰槍，沿火焰槍加熱路線（圖5），對蒙皮進行烘烤加熱。使用紅外線測溫槍進行監控，溫度達到80～90℃時停止加熱。圖5中紅線為加熱路線，按路線往復加熱。

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，整車推入電泳池中電泳，電泳后轉入打膠工位。打膠前使用活化劑清潔窗下梁、腰梁外表面及對應的蒙皮表面，然后使用配套底漆涂刷窗下梁、腰梁表面及對應的蒙皮表面，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后即可轉入下一道工序。

2.3 客車側圍鋁蒙皮漲拉工藝優點

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

（2）由于鋁蒙皮經過漲拉之后的平整度良好，減薄鋁蒙皮的厚度也能達到生產質量要求，因此可以采用較薄的鋁蒙皮，能夠減輕整車自重。

（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，提高作業效率。實例中單張蒙皮漲拉作業節拍可達到30min以內。

（4）蒙皮漲拉后先電泳再填膠，解決了粘接后無法整車電泳的難題。

3 結語

本文提出了一種新型的客車側圍鋁蒙皮漲拉工藝，通過漲拉設備夾緊鋁蒙皮的尾端，在對鋁蒙皮進行漲拉的同時利用加熱設備對鋁蒙皮同步加熱，進行鋁蒙皮漲拉。采用先電泳后填膠的工藝順序，提高作業效率，極大提升了鋁蒙皮漲拉之后的平整度，減少鋁蒙皮的波浪、褶皺以及魚尾紋等缺陷，解決了粘接后無法整車電泳的難題。