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1、粘接技术在胶轮导轨电车上的应用探讨见习部门： 技术工程部 实 习 生： 孙靖先 专 业： 材料科学与工程 指导老师： 葛美周 完成日期： 2016 年1月15日 四方车辆有限公司2015届实习生实习论文粘接技术在胶轮导轨电车上的应用探讨摘要本论文研究探讨了粘接技术在胶轮导轨电车的应用。近年来，随着中国高速动车组技术的引进发展和铁路运输工业的迅速发展，胶粘剂在轨道车辆的组装过程中得到了广泛的应用。公司开发设计的胶轮导轨电车应用了大量的粘接结构，粘接结构有着严格的安全要求，因此粘接从设计到施工必须经过严格的计算控制。本论文以挡风玻璃的安装为例，基于DIN6701标准，从粘接结构的设计、粘接剂的选择
2、、粘接环境的控制，粘接施工工艺等各方面进行了前期的探讨，确定了胶粘剂的型号为西卡单组份湿固化聚氨酯胶粘剂；确定了所用的工装工具；设计了胶接接头的形式，经计算接头的宽度和厚度分别为10mm和8mm；规定了粘接环境的要求及施工的最佳温湿度；设计了具体施工工艺并就施工中常见的问题进行了分析。为以后粘接在胶轮导轨电车的实际应用打下了良好的基础。关键词：粘接，DIN6701，胶轮导轨，挡风玻璃I目录第1章引言11.1粘接简介11.2胶粘剂11.2.1聚氨酯胶粘剂21.2.2单组份湿固化型聚氨酯胶粘剂21.3 粘接在轨道车辆和车辆零件生产中应用21.4 DIN6701的认证31.5 课题提出及研究内容4第
3、2章 导轨电车挡风玻璃安装52.1 胶粘剂与工装工具52.1.1胶粘剂的选用52.1.2 工装工具52.2 设计与验证62.2.1胶层宽度设计62.2.2胶层厚度设计82.2.3剪切强度测试92.2.4 DVS1618测试92.3组装施工112.4 常见问题分析152.4.1基材表面脱落152.4.2胶粘剂固化较差162.4.3胶粘剂固化后有气孔16第3章 结论17参考文献18致 谢19第1章引言1.1粘接简介粘接（粘合、胶接、胶粘）是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术，具有应力分布连续，重量轻，或密封，多数工艺温度低等特点。粘接以其美观性、方便性和良好的力学性能等优势，正越来越多的
4、应用在高速动车组及其他轨道车辆上。粘接技术在有效提高车身舒适性的同时减轻了车身质量，因此以前采用的铆接、焊接等传统工艺，开始被新兴的粘接工艺所取代1。1.2胶粘剂胶粘剂可以分为多种：1.按应用方法可分为热固型、热熔型、室温固化型、压敏型等。2.按应用对象分为结构型、非构型或特种胶。属于结构胶粘剂的有：环氧树脂类、聚氨酯类、有机硅类、聚酰亚胺类等热固性胶粘剂；聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类、甲醇类等热塑性胶粘剂；还有如酚醛-环氧型等改性的多组分胶粘剂。3.按固化形式可分为溶剂挥发型、乳液型、反应和热熔型四种。4.按组分分类：单组分，双组分，反应型2。目前交通运输车辆上应用较多的是聚氨酯胶粘剂，又
5、称为PU胶粘剂，其分子链中含有氨基甲酸酯基团（NHCOO）或异氰酸酯基（NCO）。由于含有多种极性基团和非极性基团，而且分子间能形成氢键，故聚氨酯胶粘剂有高度的活性与极性。与泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料以及金属、塑料、玻璃、橡胶、等表面光洁的材料都有良好的化学粘接力。1.2.1聚氨酯胶粘剂聚氨酯胶粘剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团（NHCOO）或异氰酸酯基（NCO）的胶粘剂。聚氨酯胶粘剂分为多异氰酸酯和聚氨酯两大类。聚氨酯胶粘剂的分类有许多方法：按胶粘剂的包装形式分为双组份包装和单组分包装,按反应组分分类是聚氨酯胶粘剂的常用的分类方法，它包括下述四类胶粘剂。(1)多异氰
6、酸酯胶粘剂(2)含NCO基的聚氨酯胶粘剂(3)含羟基聚氨酯胶粘剂 (4)聚氨酯树脂胶粘剂。 1.2.2单组份湿固化型聚氨酯胶粘剂单组份聚氨酯胶粘剂的工艺特点是以单组份形式提供产品，使用前无须计算、混合，可在现场直接使用，工艺简单，操作性能良好。端异氰酸酯基聚氨酯预聚体可与潮气反应而交联固化，因此也称为湿固化聚氨酯胶粘剂。湿固化型聚氨酯胶粘剂是木材、土木建筑及结构用的良好的胶粘剂，也常用作密封剂，在汽车、建筑及机械行业中已发挥重要作用。湿固化型聚氨酯胶粘剂中含有活泼的NCO基团，当暴露在空气中时能与空气中的微量水分发生反应，粘接时，它与基材表面吸附的水以及表面存在羟基等活泼氢基团发生化学反应，生
7、成脲键结构。因此湿固化型聚氨酯胶粘剂固化后的胶层组成是聚氨酯-聚脲结构。RNCO + H2O RNHCOOH RNH2 + CO2 1.3 粘接在轨道车辆和车辆零件生产中应用在轨道车辆和轨道车辆零件的生产过程中，胶粘剂粘接是关键工艺，应用在车辆及其零部件的各个位置。按照DIN6701粘接安全等级的分类，轨道车辆粘接安全要求分为4个等级。表1-1 轨道车辆中粘接的安全要求等级描述例子A1有高安全性要求的轨道车辆和轨道车辆零件粘接接缝- GFRP 车头到车体外壳- 前板上的前窗- 车体侧窗- 车体结构的电镀- 外部件、车辆设备箱- 车顶结构A2有一般安全性要求的轨道车辆和轨道车辆零件粘接接缝- 内
8、部设施。例如：墙上橱柜、间壁墙、板、镶板- 连接到地板基座地板布- 无压力箱体- 固定在地板上的座位A3有低安全性要求的轨道车辆和轨道车辆零件粘接接缝- 板材- 镜子- 地板布- 把手- 通风格栅A4适用于那些不自己生产粘接件的公司，- 设计或- 购买和出售或- 购买和安装A1 和 A2等级的粘接件1.4 DIN6701的认证DIN6701粘接认证是德国柏林弗朗霍夫制造和高级材料学会(IFAM)组织的认证，主要适用于轨道车辆和轨道车辆配件制造与维护中接缝件的粘接与密封，是轨道交通企业在国际市场竞争中的必备通行证。DIN6701粘接认证对粘接剂、粘接性、粘接能力、粘接牢靠性、粘接可能性、粘接工艺
9、人员、粘接监管人员等都进行监督和考核，只有满足相应条件和要求的产品才可获取DIN6701粘接认证。目前公司正在申请DIN6701的粘接认证。1.5 课题提出及研究内容导轨电车是一种新型的交通工具，它的牵引系统、电机和制动系统均采用了当今世界最先进的技术:车辆使用橡胶轮胎，其轨道嵌入地面，槽内镶有高科技胶垫，车轮在高速行驶时，震动小、无噪音，且对路面的损坏程度低。有基础设施简单，可充分利用一般城市道路，节省投资。胶轮导轨电车中大量的应用了粘接技术，其安全要求从A1到A4，需要经过严格的设计计算，保证粘接的安全可靠性。以挡风玻璃及侧窗玻璃为例，安全等级要求为A1级别。其厚度小、面积大，重量大，设计
10、采用全部胶接的方式，因此胶粘剂的选择及胶接接头的设计具有严格的要求。车窗玻璃在粘接过程中的主要问题有：玻璃粘接后缝隙不均、粘接胶层厚度不均匀、胶层之间存有气泡、玻璃粘接后水平、垂直方向不正等。本课题以胶轮导轨电车挡风玻璃安装为例，基于DIN6701粘接认证的标准，从粘接结构的设计，胶粘剂的选择、粘接环境的要求、实际施工工艺及粘接过程中常见问题等方面探讨了粘接技术在胶轮导轨电车中的具体应用。第2章 导轨电车挡风玻璃安装2.1 胶粘剂与工装工具2.1.1胶粘剂的选用考虑到粘接对象、使用要求和胶接工艺要求等因素，铝合金车体和挡风玻璃胶接时应选用常温湿固化型单组份聚氨酯胶粘剂。该胶粘剂为粘稠膏状物，会
11、吸收空气中的水分而固化，并释放出二氧化碳。另外该胶黏剂固化形成的胶膜具有较高的坚韧性、耐油性、耐酸碱性和剥离强度，并且其耐低温性、耐油性、耐酸碱性和耐候性俱佳。清洁活化剂：西卡，型号SikaAktivator。底涂：西卡，型号SikaPrimer-206 G+P。胶粘剂：西卡，型号SIKA265。固化剂：西卡，型号Booster。胶粘剂的来料必须经过检验：检查运输的完整性、批次号、保质期、包装状况、可用的文件（TDS、MSDS、质量保证书），以确保胶粘剂质量合格。2.1.2 工装工具所有的工装工具在使用前必须经过检查，以确保工装工具合格。表2-1 工装工具序号名称规格数量备注1天车1安装车窗用
12、2挡风玻璃吊具1安装车窗用3挡风玻璃安装平台1安装车窗用4挡风玻璃吸盘1安装车窗用5胶泵1涂打密封胶6气动胶枪1涂打密封胶7刮胶板1清理余胶8壁纸刀2切割胶嘴9橡胶锤1固定车窗10卷尺3m2测量尺寸11双头手动吸盘安全吸重100Kg2安装车窗用123M美纹纸胶带30窗口周围防护13写号笔2窗口中心标识14抹布5余胶清理15酒精5余胶清理16橡胶垫10101/3/5各20胶层厚度控制17限位块1010108810各10挡风玻璃限位2.2 设计与验证2.2.1胶层宽度设计低模量的弹性胶粘剂在受力时应力集中不明显，因此在载荷强度计算过程时可以用名义应力取代实际应力进行计算。普通车窗的粘接多为四周粘接
13、，因此胶条的长度相对固定，决定粘接面积大小的主要因素就是胶条宽度，因此胶层宽度直接影响到粘接的最终强度和粘接的可靠性3。在设计过程中需要先预设胶层宽度，计算胶层的名义应力并与胶粘剂的许用应力进行对比，进而修正预设胶层宽度。以前挡风玻璃为例，其计算方法如下：式中：SK是粘接接头的安全系数，其值不能小于1。B胶层能承受的剪切应力fT1温度衰减因子胶粘剂所受的剪切力V综合作用力S胶粘剂收到的拉伸力胶层的剪切强度S粘接面积d粘接接头面积L粘接接头长度其拉力主要来自于冲击负荷的剪切力。式中：m车窗自重a车辆运行中的最大加速度。d胶条的宽度L胶条的长度其剪切力主要来自于玻璃自重带来的静态剪切力。式中：m车
14、窗自重g重力加速度d胶条的宽度L胶条的长度实际计算中，胶层的理论剪切强度4.5MPa，前挡风玻璃重量为150kg，最大加速度取值50m/s2，胶条总长度为7.2m，温度衰减因子fT1随温度上升而下降，在30时为0.9，80为0.4。设计胶条宽度为10mm时，经计算得，在30长期使用时，其安全系数SK为2.73，在80长期使用时，其安全系数SK为1.09，符合安全要求。2.2.2胶层厚度设计车窗粘接设计中胶层需要具有一定的厚度来补偿车体与车窗之间的相对位移，该位移要由温度发生变化时两种基材的热膨胀系数不一致引起的。位移导致胶条断面由长方形被拉伸为平行四边形。胶层厚度的计算公式如下所示。式中：h胶层厚度L胶层外接圆直径T施工温度与运营温度的最大差值车窗与车体的线性热膨胀
