一种上裙板装置和上裙板装置的加工方法与流程

1.本发明轨道交通技术领域，更具体地说，涉及一种上裙板装置和上裙板装置的加工方法。


背景技术：

2.在现有的轨道交通车辆中，高速动车组和地铁的车体顶部通常设有空调、通风装置等机械、电气设备，上裙板装置用于对车顶设备起到一定的防护作用，并具备改善空气动力学性能、减小设备噪声辐射以及满足外观美观的功能。上裙板装置要求不仅要具有足够的强度、抗冲击性、抗疲劳性和可靠性，还要求安装简洁，以便于进行维护。
3.目前轨道交通领域的上裙板基本为smc(sheet molding compounds，片状模塑料)工艺成型的复合材料制成，由于在上裙板装置的制造过程中会有气泡、空洞、分层和掉渣等问题，使得制成的上裙板装置强度较低，容易变形，质量较差。
4.因此，如何提高上裙板的结构强度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种上裙板装置，以提高上裙板的结构强度。
6.本发明的另一目的在于公开一种上裙板装置的加工方法，用于制备上述的上裙板装置。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种上裙板装置，包括裙板主体，所述裙板主体包括通过超塑成型工艺制备的超塑单元和通过型材挤压工艺制备的型材单元，所述超塑单元和所述型材单元通过搅拌摩擦焊连接。
9.优选地，在上述的上裙板装置中，所述裙板主体的两端均设置有端部接头，所述裙板主体的端部接头用于与相邻的所述裙板主体的端部接头搭接配合。
10.优选地，在上述的上裙板装置中，位于所述裙板主体的一端的端部接头为第一端部接头，位于另一端的端部接头为第二端部接头，且所述第一端部接头和所述第二端部接头均通过数控加工工艺制备；
11.所述第一端部接头包括用于与所述裙板主体连接的第一主体连接部以及第一搭接部，所述第一主体连接部与所述第一搭接部连接；
12.所述第二端部接头包括用于与所述裙板主体连接的第二主体连接部以及第二搭接部，所述第二主体连接部与所述第二搭接部连接，所述第二搭接部用于与相邻所述上裙板装置的所述第一搭接部搭接配合。
13.优选地，在上述的上裙板装置中，所述第一端部接头和所述第二端部接头均通过不锈钢沉头拉铆钉与所述裙板主体连接；和/或，
14.所述第一端部接头和所述第二端部接头均通过结构胶与所述裙板主体连接。
15.优选地，在上述的上裙板装置中，所述裙板主体的内表面设置有用于与车体顶部
支架连接的连接支架。
16.优选地，在上述的上裙板装置中，所述型材单元设置有加强筋；和/或，
17.所述超塑单元远离所述型材单元的一端为曲面结构。
18.一种上裙板装置的加工方法，用于制备上述的上裙板装置，包括步骤：
19.主体准备，采用超塑成型工艺将第一铝合金基材制备成为所述超塑单元，采用型材挤压工艺将第二铝合金基材制备成为所述型材单元；
20.裙板焊接，通过搅拌摩擦焊将所述超塑单元和所述型材单元进行焊接，以得到所述裙板主体。
21.优选地，在上述的上裙板装置的加工方法，还包括步骤：
22.接头准备，采用数控加工工艺将第三铝合金基材制备成为第一端部接头和第二端部接头；
23.接头安装，将所述第一端部接头和所述第二端部接头采用拉铆工艺和/或粘接工艺分别设置于所述裙板主体的两端。
24.优选地，在上述的上裙板装置的加工方法，在接头准备步骤和接头安装步骤之间还包括步骤：
25.接头热处理，将所述第一端部接头和第二端部接头进行热处理，以消除内部的残余应力。
26.优选地，在上述的上裙板装置的加工方法，还包括步骤：
27.支架安装，将连接支架采用拉铆工艺和/或粘接工艺设置于所述裙板主体的内表面。
28.本发明提供的上裙板装置包括裙板主体，裙板主体包括通过超塑成型工艺制备的超塑单元和通过型材挤压工艺制备的型材单元。超塑单元和型材单元一般使用铝合金基材制备。超塑单元由于使用超塑成型工艺，因此可以消除铝合金基材的内部应力，使超塑单元保持良好的机械性能，提高上裙板装置的结构强度。且超塑单元和型材单元通过搅拌摩擦焊连接。搅拌摩擦焊相较于现有技术的弧焊，焊接强度高，焊接变形小，提高了超塑单元和型材单元之间的连接强度，并保证了上裙板装置的外观质量。同时采用超塑成型工艺和型材挤压工艺制备裙板主体，避免了由于制造过程中气泡、空洞、分层和掉渣等原因导致的上裙板装置结构强度较低的问题。
29.本发明提供的上裙板装置的加工方法，用于制备上述的上裙板装置，包括主体准备步骤和裙板焊接步骤。主体准备步骤采用超塑成型工艺将第一铝合金基材制备成为超塑单元，以及采用型材挤压工艺将第二铝合金基材制备成为型材单元。裙板焊接步骤通过搅拌摩擦焊将超塑单元和型材单元进行焊接，以得到上述的裙板主体。由于制备的裙板主体为上述的裙板主体，所以同样具有上述优点，在此不再赘述。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例一公开的上裙板装置的加工方法的流程图；
32.图2为本发明实施例二公开的上裙板装置的加工方法的流程图；
33.图3为本发明实施例三公开的上裙板装置的加工方法的流程图；
34.图4为本发明实施例四公开的上裙板装置的加工方法的流程图；
35.图5为本发明实施例公开的上裙板装置的轴侧图；
36.图6为本发明实施例公开的裙板主体的侧视图；
37.图7为本发明实施例公开的第一端部接头的结构示意图；
38.图8为本发明实施例公开的第二端部接头的结构示意图；
39.图9为本发明实施例公开的上裙板装置的局部结构示意图。
40.其中，110为第一端部接头，111为第一主体连接部，112为第一搭接部，113为粘合缝，114为铆接孔，120为第二端部接头，121为第二主体连接部，122为第二搭接部，130为裙板主体，131为超塑单元，132为型材单元，140为连接支架。
具体实施方式
41.本发明的核心在于公开一种上裙板装置，以提高上裙板的结构强度。
42.本发明的另一核心在于公开一种上裙板装置的加工方法，用于制备上述上裙板装置。
43.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
44.上裙板装置用于对车顶设备进行保护，可避免车顶设备在车辆运行过程中受到物体的撞击，以确保车辆的安全运行，同时，还可以减少车辆运行的空气阻力，增强车辆的美观度。但现有的上裙板装置结构强度较低，对此，本技术的发明人提出了一种上裙板装置，具体内容如下。
45.结合图5和图6，本发明实施例公开的上裙板装置包括裙板主体130，裙板主体130包括通过超塑成型工艺制备的超塑单元131和通过型材挤压工艺制备的型材单元132。其中超塑单元131和型材单元132一般使用铝合金基材制备。本实施例中，将裙板主体130分为两部分，裙板主体130安装于车顶后的下部由于其结构截面变化较多，无法采用超塑成型工艺制备，因此该部分采用型材挤压工艺制备，即该部分为型材单元132；裙板主体130安装于车顶后的上部由于其结构较为简单，可以采用超塑成型工艺制备，也即该部分为超塑单元131。
46.超塑单元由于使用超塑成型工艺，因此可以消除铝合金基材的内部应力，使超塑单元131保持良好的机械性能，提高上裙板装置的结构强度。且超塑单元131和型材单元132通过搅拌摩擦焊连接。搅拌摩擦焊相较于现有技术的弧焊，焊接强度高，焊接变形小，提高了超塑单元131和型材单元132之间的连接强度，并保证了上裙板装置的外观质量。同时采用超塑成型工艺和型材挤压工艺制备裙板主体，避免了smc成型工艺制造过程中由于气泡、空洞、分层和掉渣等原因导致的上裙板装置结构强度较低的问题。
47.在本发明公开的实施例1中，通过控制温度为320℃和应变速率为(4.8x10-3
)s-1
，使铝合金基材的延展性由20％提高到480％，得到机械性能较好的超塑单元131。
48.在本发明公开的实施例2中，通过控制温度为360℃和应变速率为(5x10-3
)s-1
，使铝合金基材的延展性由20％提高到500％，得到机械性能较好的超塑单元131。
49.在本发明公开的实施例3中，通过控制温度为400℃和应变速率为(5.2x10-3
)s-1
，使铝合金基材的延展性由20％提高到520％，得到机械性能较好的超塑单元131。
50.通过上述实施例可得，可以通过控制温度为320℃～400℃，以及应变速率为(4.8x10-3
)s-1
～(5.2x10-3
)s-1
，可提高铝合金基材的延展性，并得到机械性能较好的超塑单元131。
51.由于部分车辆的车身较长，因此需要多个上裙板装置相互配合共同作用对车顶设备进行保护。为了实现相邻上裙板装置之间的连接配合，裙板主体130的两端均设置有端部接头，裙板主体130的端部接头用于与相邻的裙板主体130的端部接头搭接配合。
52.由于端部接头具有三维曲面的形状特征，所以无法使用挤压型材来制造。本发明实施例公开的端部接头可采用数控机床加工厚铝板制成，并在机加工后进行相应的热处理消除其内部的残余应力，以增强端部接头的强度和韧性，进而提高上裙板装置在车辆运行时的抗冲击振动能力。采用数控加工工艺可加快生产周期并降低生产成本。
53.在本发明公开的一具体的实施例中，裙板主体130的端部接头包括位于裙板主体130的一端的第一端部接头110，以及位于另一端的第二端部接头120。结合图7和图8，第一端部接头110包括用于与裙板主体130连接的第一主体连接部111以及第一搭接部112，第一主体连接部111与第一搭接部112连接。第一主体连接部111与第一搭接部112呈台阶布置，也即第一主体连接部111与第一搭接部112平行，且二者存在一定的高度差，二者之间的高度差通过过渡板连接。
54.第二端部接头120包括用于与裙板主体130连接的第二主体连接部121以及第二搭接部122，第二主体连接部121与第二搭接部122连接。第二搭接部122为连接在第二主体连接部121的一侧表面上的折板，该折板可以与第二主体连接部121垂直，其高度用于补偿第一主体连接部111与第一搭接部112之间的高度差。
55.第二搭接部122用于与相邻裙板主体130的第一端部接头110的第一搭接部112搭接配合。在第二搭接部122搭接在第一搭接部112上后，第一主体连接部111与第二主体连接部121位于同一表面上。
56.本发明实施公开的上裙板装置结构简单，安装方便。车顶上安装好第一上裙板装置之后，在安装与第一上裙板装置相邻的第二上裙板装置时，可以先将第二上裙板装置的第二搭接部122搭接在第一上裙板装置的第一搭接部112上，再对第二上裙板装置进行固定。
57.在本发明公开的一具体的实施例中，第一端部接头110和第二端部接头120均通过数控加工工艺制备。第一端部接头110和第二端部接头120均通过不锈钢沉头拉铆钉与裙板主体130连接。需要说明的是，第一端部接头110和第二端部接头120还可通过结构胶与裙板主体130连接，或同时使用不锈钢沉头拉铆钉和结构胶与裙板主体130连接，以提高结构强度，并降低制造过程产生的变形。
58.结合图9，裙板主体130与端部接头的对应位置开设有铆接孔114，在裙板主体130上安装端部接头时，先用不锈钢沉头拉铆钉将端部接头与裙板主体130通过铆接孔114铆紧，并在端部接头与上裙板的接触处用结构胶粘接牢固，形成粘合缝113，最后将不锈钢沉
头拉铆钉打磨平滑，以得到较为光滑的表面。同时使用拉铆工艺和粘接工艺连接裙板主体130和端部接头，能保证端部接头与裙板主体130之间牢固连接，并保证上裙板装置的表面质量，提高美观度，结构胶的使用可以提高上裙板装置的抗冲击振动性能。
59.为了增强上裙板装置与车体顶部连接的可靠性，裙板主体130的内表面设置有用于与车体顶部支架连接的连接支架140。连接支架140和端部接头均可采用铝合金作为基材制备，使得具有金属质感，提高上裙板装置的外观质量。且连接支架140也可采用数控加工工艺制备，连接支架140与裙板主体130之间的连接也可采用与端部接头相类似的方式，在此不再赘述。连接支架140可以在上裙板装置放置到正确的安装位置，并将相邻两个上裙板装置的端部接头搭接好之后，再进行固定。
60.为了增强裙板主体130的结构强度，型材单元132设置有加强筋。由于型材单元132的底部成型角度太小，且加强筋尺寸也较小，使得无法使用超塑成型工艺制备，所以可使用较为成熟的型材挤压工艺进行生产。
61.结合图6，两个半圆柱的加强筋可提高裙板主体130的刚度，以抵抗上裙板装置在加工、运输和车辆运行时的变形。且超塑单元131远离型材单元132的一端为曲面结构，超塑单元131的曲面结构用于向车体方向延伸，以对车顶设备进行一定的防护。
62.结合图1，本发明实施例还公开了上裙板装置的加工方法，用于制备上述的上裙板装置，包括步骤：
63.s10、主体准备；
64.采用超塑成型工艺将第一铝合金基材制备成为超塑单元131，采用型材挤压工艺将第二铝合金基材制备成为型材单元132。通过使用超塑成型工艺可以消除第一铝合金基材的内部应力，使超塑单元131保持良好的机械性能，提高上裙板装置的结构强度。型材挤压工艺可以制备具有加强筋且和较小底部成型角α结构的型材单元132。
65.s20、裙板焊接；
66.通过搅拌摩擦焊将超塑单元131和型材单元132进行焊接，以得到裙板主体130。搅拌摩擦焊的焊接变形小，结构强度高。
67.进一步地，为了将端部接头安装至裙板主体130，如图2所示，上裙板装置的加工方法还包括步骤：
68.s30、接头准备；
69.采用数控加工工艺将第三铝合金基材制备成为第一端部接头110和第二端部接头120，采用数控加工工艺具有加快生产周期并降低生产成本的优点。
70.s40、接头安装；
71.将第一端部接头110和第二端部接头120采用拉铆工艺和/或粘接工艺分别设置于裙板主体130的两端，拉铆工艺和粘接工艺同时使用可以提高结构强度，并降低制造过程产生的变形。
72.进一步地，如图3所示，为了增强端部接头的结构强度，在接头准备步骤和接头安装步骤之间还包括步骤：
73.s50、接头热处理；
74.将第一端部接头110和第二端部接头120进行热处理，以消除内部的残余应力。
75.结合图4，在将第一端部接头110和第二端部接头120安装至裙板主体130后，可通
过步骤s60将连接支架140安装到裙板主体130上。
76.s60、支架安装；
77.将连接支架140采用拉铆工艺和/或粘接工艺设置于裙板主体130的表面。
78.需要说明的是，步骤s60只要设置在步骤s20之后即可，并不进局限于设置于步骤s40之后。步骤s30和步骤s50的位置也可根据实际情况进行调整，并不仅局限于本发明实施例公开的顺序。
79.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
80.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种上裙板装置，其特征在于，包括裙板主体(130)，所述裙板主体(130)包括通过超塑成型工艺制备的超塑单元(131)和通过型材挤压工艺制备的型材单元(132)，所述超塑单元(131)和所述型材单元(132)通过搅拌摩擦焊连接。2.如权利要求1所述的上裙板装置，其特征在于，所述裙板主体(130)的两端均设置有端部接头，所述裙板主体(130)的端部接头用于与相邻的所述裙板主体(130)的端部接头搭接配合。3.如权利要求2所述的上裙板装置，其特征在于，位于所述裙板主体(130)的一端的端部接头为第一端部接头(110)，位于另一端的端部接头为第二端部接头(120)，且所述第一端部接头(110)和所述第二端部接头(120)均通过数控加工工艺制备；所述第一端部接头(110)包括用于与所述裙板主体(130)连接的第一主体连接部(111)以及第一搭接部(112)，所述第一主体连接部(111)与所述第一搭接部(112)连接；所述第二端部接头(120)包括用于与所述裙板主体(130)连接的第二主体连接部(121)以及第二搭接部(122)，所述第二主体连接部(121)与所述第二搭接部(122)连接，所述第二搭接部(122)用于与相邻所述上裙板装置的所述第一搭接部(112)搭接配合。4.如权利要求3所述的上裙板装置，其特征在于，所述第一端部接头(110)和所述第二端部接头(120)均通过不锈钢沉头拉铆钉与所述裙板主体(130)连接；和/或，所述第一端部接头(110)和所述第二端部接头(120)均通过结构胶与所述裙板主体(130)连接。5.如权利要求1所述的上裙板装置，其特征在于，所述裙板主体(130)的内表面设置有用于与车体顶部支架连接的连接支架(140)。6.如权利要求1～5任意一项所述的上裙板装置，其特征在于，所述型材单元(132)设置有加强筋；和/或，所述超塑单元(131)远离所述型材单元(132)的一端为曲面结构。7.一种上裙板装置的加工方法，用于制备如权利要求1所述的上裙板装置，其特征在于，包括步骤：主体准备，采用超塑成型工艺将第一铝合金基材制备成为所述超塑单元(131)，采用型材挤压工艺将第二铝合金基材制备成为所述型材单元(132)；裙板焊接，通过搅拌摩擦焊将所述超塑单元(131)和所述型材单元(132)进行焊接，以得到所述裙板主体(130)。8.如权利要求7所述的上裙板装置的加工方法，其特征在于，还包括步骤：接头准备，采用数控加工工艺将第三铝合金基材制备成为第一端部接头(110)和第二端部接头(120)；接头安装，将所述第一端部接头(110)和所述第二端部接头(120)采用拉铆工艺和/或粘接工艺分别设置于所述裙板主体(130)的两端。9.如权利要求8所述的上裙板装置的加工方法，其特征在于，在接头准备步骤和接头安装步骤之间还包括步骤：接头热处理，将所述第一端部接头(110)和第二端部接头(120)进行热处理，以消除内部的残余应力。10.如权利要求7所述的上裙板装置的加工方法，其特征在于，还包括步骤：
支架安装，将连接支架(140)采用拉铆工艺和/或粘接工艺设置于所述裙板主体(130)的表面。

技术总结
本发明公开的上裙板装置包括裙板主体，裙板主体包括通过超塑成型工艺制备的超塑单元和通过型材挤压工艺制备的型材单元。超塑单元由于使用超塑成型工艺，因此可以消除铝合金基材的内部应力，使超塑单元保持良好的机械性能，提高上裙板装置的结构强度。且超塑单元和型材单元通过搅拌摩擦焊连接，搅拌摩擦焊的焊接强度高，焊接变形小，提高了超塑单元和型材单元之间的连接强度，并保证了上裙板装置的外观质量。本发明提供的上裙板装置的加工方法，用于制备上述的上裙板装置，包括主体准备步骤和裙板焊接步骤。和裙板焊接步骤。和裙板焊接步骤。


技术研发人员：穆文雄 王登基 王会娟 范明星 武舒然 王旭 邓忠
受保护的技术使用者：北京轨道交通技术装备集团有限公司
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/3/7