浅谈铝挤压型材在轨道交通领域方面的技术难点

摘 要：铝挤压加工技术目前在各个领域中都得到了充分的应用，尤其近年来对轨道交通、航空航天、汽车船舶等重大领域的深入应用更能彰显出铝挤压加工技术的关键作用。文章主要讲述了铝挤压加工技术在轨道交通领域方面的应用，并着重阐述了铝挤压型材在生产、工艺等技术方面的难点，近一步探析铝挤压加工关键技术的实际运用。

关键词：轨道交通；挤压型材；技术难点

现阶段随着我国经济的高速发展，对轨道交通轻量化的要求也越来越高，而铝挤压型材在轨道交通轻量化方面的应用中占据了相当重要的位置。目前，各铝加工行业也都在潜心研究用于轨道交通铝挤压型材的关键加工技术，并取得了较为突出的成果。

1 铝挤压型材在轨道交通上的应用

1.1 轨道交通的概述

轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。最典型的轨道交通就是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。随着火车和铁路技术的多元化发展，轨道交通呈现出越来越多的类型，不仅遍布于长距离的陆地运输，也广泛运用于中短距离的城市公共交通中。

1.2 铝挤压型材在轨道交通上的具体运用

铝挤压型材主要运用在动车、地铁的轻量化车身上，具体分布在车身主框架的各个位置，例如顶盖长梁、侧梁、底架边梁、侧墙、地板、枕梁等部位，是车身重要的支撑结构主体，对铝型材的材质、结构、硬度、承重性、耐用性等方面均有较为严格的要求。而铝挤压型材的加工水平则直接会反映出铝型材整体质量上的优劣，因此，铝挤压型材加工技术则是軌道交通领域应用的关键所在。

2 轨道交通铝挤压型材的分类以及技术难点

2.1 侧墙、垫板等悬壁实心型材

侧墙、垫板等悬壁实心型材主要特点在于截面简单，模具设计及加工难度较低，挤压易成形。挤压实际生产中，此类型材多数可直接实现零试模量产，是轨道交通项目中最易生产的型材。

侧墙、垫板等悬壁实心型材的技术难点在于：（1）型材在线淬火后的开口尺寸因冷却收缩导致收口变形，因此需要根据型材的形状及滑出台方向来调整在线风淬及水淬工艺参数，通过挤压后段的整形也可将型材的收口变形矫正回来；（2）模具设计初期也需要对型材做开口预变形设计，以校正在线淬火的变形量。

2.2 圆弧顶盖、线槽等扁长实心型材

圆弧顶盖、线槽等扁长实心型材主要特点在于型材呈扁长结构，宽厚比偏大，延伸细微结构处多，挤压比接近上限值，模具入口扩展角度大，两侧不易填充。型材挤出易出现不规则变形，圆弧面难以保证。

圆弧顶盖、线槽等扁长实心型材的技术难点在于：（1）因型材挤压比接近上限值，模具在导流入口设计时需考虑如何最大限度的做泄压处理，以防止挤压时出现满压；（2）由于挤压时模具弹变量大，容易出现挤压型材头尾壁厚差异大，在线挤压时需针对头尾进行温度和速度的梯度调节；（3）挤压时极易出现堵模以及型材平面的不规则变形，对修模考验极大，需要进行多次的修模调整。

2.3 牵引梁等厚壁实心型材

牵引梁等厚壁实心型材主要特点在于截面看似简单，但由于型材总宽普遍较长，壁厚尺寸差异大，实际挤压时流速不均易导致变形，角落壁薄位置极难填充成形。在线水淬后会出现变形量加大，容易倒流等问题，型材厚壁处变形后也难以做整形处理。同时，因为壁厚差异大，铝锭填充混流交汇后易出现焊缝线。

牵引梁等厚壁实心型材的技术难点在于：（1）模具设计时导流口需要进行特殊的异形结构设计，以避免混流交汇形成的焊缝线，并保证壁薄位置的有效填充；（2）在线牵引以及后续拉伸时都必须垫上专用垫块，以防止底部斜勾位置碰伤变形及拉伸扭拧变形，在线水淬时也需要针对壁厚不均位置做定点的水量、喷射方向调节；（3）型材大壁厚位置挤压后段整形困难，必要时需做热整形处理。

2.4 枕梁、立柱等厚壁空心型材

枕梁、立柱等厚壁空心型材主要特点在于截面相对简单，壁厚偏大，挤压比小，易出现焊合不良。中间壁厚易填充不足导致尺寸超下差，因型材自重较重挤压时底部易擦伤。

枕梁、立柱等厚壁空心型材的技术难点在于：（1）由于型材壁厚大，挤压比小，易出现焊合不良。在模具设计时需通过增加焊合腔深度、口袋深度等措施来解决焊合不良问题，挤压时也需通过提高铸锭温度来保证焊合质量；（2）在线挤压时需注意加大牵引力度防止型材下榻刮伤底面。

2.5 地板、底板等扁长薄壁空心型材

地板、底板等扁长薄壁空心型材主要特点在于型材呈扁长结构，壁厚偏薄，内筋较多且交叉布局，看似复杂但形状规则。在线挤压时型材易出现上下平面内凹或外凸现象，导致平面（圆弧面）间隙超差。在线淬火后易出现型材扭拧、弯曲，导致直线度超差。型材整体拼装时易出现拼接精度达不到要求。

地板、底板等扁长薄壁空心型材的技术难点在于：（1）多芯头空心型材因涉及到分段强度计算、分流孔分布及面积配比，工作带阶梯计算等较多复杂的设计理念穿插，导致设计难度较大；（2）由于此类型材多数定尺较长，直线度要求高，挤压在线淬火后易出现整体扭拧、弯曲，导致直线度超差，需要在后续的拉伸及整形工序上进行矫正；（3）型材在初期试模后往往会出现平面超差以及T型扣收缩变形问题，需要较大的修模量，同时由于此类型材大部分使用搅拌摩擦焊拼接，对拼接精度要求极高，总装时易出现拼接精度达不到的情况，也需要修模对型材整体长度尺寸做适时调整。

2.6 边梁、长梁等异形薄壁空心型材

边梁、长梁等异形薄壁空心型材是轨道交通型材中形状最为复杂，模具设计、加工、挤压以及修模难度最大的挤压型材。其主要特点在于型材截面复杂，细节多，内筋交错布局且无规则。实际挤压时极易出现扭拧变形，且变形趋势较难做出前期预估。由于铝流填充交汇点多，流量难以平衡控制，极易造成局部受压不均导致芯头偏摆，壁厚超差及错边问题频繁出现。

边梁、长梁等异形薄壁空心型材的技术难点在于：（1）由于型材形状不规则，已经无法使用常规的设计方案进行套路，很难在设计初期完全做到分流孔的合理分配及面积配比；（2）由于此类型材极易出现扭拧变形，且变形趋势较难做出前期预估，只能根据试模时头料的变形情况在线进行温度、速度以及风淬方向的调整；（3）由于型材结构的不规则性，在实际的后续拉伸及整形过程中，无法对型材进行相应位置的垫块匹配和整形滚轮匹配，大变形量的型材无法通过拉伸及整形工序救回；（4）此类型材最易出现的尺寸问题是型材无规则变形导致的外形尺寸超差，尺寸超差不能仅仅通过修复工作带来解决问题，需对试模的料头及尺寸变形的趋势进行综合评估，判断铝流供料的快慢点，进而对分流孔的形状和面积进行调整，此类型的修模方法需要进行大量的补焊及磨削工作，周期长，难度高。

3 结语

综上所述，对于应用于轨道交通领域方面的铝挤压型材，在技术攻关上，仍然还有很长的一段路要走。在铝挤压型材初期的模具设计，到后期模具制造、修模以及在线挤压工艺调整的过程，始终伴随着技术上的经验积累与突破，需要更多的后备技术力量给予支持，不断革新。

参考文献

[1]高安江，刘平礼，等.铝合金挤压型材在轨道交通中的应用及技术标准[J].世界有色金属，2017，2017（7）：1-3.

[2]王刚，王明坤.轨道交通用铝合金挤压型材的发展现状[J].世界有色金属，2016，2016（10）：23-25.

作者简介：

蓝峥，工程师，研究方向为机械工程。