客車內(nèi)行李架用鋁型材的設計李錦炫【摘要】將客車內(nèi)行李架用鋁型材根據(jù)功能分為三類，介紹不同類型鋁材的表面處理方式、夕卜輪廓及內(nèi)部結(jié)構設計和生產(chǎn)中的一些經(jīng)驗。%Theauthorclassifiestheforming-aluminumintothreetypesusedincoachinnercarrierluggagebytheirfimctions,introducesthesurfacetreatment,outsideandinsidestructuredesignaccordingtodifferenttypes,andpresentssomeexperiencesinproduc【期刊名稱】《客車技術與研究》【年(卷)，期】2011(000)004【總頁數(shù)】4頁(P36-39)【關鍵詞】客車;鋁型材;表面處理;結(jié)構設計;經(jīng)驗【作者】李錦炫【作者單位】鄭州宇通客車股份有限公司，鄭州460016【正文語種】中文【中圖分類】U463.83內(nèi)行李架是客車內(nèi)飾的重要組成部分，也是客車內(nèi)飾中最大的總成。內(nèi)行李架設計的成功與否直接影響內(nèi)飾的整體效果、安全性以及組裝的難易程度［1］。內(nèi)行李架設計中最重要的是框架設計，鋁型材6063由于外觀質(zhì)量好、尺寸精度高、強度可靠（通過時效處理，硬度可達HV12~14度）、密度低（2.7g/cm3）［2］,被廣泛使用于充當骨架與裝飾板的作用。本文將對內(nèi)行李架用鋁型材的設計進行一些探討。1鋁型材根據(jù)功能的分類行李架上所用的鋁型材根據(jù)功能可分為框架類、蓋板類與裝飾類三類［3］。1） 框架類。作為行李架的骨架，首先與各種板類零件固定，再通過支腳與內(nèi)吊架將行李架連接為一個整體的鋁型材，需要承受行李架本身及行李的重量，必須要有足夠的強度。2） 蓋板類。主要用于鋁制行李架艙門，通常由多根鋁型材通過定位槽配合，鉚接成艙門的弧面，相當于弧形鋁板增加了定位槽及鉚接面，除了很輕的自重外不受力。3） 裝飾類。與蓋板類近似，主要是風道下方各閱讀燈之間的過渡板，一般為中心對稱的弧面，背面有螺栓槽，通過螺栓與空調(diào)風道底板固定，過渡板往往要求噴涂不同顏色及花紋，用以和整車內(nèi)飾顏色進行搭配，提高內(nèi)飾的檔次［4］。圖1為歐洲某高檔客車內(nèi)行李架照片（艙門及內(nèi)封板未裝配），與國內(nèi)客車行李架普遍使用其他材料（鋼板覆革、PU發(fā)泡、PVC擠塑）制作底板不同，此行李架的底板與框架類鋁型材合二為一。這種結(jié)構無論是各零件的配合精度，還是行李架整體強度都非常好，鋁型材上也容易增加長條燈、扶手等附件。但是缺點也很明顯，價格昂貴，重量較重，對車身骨架精度要求很高。圖2為國內(nèi)大型公路客車的內(nèi)行李架典型結(jié)構。有四種鋁型材，其中支腳上型材、支腳下型材、行李架內(nèi)型材屬于框架類，而過渡板則屬于裝飾類。2鋁型材的表面處理鋁型材的表面處理有不處理（素材）、陽極氧化、電泳、電解著色、鈍化噴塑、噴漆及水轉(zhuǎn)印等不同的處理方法［5］。1）陽極氧化。在鋁型材表面控制生成一層氧化物膜層的方法，這一過程是在一合適的電解液中，把要處理的鋁材作為陽極、以另一電極作為陰極，施加外電壓。當通過一定電流時，陽極釋放氫，陰極釋放氧，使鋁材表面生成一層致密的耐蝕、耐磨、耐候和美觀的人工氧化膜，是鋁型材表面處理的第一步。2） 電泳。將經(jīng)過陽極氧化處理的型材浸在電泳涂料槽中作為陽極，涂料槽中另設陰極，在兩極間通一定時間的直流電，在被涂物上析出均一的水不溶涂膜的涂裝方法，表面為銀灰色。電泳是最常用的表面處理方式，幾乎全部框架類及部分蓋板類鋁型材都使用此方式。3） 電解著色。將經(jīng)過陽極氧化處理過的鋁型材置于金屬鹽溶液中，施加低壓交流電，金屬離子被電化學還原，以膠粒子狀態(tài)附著于氧化膜上，以達到裝飾的目的。電解著色的主要色澤有：黑色、紅茶色、青銅色等。由于隨著溶液濃度的降低，鋁型材會出現(xiàn)色差，行李架用鋁型材一般不用此處理方式。4） 鈍化噴塑。將去油、水洗過的鋁型材，先用鈍化劑處理（由于通常使用的是磷，所以又叫磷化），在表面形成一層致密的氧化膜，然后再經(jīng)過粉末涂裝，固化后在表面形成一層附著牢固的粉末涂層。由于粉末顏色可調(diào)，鋁型材的顏色可多種多樣，但鮮艷度與亮度無法達到噴漆的效果，一般用于有特殊顏色要求的框架類鋁型材上。5） 噴漆及水轉(zhuǎn)印。將經(jīng)過陽極氧化處理過的鋁型材表面再進行噴漆或水轉(zhuǎn)印處理，由于是電腦調(diào)漆，可實現(xiàn)所有顏色及一些特定花紋，但附著力不如噴塑，價格也比其他處理方式高出許多，主要用于高檔車的裝飾類鋁型材處理。3鋁型材的外輪廓設計鋁型材的外輪廓設計不僅是參照給定的效果圖，將鋁型材的外形畫出來。它需要按照總布置給出的安裝點位置，綜合考慮與之連接的零件的出模方向及成型工藝、安裝工具所需要的空間，并考慮自身的成型工藝，將外露面、配合面通過圓角連接形成封閉的腔體［6］。目前國內(nèi)鋁型材的生產(chǎn)工藝，截面外接圓小于230mm可正常制作［2］，但應在滿足各種要求情況下，盡量減小截面尺寸，以減少重量及成本。下面將以圖2中的支腳上型材為例，詳細講解鋁型材外輪廓設計時應注意的內(nèi)容。圖3中，各配合面已在截面圖中標出。在此型材設計時，首先根據(jù)效果圖中行李架的輪廓，確定上型材與支腳配合面做出a面，再根據(jù)大頂骨架弧線、上型材與內(nèi)封板的配合面分別做出b面和c面。由此三個面可將三角形輪廓大致做出，然后根據(jù)各配合面的安裝要求調(diào)整各面的角度并確定寬度。a面，它的方向同支腳上固定面，寬度大于固定面。a面的角度和寬度還受開口寬度及位置的影響，具體有3個影響因素：支腳上固定螺栓的寬度；鋁型材在圖中x、y兩個方向固定時，鉆頭離開口的兩側(cè)需要有大于5mm的余量，防止鉆頭劃傷型材；要保證內(nèi)腔有足夠的空間，容納螺栓的六角頭和由c面打進的鉚釘，鉚釘不能與開口內(nèi)的用于固定支腳的螺栓干涉，否則螺栓將無法在卡槽內(nèi)滑動?？赏ㄟ^調(diào)整a面的角度增大內(nèi)腔，但此調(diào)整會影響到支腳上螺栓的安裝角度，可能會造成支腳上固定面無法出?；蛑_內(nèi)的螺母無法安裝，需要綜合考慮。如果通過調(diào)整角度仍無法滿足內(nèi)腔的空間要求，只能通過增加a面和b面寬度來解決。b面，它的角度只由大頂骨架弧度決定，它的寬度直接決定內(nèi)腔在x向的寬度。雖然加寬b面可增大內(nèi)腔，但b面截面為懸臂梁結(jié)構，面越寬，力臂越長，行李架上部的受力越不好，并且將整個鋁型材的輪廓增大，增加了線密度及成本，故不能任意加寬。c面，用于與大頂骨架中的角鐵定位。c面寬度要滿足與內(nèi)封板固定的要求，一般為15~20mm。太小會造成內(nèi)封板不易固定，太大又增大了鋁型材的輪廓。由于固定b面的螺釘或鉚釘均為從型材內(nèi)腔向外，故c面寬度不需要考慮內(nèi)腔空間問題。d面，方向為內(nèi)封板在此處的切線方向，長度5~8mm即可。4鋁型材的內(nèi)部結(jié)構設計在設計完鋁型材的夕卜輪廓后，可進行內(nèi)部結(jié)構設計，并修正無法滿足內(nèi)部結(jié)構的外輪廓。內(nèi)部結(jié)構設計包括：各種螺栓滑槽的設計、各滑槽與外輪廓連接加強筋的設計、端頭處安裝結(jié)構設計及不同區(qū)域的壁厚設計。下面將以圖2中的支腳下型材為例，詳細講解這4項內(nèi)容。圖4中，鋁型材的內(nèi)部可分為I、H、B三個區(qū)域。其中I區(qū)為支腳下固定螺栓的滑槽區(qū)域；H、B兩個區(qū)域是被滑道加強筋分割而成，H區(qū)是鉚釘?shù)你T接部放置區(qū)域，并增加了端頭處安裝用自攻螺釘槽，B區(qū)中只有自攻螺釘槽，此處空間較大，可根據(jù)需要設計LED燈槽或扶手固定螺栓滑槽［7］。1） 螺栓滑槽設計。在鋁型材的內(nèi)部結(jié)構設計中，螺栓滑槽是最重要的設計?；塾?個關鍵尺寸確定，分別是：槽寬尺寸A，根據(jù)專用螺栓（T型螺栓）的寬度確定，一般為螺栓底面寬度加1mm。對于過渡板上的螺栓滑槽，由于固定螺母時的扭矩較小，往往直接使用標準六角頭螺栓，此時滑槽寬度A為螺栓的六角頭對邊寬度加0.4mm［8］?；坶_口寬度尺寸B，一般為所選螺栓公稱直徑加0.5~1mm?；凵疃瘸叽鏑,應比專用螺栓的底板或標準螺栓的六角頭厚度至少大1mm。滑槽兩側(cè)立面的最小壁厚尺寸D,—般要求大于或等于2mm?；劭谏线叺淖钚『穸瘸叽鏓,—般要求大于或等于2.5mm。2） 滑槽的加強筋設計?；鄢惺苤潭菟〞r的巨大扭矩，并且由于是非封閉的腔體，強度僅靠加厚的立面是不夠的，這就需要在型材內(nèi)部增加加強筋，使滑槽的各面通過加強筋分別與外輪廓形成封閉的腔體。封閉結(jié)構要比開放結(jié)構的強度好，而且邊的數(shù)量越少，強度越高，所以加強筋的設計盡量按照滑槽的面去延伸。但布置加強筋的時候要注意，不要將鉚釘鉚接部的放置區(qū)域分割過多，保證此區(qū)域在鉚釘固定方向上的尺寸F大于10mm。3） 端頭處安裝結(jié)構設計。通過鉚接面和螺栓滑槽，能夠很好地解決其他零件與鋁型材在截面方向上的固定問題，但在端頭處向截面垂直固定該如何解決呢？根據(jù)鋁型材截面極高的精度，以及鋁質(zhì)地較軟的特性，可通過增加開口圓槽用自攻螺釘來固定，如圖4中B區(qū)的結(jié)構。圓槽的位置與端頭上的安裝孔對應，內(nèi)徑H為所選自攻螺釘對應的鉆頭直徑小0.1mm（鋁比鋼軟，小的0.1mm用于彌補由于硬度差別造成的固定不牢），圓槽的壁厚為1.5~2mm。由于圓槽結(jié)構使鋁型材在此處壁厚變化較大，需要在此處的夕卜表面上增加一條很淺的凹槽特征，否則外表面會出現(xiàn)縮痕。4） 不同類型鋁型材的壁厚設計。支腳上、下型材的外卜輪廓壁厚尺寸F—般為1.5~2mm之間，其余結(jié)構類鋁型材的外輪廓壁厚為1.2~1.5mm。蓋板類及裝飾類由于截面較大、壁厚過小難以成型，所以壁厚一般為1.5~2mm之間［9］。內(nèi)部結(jié)構中的壁厚已在上文論述。5實際應用中的一些經(jīng)驗1）對于需要在型材表面鉆孔的位置，為防止鉆頭滑動，可預先設計一條0.3~0.5mm深的槽。2）當鉚釘鉚接部放置區(qū)域過小，并且固定方向指向夕卜露面時，可以在內(nèi)表面增加幾條凸起的筋，防止鉆孔時將外露面鉆穿。3）在鋁型材結(jié)構設計時，將可能安裝的所有零件都考慮進去，并預留滑槽，在不用的時候，通過壓條蓋住，壓條作為裝飾條還增加了鋁型材的造型。4）不同鋁型材的螺栓滑槽開口寬度和卡口離夕卜表面的距離盡量設計得一致，這樣可以使用同一種壓條來扣住滑槽。5） 由于所有外表面處理的鋁型材單根最大長度小于7m，多數(shù)行李架都會由兩根鋁型材對接，對接處容易出現(xiàn)段差和縫隙，尤其是在放上行李后，由于受重變形，段差和縫隙變得更大。對于量大或者要求精細度高的行李架，可開發(fā)一種內(nèi)襯的管狀型材，夕卜輪廓與對接型材的內(nèi)輪廓一致，并留出0.2mm余量，襯在兩根型材的對接處，用鉚釘預先固定，組成一根鋁型材再組裝行李架，能很好地解決段差與縫隙問題?！鞠嚓P文獻】展洪文，張金光.客車內(nèi)飾設計[J].客車技術與研究，2008,(3):21-24.王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(第三版)[M].長沙：中南大學出版社，2005.2.徐言兵，鄒寶先.鋁型材在客車內(nèi)裝修中的應用[J].鐵道車輛，2001,(9):22-23.李陽.