论文部分内容阅读
[摘 要]文章主要介绍了轨道车辆侧墙的粘接，包括粘接的优势、胶粘剂的应用、粘接设计原理，并结合侧墙粘接车型（工艺研究），分析了实际生产中胶粘剂的选用、粘接结构的粘接施工工艺。
[关键词]粘接；轨道车辆；粘接设计；粘接工艺
中图分类号：S746 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0181-01
前言
粘接技术以其阻尼降噪、可大面积连接、避免不同金属间电化学腐蚀、弥补部件公差等优越性，在轨道车辆制造中发挥其重要作用。
轨道用胶粘剂介绍：传统25型（B、G、K、T）车以碳钢车为主，粘接剂用量不大，主要是密封胶：客室内及电器件部件密封的硅酮密封胶、改性硅烷密封胶；内装件木质件粘接乳白胶、接触胶、热熔胶等；以管路及紧固件安装为主的螺纹锁固胶、以客室地板安装地板布粘接用丙烯酸分散胶、环氧胶、聚氨酯胶为主；车体主要是以酚醛树脂、聚氨酯、改性硅烷的段焊密封胶、雨檐密封胶。
1 胶粘剂技术原理
1.1 解决侧墙板（铝塑板、不锈钢、碳纤维、玻璃钢）与碳钢（不锈钢、铝型材）车体钢结构之间的异种金属或材料之间不能应用焊接工艺问题，采用粘接的方式实现结构连接。
1.2 解决不同金属电化学腐蚀问题，在不同金属间采用胶层隔断不同金属间连接所带来的电化学腐蚀。
1.3 代替传统焊接，保证车体的平度及外观。车辆骨架焊接后超差严重平均3-5mm，而侧墙复合板是平度1-2mm；如按传统焊接工艺保证不了整体平度。而只有采用冷粘接，不产生热应力，变形相对减少，保证粘接后整车平度控制在1-2mm。
2 工艺分析
2.1 侧墙板粘接结构设计-热膨胀性分析
粘接剂用来粘接车体和侧墙板，由热膨胀系数不同造成的差异由公式a=（α1-α2）*l0*ΔT，b=a/tanγ，确定初步的厚度和宽度预估值；计算压缩载荷应变，确定所有载荷下的位移；根据等效应变和许用应变计算胶层的厚度。
2.2 侧墙板粘接结构设计-载荷分析
重力，对于墙板粘接形成剪切，风压对于粘接形成受拉或受压，X、Z方向的动载荷对粘接形成剪切。
2.2.1 在Z方向受到的载荷为：重力+动载荷
重力：G=mg，动载荷：Fz=ma
在X方向受到的载荷为：动载荷
动载荷：Fx=ma
则剪切力的合力为：F剪=（Fx2+（G+Fz）2）0.5
剪切應力为：τ=F剪/S
2.2.2 在Y方向受到的载荷为：风载+动载荷
风载：F=P*S，动载荷：Fy=ma
则拉伸力为：F拉=P*S+Fy
拉伸应力为：σ=F拉/S
设计载荷在计算载荷基础上需考虑安全系数为2（参考值），最大的静态的设计剪切载荷（具体数值）和最大的静态拉伸载荷（具体数值）为考虑安全系数的计算载荷。
2.3 侧墙板粘接结构设计-老化分析
根据该车（地铁）运行情况分析，及在墙板下粘接，受UV影响不大，且运行速度较低，环境较好，无盐雾腐蚀问题，因此仅对该车进行耐热老化等进行评估，确认综合衰减系数（具体数值）。
2.4 侧墙板粘接结构设计-载荷分析
最大的静态的设计剪切载荷（安全系数）；
最大的静态拉伸载荷（安全系数）；
比较：剪切强度
拉伸强度
结论：若剪切强度与拉伸强度均大于计算强度，则该胶粘剂可适合墙板粘接，满足该项目在其运营条件下的设计结构。
3 粘接工艺流程
3.1 施工准备
3.1.1 粘接胶准备
通过实验选取满足设计结构要求的粘接胶。
试验条件：温度23℃，湿度50%，固化7天；温度20℃水浴浸泡7天，室温下放置2小时；在温度80℃环境放置1天，室温下放置2小时；在温度70℃，95%环境中放置7天，室温下放置2小时。
试验方法：依据DVS1618。
试验设备：可程式环境箱
3.1.2 粘接场地准备
粘接场地温湿度恒定，温度：23±2℃，湿度：50±5%。
控制方法：中央空调控温和除湿，加湿设备控温。
场地具有独立封闭的打磨区域。
场地具备除尘通风设备（除尘滤芯可过滤PM10以上的粉尘颗粒物）。
场地应具备无游离硅原子物质。
3.1.3 原材和基材准备
墙板应在粘接面贴附不转移隔离纸。平度要求小于4M/2mm，墙板不能有变形毛刺的状态。
侧墙板表面应完成除锈处理。
原材胶粘剂、基材墙板和车体表面应提前24小时进入粘接场地，粘接前应保证胶粘剂及两个基材表面应同温度，温度差在1℃以内。
3.2 粘接表面准备
3.2.1 处理车体基材表面
用干净的擦拭纸（无游离的硅原子），沾异丙醇溶剂沿一个方向擦拭基材表面，每次擦拭应更换擦拭纸，清洁需要保证擦除表面的油脂和灰尘等杂质。对车体表面残留的锈迹和焊黑使用百洁布或180#砂纸打磨处理干净。打磨后使用擦拭纸沾异丙醇溶剂重新擦拭基材表面，清除浮灰。
3.2.2 处理侧墙板基材表面
用干净的擦拭纸（无游离的硅原子），沾异丙醇溶剂沿一个方向擦拭基材表面，每次擦拭应更换擦拭纸，清洁需要保证擦除表面的油脂和灰尘等杂质。
3.3 施胶
3.3.1 制作限位块
根据设计结构要求，侧墙板和车体钢结构之间的胶层厚度6-8mm。选用侧墙板粘接胶作为限位块的材料。在样板上施胶，制作胶条近似长方形，胶条参数宽度10mm，高度10mm，长度100mm，固化7天，用壁纸刀和钢板尺制作规格分别为10mm×10mm×4mm、10mm×10mm×1mm和10mm×10mm×2mm的限位块。
3.3.2 固定限位块
根据设计结构要求，侧墙板和车体钢结构之间的胶层厚度6-8mm。选用侧墙板粘接胶作为限位块的材料或同等材料的限位块。在样板上施胶，制作胶条近似长方形，胶条参数宽度10mm，高度10mm，长度100mm，固化7天，用壁纸刀和钢板尺制作规格分别为10mm×10mm×4mm、10mm×10mm×1mm和10mm×10mm×2mm的限位块。
3.3.3 清洁
用干净的擦拭纸（无游离的硅原子），沾异丙醇溶剂沿一个方向擦拭基材表面，每次擦拭应更换擦拭纸，清洁需要保证擦除表面的油脂和灰尘等杂质。
3.3.4 施胶
施胶位置车体钢结构侧墙表面，施胶宽度10mm，施胶高度12mm，施胶形状等腰三角形（通过裁减胶嘴控制出胶形状），施胶长度与车体钢结构侧墙横梁和纵梁墙板粘接区域长度相同，但是每隔400mm需要断开3-5mm（断开区域不能与限位块位置平行）。施胶速度600mm/min。
3.4 安装和固定
3.4.1 预置侧墙板支撑工装
在车辆钢结构低架边梁处，预置支撑工装，工装需要每隔300mm放置一个。
3.4.2 安装侧墙板
将侧墙板沿45°方向向下放置在支撑工装上，从下往上垂直车体侧墙方向轻推侧墙板，使其慢慢与车体钢结构侧墙表面上的胶粘剂接触，确保尺寸正确后，用橡胶锤沿施胶区域有顺序的敲击墙板表面。
3.4.3 固定侧墙板
用F型和C型卡具在侧墙板四周进行固定，卡具与墙板表面接触处需要放置于墙板四周等长、等宽的硬塑板条（宽度50mm）。卡具固定后，需要用200mm的胶带，对侧墙板进行固定。
4 总结
粘接工艺使用节省焊接组对工装高成本投入；平整性达到了前所未有的水平；节省了焊接所形成表面变形的涂平腻子层成本；减少生产周期；提高了生产效率，为大批量生产奠定了基础。
参考文献
[1] 王猛钟，黄应昌.胶粘剂应用手册[M].北京：化工工业出版社.
[2] 顾继友.胶接理论与胶接基础[M].北京：科学出版社.
[关键词]粘接；轨道车辆；粘接设计；粘接工艺
中图分类号：S746 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0181-01
前言
粘接技术以其阻尼降噪、可大面积连接、避免不同金属间电化学腐蚀、弥补部件公差等优越性，在轨道车辆制造中发挥其重要作用。
轨道用胶粘剂介绍：传统25型（B、G、K、T）车以碳钢车为主，粘接剂用量不大，主要是密封胶：客室内及电器件部件密封的硅酮密封胶、改性硅烷密封胶；内装件木质件粘接乳白胶、接触胶、热熔胶等；以管路及紧固件安装为主的螺纹锁固胶、以客室地板安装地板布粘接用丙烯酸分散胶、环氧胶、聚氨酯胶为主；车体主要是以酚醛树脂、聚氨酯、改性硅烷的段焊密封胶、雨檐密封胶。
1 胶粘剂技术原理
1.1 解决侧墙板（铝塑板、不锈钢、碳纤维、玻璃钢）与碳钢（不锈钢、铝型材）车体钢结构之间的异种金属或材料之间不能应用焊接工艺问题，采用粘接的方式实现结构连接。
1.2 解决不同金属电化学腐蚀问题，在不同金属间采用胶层隔断不同金属间连接所带来的电化学腐蚀。
1.3 代替传统焊接，保证车体的平度及外观。车辆骨架焊接后超差严重平均3-5mm，而侧墙复合板是平度1-2mm；如按传统焊接工艺保证不了整体平度。而只有采用冷粘接，不产生热应力，变形相对减少，保证粘接后整车平度控制在1-2mm。
2 工艺分析
2.1 侧墙板粘接结构设计-热膨胀性分析
粘接剂用来粘接车体和侧墙板，由热膨胀系数不同造成的差异由公式a=（α1-α2）*l0*ΔT，b=a/tanγ，确定初步的厚度和宽度预估值；计算压缩载荷应变，确定所有载荷下的位移；根据等效应变和许用应变计算胶层的厚度。
2.2 侧墙板粘接结构设计-载荷分析
重力，对于墙板粘接形成剪切，风压对于粘接形成受拉或受压，X、Z方向的动载荷对粘接形成剪切。
2.2.1 在Z方向受到的载荷为：重力+动载荷
重力：G=mg，动载荷：Fz=ma
在X方向受到的载荷为：动载荷
动载荷：Fx=ma
则剪切力的合力为：F剪=（Fx2+（G+Fz）2）0.5
剪切應力为：τ=F剪/S
2.2.2 在Y方向受到的载荷为：风载+动载荷
风载：F=P*S，动载荷：Fy=ma
则拉伸力为：F拉=P*S+Fy
拉伸应力为：σ=F拉/S
设计载荷在计算载荷基础上需考虑安全系数为2（参考值），最大的静态的设计剪切载荷（具体数值）和最大的静态拉伸载荷（具体数值）为考虑安全系数的计算载荷。
2.3 侧墙板粘接结构设计-老化分析
根据该车（地铁）运行情况分析，及在墙板下粘接，受UV影响不大，且运行速度较低，环境较好，无盐雾腐蚀问题，因此仅对该车进行耐热老化等进行评估，确认综合衰减系数（具体数值）。
2.4 侧墙板粘接结构设计-载荷分析
最大的静态的设计剪切载荷（安全系数）；
最大的静态拉伸载荷（安全系数）；
比较：剪切强度
拉伸强度
结论：若剪切强度与拉伸强度均大于计算强度，则该胶粘剂可适合墙板粘接，满足该项目在其运营条件下的设计结构。
3 粘接工艺流程
3.1 施工准备
3.1.1 粘接胶准备
通过实验选取满足设计结构要求的粘接胶。
试验条件：温度23℃，湿度50%，固化7天；温度20℃水浴浸泡7天，室温下放置2小时；在温度80℃环境放置1天，室温下放置2小时；在温度70℃，95%环境中放置7天，室温下放置2小时。
试验方法：依据DVS1618。
试验设备：可程式环境箱
3.1.2 粘接场地准备
粘接场地温湿度恒定，温度：23±2℃，湿度：50±5%。
控制方法：中央空调控温和除湿，加湿设备控温。
场地具有独立封闭的打磨区域。
场地具备除尘通风设备（除尘滤芯可过滤PM10以上的粉尘颗粒物）。
场地应具备无游离硅原子物质。
3.1.3 原材和基材准备
墙板应在粘接面贴附不转移隔离纸。平度要求小于4M/2mm，墙板不能有变形毛刺的状态。
侧墙板表面应完成除锈处理。
原材胶粘剂、基材墙板和车体表面应提前24小时进入粘接场地，粘接前应保证胶粘剂及两个基材表面应同温度，温度差在1℃以内。
3.2 粘接表面准备
3.2.1 处理车体基材表面
用干净的擦拭纸（无游离的硅原子），沾异丙醇溶剂沿一个方向擦拭基材表面，每次擦拭应更换擦拭纸，清洁需要保证擦除表面的油脂和灰尘等杂质。对车体表面残留的锈迹和焊黑使用百洁布或180#砂纸打磨处理干净。打磨后使用擦拭纸沾异丙醇溶剂重新擦拭基材表面，清除浮灰。
3.2.2 处理侧墙板基材表面
用干净的擦拭纸（无游离的硅原子），沾异丙醇溶剂沿一个方向擦拭基材表面，每次擦拭应更换擦拭纸，清洁需要保证擦除表面的油脂和灰尘等杂质。
3.3 施胶
3.3.1 制作限位块
根据设计结构要求，侧墙板和车体钢结构之间的胶层厚度6-8mm。选用侧墙板粘接胶作为限位块的材料。在样板上施胶，制作胶条近似长方形，胶条参数宽度10mm，高度10mm，长度100mm，固化7天，用壁纸刀和钢板尺制作规格分别为10mm×10mm×4mm、10mm×10mm×1mm和10mm×10mm×2mm的限位块。
3.3.2 固定限位块
根据设计结构要求，侧墙板和车体钢结构之间的胶层厚度6-8mm。选用侧墙板粘接胶作为限位块的材料或同等材料的限位块。在样板上施胶，制作胶条近似长方形，胶条参数宽度10mm，高度10mm，长度100mm，固化7天，用壁纸刀和钢板尺制作规格分别为10mm×10mm×4mm、10mm×10mm×1mm和10mm×10mm×2mm的限位块。
3.3.3 清洁
用干净的擦拭纸（无游离的硅原子），沾异丙醇溶剂沿一个方向擦拭基材表面，每次擦拭应更换擦拭纸，清洁需要保证擦除表面的油脂和灰尘等杂质。
3.3.4 施胶
施胶位置车体钢结构侧墙表面，施胶宽度10mm，施胶高度12mm，施胶形状等腰三角形（通过裁减胶嘴控制出胶形状），施胶长度与车体钢结构侧墙横梁和纵梁墙板粘接区域长度相同，但是每隔400mm需要断开3-5mm（断开区域不能与限位块位置平行）。施胶速度600mm/min。
3.4 安装和固定
3.4.1 预置侧墙板支撑工装
在车辆钢结构低架边梁处，预置支撑工装，工装需要每隔300mm放置一个。
3.4.2 安装侧墙板
将侧墙板沿45°方向向下放置在支撑工装上，从下往上垂直车体侧墙方向轻推侧墙板，使其慢慢与车体钢结构侧墙表面上的胶粘剂接触，确保尺寸正确后，用橡胶锤沿施胶区域有顺序的敲击墙板表面。
3.4.3 固定侧墙板
用F型和C型卡具在侧墙板四周进行固定，卡具与墙板表面接触处需要放置于墙板四周等长、等宽的硬塑板条（宽度50mm）。卡具固定后，需要用200mm的胶带，对侧墙板进行固定。
4 总结
粘接工艺使用节省焊接组对工装高成本投入；平整性达到了前所未有的水平；节省了焊接所形成表面变形的涂平腻子层成本；减少生产周期；提高了生产效率，为大批量生产奠定了基础。
参考文献
[1] 王猛钟，黄应昌.胶粘剂应用手册[M].北京：化工工业出版社.
[2] 顾继友.胶接理论与胶接基础[M].北京：科学出版社.