高鐵行李架用鋁型材生產(chǎn)工藝研究

蔣 偉，翟文峰，趙 棟，陳昌勇

（1.山東鋁業(yè)有限公司，山東 淄博 255051；2.中鋁山東青島博信鋁業(yè)有限公司，山東 青島 266300）

輕量、高速已成為現(xiàn)代化高鐵動車運輸?shù)闹匾獦?biāo)志，制造200公里/小時以上的高速列車，減輕車體自重是輕量、高速最好的方法。鋁合金材料相較于不銹鋼更有優(yōu)勢，主要在于鋁合金車體可采用與車身等長的大型中空鋁型材插接組焊而成,中間無橫向受力焊縫，易于實現(xiàn)自動焊，制造工藝相對簡單，密封性、減重效果均明顯好于不銹鋼車體。

我司從2016年開始研發(fā)生產(chǎn)高鐵行李架用鋁型材，由于缺乏對此類系列產(chǎn)品相關(guān)的精密工藝技術(shù)參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)過程中僅僅依靠過去傳統(tǒng)的擠壓工藝技術(shù)參數(shù)，型材的成品率不足78%，生產(chǎn)成本高。

為適應(yīng)現(xiàn)代市場形勢需要，實現(xiàn)低能耗、高質(zhì)量升級發(fā)展，我司決定將影響高鐵行李架用鋁型材成品率作為重點研發(fā)課題，通過改進(jìn)擠壓過程中各個流程參數(shù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，以提高擠壓型材成品率，最終達(dá)到降低成本的效果。

1 擠壓工藝控制與分析

1.1 擠壓工藝流程

鋁合金擠壓過程是一個系統(tǒng)項目，主要包括合金棒加熱、模具制作、擠壓工藝控制、淬火方式、矯直力度以及時效等基本流程，必須要選擇合適的工藝條件與工裝。工藝流程為。

合金棒加熱→模具加熱與安裝→擠壓→淬火→矯直鋸切→時效→檢驗。

1.2 行李架組裝圖

圖1 行李架組裝示意圖

1.3 擠壓工藝分析

1.3.1 合金棒溫度控制分析

本文研究了合金棒不同溫度加熱區(qū)間對擠壓型材表面與性能的影響，見表1。

表1 合金棒溫度對型材表面與性能的影響

通過表1分析：合金棒預(yù)熱溫度520℃～550℃，保溫4h～6h使內(nèi)部組織均勻化。平模：合金棒出口溫度設(shè)定480℃～500℃，組合模：合金棒出口溫度設(shè)定480℃～520℃，滿足最佳生產(chǎn)工藝。

1.3.2 擠壓工藝控制分析

本文研究了擠壓工藝對型材質(zhì)量的影響，見表2。

表2 擠壓工藝對型材質(zhì)量的影響

通過表2分析：擠壓生產(chǎn)過程中，熱的坯料在加熱的擠壓筒和模具中被迫通過具有較小截面面積的模具工作帶，施加到材料上的一部分被克服變形阻力所消耗，一部分用于克服模具與材料間的摩擦和變形產(chǎn)生的熱量，同時保留在鋁材中，一部分被傳遞到擠壓筒和模具，另外一部分被傳遞到未變形的坯料。產(chǎn)量主要決定于擠壓速度，而鋁型材的質(zhì)量取決于鋁型材出模溫度。隨著擠壓速度的加快，鋁型材出模溫度將顯著升高，當(dāng)溫度超過一定值時，鋁材組織性能會發(fā)生變化，溫度過高不利于表面外觀質(zhì)量，易出現(xiàn)粘鋁現(xiàn)象；溫度過低，易導(dǎo)致性能不合格，所以生產(chǎn)過程必須隨時對鋁材出口溫度（H-RB鋁擠壓紅外溫度傳感器）進(jìn)行監(jiān)控、檢測，以保證擠壓產(chǎn)量與鋁型材質(zhì)量。因此，鋁型材擠壓出口的溫度監(jiān)控尤為重要，就高鐵行李架用鋁型材控制在480℃～510℃為宜。

圖2 未擠壓前鋁材組織性能

圖3 高速擠壓下鋁材組織性能

1.3.3 淬火方式分析

本文研究了淬火對型材硬度的影響，見表3。

表3 時效參數(shù)對型材機(jī)械強(qiáng)度的影響

通過表3分析：采取風(fēng)冷淬火，型材出口溫度保證480℃～510℃，經(jīng)過風(fēng)冷淬火后型材溫度以（28℃/h）下降到160℃～200℃之間，消除型材自身應(yīng)力，控制HB（T5—60，T6—73），延伸率（δ=12%）。

1.3.4 矯直力度分析

按照人體觸溫規(guī)律，型材冷卻到≤50℃，才能進(jìn)行拉伸矯直。拉伸前要確認(rèn)型材的長度，再預(yù)定拉伸率，確定拉伸長度，即主夾頭移動位置。本文研究了矯直對型材變形量、成品率的影響。通過分析：拉伸率為0.5%～1%時，型材外形尺寸符合圖紙要求，工藝廢料最小,成品率最高；同時可以實現(xiàn)消除型材本身應(yīng)力，提升型材硬度，達(dá)到使用需求。

1.3.5 時效工藝分析

本文研究了時效參數(shù)對型材矯直后變形量、機(jī)械強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表4。

表4 時效參數(shù)對型材機(jī)械強(qiáng)度的影響

通過表4分析：時效工藝參數(shù)為185℃～190℃，2～2.5h，最終消除型材本身應(yīng)力，達(dá)到高車行李架用機(jī)械性能要求。

2 結(jié)論

通過本文的研究，高鐵行李架用鋁型材成品率提高了3.5%,達(dá)到了81.5%，確定的工藝參數(shù)指標(biāo)。

（1）棒溫：生產(chǎn)平模時，合金棒出口溫度設(shè)定480℃～500℃，生產(chǎn)組合模時，合金棒出口溫度設(shè)定480℃～520℃。

（2）擠壓溫度：480℃～510℃。

（3）淬火：淬火速度28℃/h冷卻至160℃～200℃。

（4）矯直：拉伸率0.5%～1%。

（5）時效：185～190℃，2～2.5h。

本文在傳統(tǒng)擠壓工藝技術(shù)參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善，更加科學(xué)合理。這對鋁代鋼、鋁代木等其他新型鋁合金材料研發(fā)、推廣及產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的擠壓技術(shù)路線控制有極大的指導(dǎo)作用。