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 結構為不銹鋼+鋁骨架+鋁蒙皮，不同材料的熱膨脹系數的差異，門板在加熱、冷卻時不銹鋼板與鋁合金收縮，最終體現在門板輪廓度上的誤差，導致門板弧度發 生變化，不能滿足設計要求，通過工藝分析與驗證進行尋找變化規律，對門板進行預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。

關健詞：不銹鋼、膨脹系數、輪廓度、變形、門板、鋁合金、粘接

中圖分類號：TH162.1

1：引言

下圖為某公司生產的兩種不銹鋼門板，外蒙皮為不銹鋼板、中間骨架為鋁合 金，內蒙皮為鋁合金，不銹鋼與鋁合金材料的膨脹系數不同，門板在粘接固化（中 溫，135- 145 度） 時，因膨脹系數的不同，在此溫度下產生的材料膨脹，導致冷卻時的收縮不同，造成了門板弧度變形，不符合圖紙設計要求。

A 型號產品 B 型號產品

2：影響因素分析

剖析門板，從結構、材料 （膠）、溫度、模具這幾個方面分析，著重從材料膨脹，在加熱、冷卻這一循環上導致的變化。

2.1 結構分析

以A型號和B型號為例，兩種門板均為移門，區別：A 型號在彎曲弧度上增加了一個橫筋型材。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區間，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分為兩個部位，這種結構變形后更難復位與校正。

2.1.2 B型號的結構變形的整體性更好，且 R 處的彎曲變形連接上下兩個部分，便于復位與校正。

2.1.3 下檔的對稱性問題;A型號的下檔為非對稱型材，與不銹鋼、鋁合金蒙皮 粘接面積不同，導致的變形差異大，而B型號下檔型材對稱，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為熱塑性膠膜（型號AH01），膠膜在135-145度下固化，保溫75分鐘，由于粘接結構為不銹鋼板+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，這種三明治結構，直接影響的因素由于不同材料的膨脹不同，當粘接成整體后收縮也不一致，不能同時收縮，從而導致門板線輪廓度的收縮差異，通過對鋁合金、不銹鋼的冷熱收縮性的對比，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，由于膠粘劑粘接力作用點的溫度為135度左右，鋁合金、不銹鋼在加熱膨脹最大值時進行了粘接固化，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，將材料粘接整體，此時相對材料而言是最大膨脹點，粘接膠分子交聯達到最大粘接強度，其不同材料的相對位置已固定，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，發生向收縮大的方向變形，所以通過分析，需要進行預設計反變形與預變形。

3：門板前后檔變形設計

由于材料的熱膨脹系數不同，結合實際的門板結構，門板骨架為鋁合金，內側為鋁蒙皮，外側為不銹鋼蒙皮的弧門，初步分析，鋁合金蒙皮在內側，不銹鋼蒙皮為外側，因為鋁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側收縮。根據這一分析，門板的前后檔就需要在固化前事先進行一個預先的變形，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。

根據以往經驗與分析相結合做出以下預先的變形設計：

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（視門板結構而定）。

3.2 以形成夾角的兩個直線端為預變形對象，分別將長端與短端下降比為 2：1 的關系進行預變形，通過圓弧中心切點與下降后的端點連接成直線，以此直線進行反變形偏移，一般根據經驗所得反變形量按照長邊與短邊之比為2：1，實際反變形量為2mm與1mm，所得直線端有三點，這樣形成一個圓弧，按照圓弧后形成的一個初步的整體預變形與反變形結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，按照此線設計固化模。

3.3 按照上述的預變形與反變形的結合設計方法，可以得到一個初步的前后檔彎曲線及固化模具的設計基準線，制作相應模具進行試制生產，由機加工、焊接、粘接固化后形成一組試驗數據，根據門板固化后測量數據進行第二次的微調整曲線，對固化模具修模，重新生產門板測量，得到符合圖紙要求的不銹鋼門板生產預變形與反變形曲線并固定。

根據上述方法，以北京九號線為例，通過基本方法，列出第一次固化曲線，推導出機加工前后檔及焊接工裝曲線。

B 型號門板曲線生成過程，如下圖：

通過第一次基本曲線，固化后經過門板測量得出數據，反饋進行第二次曲 線的修訂，同時對固化模具的曲面進行調整修模，再進行門板的固化生產，測量門板弧度，整理出一個相對合理的曲線，并固定。

同時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，對稱性下檔，我們在固化模具上進行了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行補償。

對于非對稱性下檔，目前方法很難進行控制，只能通過固化后人工校正，但是質量很難穩定，風險高，故建議設計時盡量避免采用這一結構。

4：總結

本文總結了對前后檔的預變形及反變形，預先將門板夾角放大1度左右，再將前后檔直線部分按照比例進行反變形，使得整個門板呈現由三段圓弧連接而成 的曲線。

通過上述方法進行不銹鋼門板曲線設計，結合門板試驗，對數據匯總并修正曲線參數，得到正確生產預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計經驗，縮短門板前期試驗周期，使得門板質量與生產效率大幅提高。由于不同型號不銹鋼板的差異性，實際生產時還需要試驗，加以輔助性參數調整，才能得到更準確的參數并固定，該工藝方法對類似產品的生產制造有借鑒指導作用。

參考文獻

[1]吳宗澤 羅圣國 機械設計課程設計手冊[M].北京高等教育出版社 1995