淺談鋁擠壓型材在軌道交通領域方面的技術難點

摘 要：鋁擠壓加工技術目前在各個領域中都得到了充分的應用，尤其近年來對軌道交通、航空航天、汽車船舶等重大領域的深入應用更能彰顯出鋁擠壓加工技術的關鍵作用。文章主要講述了鋁擠壓加工技術在軌道交通領域方面的應用，并著重闡述了鋁擠壓型材在生產、工藝等技術方面的難點，近一步探析鋁擠壓加工關鍵技術的實際運用。

關鍵詞：軌道交通；擠壓型材；技術難點

現階段隨著我國經濟的高速發展，對軌道交通輕量化的要求也越來越高，而鋁擠壓型材在軌道交通輕量化方面的應用中占據了相當重要的位置。目前，各鋁加工行業也都在潛心研究用于軌道交通鋁擠壓型材的關鍵加工技術，并取得了較為突出的成果。

1 鋁擠壓型材在軌道交通上的應用

1.1 軌道交通的概述

軌道交通是指運營車輛需要在特定軌道上行駛的一類交通工具或運輸系統。最典型的軌道交通就是由傳統火車和標準鐵路所組成的鐵路系統。隨著火車和鐵路技術的多元化發展，軌道交通呈現出越來越多的類型，不僅遍布于長距離的陸地運輸，也廣泛運用于中短距離的城市公共交通中。

1.2 鋁擠壓型材在軌道交通上的具體運用

鋁擠壓型材主要運用在動車、地鐵的輕量化車身上，具體分布在車身主框架的各個位置，例如頂蓋長梁、側梁、底架邊梁、側墻、地板、枕梁等部位，是車身重要的支撐結構主體，對鋁型材的材質、結構、硬度、承重性、耐用性等方面均有較為嚴格的要求。而鋁擠壓型材的加工水平則直接會反映出鋁型材整體質量上的優劣，因此，鋁擠壓型材加工技術則是軌道交通領域應用的關鍵所在。

2 軌道交通鋁擠壓型材的分類以及技術難點

2.1 側墻、墊板等懸壁實心型材

側墻、墊板等懸壁實心型材主要特點在于截面簡單，模具設計及加工難度較低，擠壓易成形。擠壓實際生產中，此類型材多數可直接實現零試模量產，是軌道交通項目中最易生產的型材。

側墻、墊板等懸壁實心型材的技術難點在于：（1）型材在線淬火后的開口尺寸因冷卻收縮導致收口變形，因此需要根據型材的形狀及滑出臺方向來調整在線風淬及水淬工藝參數，通過擠壓后段的整形也可將型材的收口變形矯正回來；（2）模具設計初期也需要對型材做開口預變形設計，以校正在線淬火的變形量。

2.2 圓弧頂蓋、線槽等扁長實心型材

圓弧頂蓋、線槽等扁長實心型材主要特點在于型材呈扁長結構，寬厚比偏大，延伸細微結構處多，擠壓比接近上限值，模具入口擴展角度大，兩側不易填充。型材擠出易出現不規則變形，圓弧面難以保證。

圓弧頂蓋、線槽等扁長實心型材的技術難點在于：（1）因型材擠壓比接近上限值，模具在導流入口設計時需考慮如何最大限度的做泄壓處理，以防止擠壓時出現滿壓；（2）由于擠壓時模具彈變量大，容易出現擠壓型材頭尾壁厚差異大，在線擠壓時需針對頭尾進行溫度和速度的梯度調節；（3）擠壓時極易出現堵模以及型材平面的不規則變形，對修模考驗極大，需要進行多次的修模調整。

2.3 牽引梁等厚壁實心型材

牽引梁等厚壁實心型材主要特點在于截面看似簡單，但由于型材總寬普遍較長，壁厚尺寸差異大，實際擠壓時流速不均易導致變形，角落壁薄位置極難填充成形。在線水淬后會出現變形量加大，容易倒流等問題，型材厚壁處變形后也難以做整形處理。同時，因為壁厚差異大，鋁錠填充混流交匯后易出現焊縫線。

牽引梁等厚壁實心型材的技術難點在于：（1）模具設計時導流口需要進行特殊的異形結構設計，以避免混流交匯形成的焊縫線，并保證壁薄位置的有效填充；（2）在線牽引以及后續拉伸時都必須墊上專用墊塊，以防止底部斜勾位置碰傷變形及拉伸扭擰變形，在線水淬時也需要針對壁厚不均位置做定點的水量、噴射方向調節；（3）型材大壁厚位置擠壓后段整形困難，必要時需做熱整形處理。

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點在于截面相對簡單，壁厚偏大，擠壓比小，易出現焊合不良。中間壁厚易填充不足導致尺寸超下差，因型材自重較重擠壓時底部易擦傷。

枕梁、立柱等厚壁空心型材的技術難點在于：（1）由于型材壁厚大，擠壓比小，易出現焊合不良。在模具設計時需通過增加焊合腔深度、口袋深度等措施來解決焊合不良問題，擠壓時也需通過提高鑄錠溫度來保證焊合質量；（2）在線擠壓時需注意加大牽引力度防止型材下榻刮傷底面。

2.5 地板、底板等扁長薄壁空心型材

地板、底板等扁長薄壁空心型材主要特點在于型材呈扁長結構，壁厚偏薄，內筋較多且交叉布局，看似復雜但形狀規則。在線擠壓時型材易出現上下平面內凹或外凸現象，導致平面（圓弧面）間隙超差。在線淬火后易出現型材扭擰、彎曲，導致直線度超差。型材整體拼裝時易出現拼接精度達不到要求。

地板、底板等扁長薄壁空心型材的技術難點在于：（1）多芯頭空心型材因涉及到分段強度計算、分流孔分布及面積配比，工作帶階梯計算等較多復雜的設計理念穿插，導致設計難度較大；（2）由于此類型材多數定尺較長，直線度要求高，擠壓在線淬火后易出現整體扭擰、彎曲，導致直線度超差，需要在后續的拉伸及整形工序上進行矯正；（3）型材在初期試模后往往會出現平面超差以及T型扣收縮變形問題，需要較大的修模量，同時由于此類型材大部分使用攪拌摩擦焊拼接，對拼接精度要求極高，總裝時易出現拼接精度達不到的情況，也需要修模對型材整體長度尺寸做適時調整。

2.6 邊梁、長梁等異形薄壁空心型材

邊梁、長梁等異形薄壁空心型材是軌道交通型材中形狀最為復雜，模具設計、加工、擠壓以及修模難度最大的擠壓型材。其主要特點在于型材截面復雜，細節多，內筋交錯布局且無規則。實際擠壓時極易出現扭擰變形，且變形趨勢較難做出前期預估。由于鋁流填充交匯點多，流量難以平衡控制，極易造成局部受壓不均導致芯頭偏擺，壁厚超差及錯邊問題頻繁出現。

邊梁、長梁等異形薄壁空心型材的技術難點在于：（1）由于型材形狀不規則，已經無法使用常規的設計方案進行套路，很難在設計初期完全做到分流孔的合理分配及面積配比；（2）由于此類型材極易出現扭擰變形，且變形趨勢較難做出前期預估，只能根據試模時頭料的變形情況在線進行溫度、速度以及風淬方向的調整；（3）由于型材結構的不規則性，在實際的后續拉伸及整形過程中，無法對型材進行相應位置的墊塊匹配和整形滾輪匹配，大變形量的型材無法通過拉伸及整形工序救回；（4）此類型材最易出現的尺寸問題是型材無規則變形導致的外形尺寸超差，尺寸超差不能僅僅通過修復工作帶來解決問題，需對試模的料頭及尺寸變形的趨勢進行綜合評估，判斷鋁流供料的快慢點，進而對分流孔的形狀和面積進行調整，此類型的修模方法需要進行大量的補焊及磨削工作，周期長，難度高。

3 結語

綜上所述，對于應用于軌道交通領域方面的鋁擠壓型材，在技術攻關上，仍然還有很長的一段路要走。在鋁擠壓型材初期的模具設計，到后期模具制造、修模以及在線擠壓工藝調整的過程，始終伴隨著技術上的經驗積累與突破，需要更多的后備技術力量給予支持，不斷革新。

參考文獻

[1]高安江，劉平禮，等.鋁合金擠壓型材在軌道交通中的應用及技術標準[J].世界有色金屬，2017，2017（7）：1-3.

[2]王剛，王明坤.軌道交通用鋁合金擠壓型材的發展現狀[J].世界有色金屬，2016，2016（10）：23-25.

作者簡介：

藍崢，工程師，研究方向為機械工程。