轨道交通用大型特种铝型材模具设计及挤压生产技术探讨

 

随着科学技术的飞速发展，工农业生产的进步和人民生活水平的日益提高，轨道交通业正向着轻量化、高速安全、节能环保、舒适美观等方向发展，近年来各种铝合金挤压材在轨道交通业对于节能环保，轻量化、提高材料利用率等方面上起到高速发展。

 

 

2.1 轨道交通型材品种越来越多，对性能和质量的要求特别是轻量化的要求也越来越高，因此需要开发不同性能要求的新型合金，目前已研发成功的新合金主要有：5A02、5754、6005、6005A、6082等，并成功挤压出各种用途的型材、棒材和管材。

 

2.2 轨道交通站台侧门槛G209（见图1）合金成分6005A和内部顶板TCT123（见图2）合金成分6005A,该合金是在6005合金的基础上发展起来的一种中强度合金，是车辆制造业所用的主要材料，有优良的加工性能、耐蚀性和耐疲劳性及风压变形性能，都能达到国家标准的一级水平，无论在国内外都在地铁和高速列车上使用越来越广泛。

 

 

2.3 轨道交通门机梁G178（见图3）合金成分6082，该合金属于AL—Mg—Si系热处理可强化合金，具有中等强度和良好的焊接性能、耐蚀性和耐疲劳性及风压变形性能，广泛用于轨道交通和结构工程业。

 

 

作为高端高强度特种型材，必须具有高韧高强的功能和外观极强的装饰性，所以对于力学性能和外观形位公差要求都非常严格，在生产过程中容易出现力学性能差、平面和角度超差等缺陷。

 

 

 

4.1模具设计

 

4.11 型材质量要求，平面度：0.1%*W以下

 

              角度：0.3°

 

              直线度：每300mm,0.3mm以下

 

              几何尺寸：按国标超高精极执行。

 

4.12 模具设计基本参数

 

           型号G209（见图1）宽度达270mm

 

           挤压机吨位：2600T

 

           挤压筒直径：262mm

 

           棒径：254mm

 

              挤压系数： 27.5      

 

              合金状态：6005A—T6

 

              模具直径：497mm

 

该型材两端有两个小腔体，外接圆已超出2600T挤压筒直径，因此在挤压生产过程中，模芯的受力难以平衡，模芯极易发生严重偏壁和平面度超差现象，从而影响成型。

 

 针对这两个小腔体的受力状态和流速变化，经过充分分析之后，最终确定设计为前导孔宽展沉桥分流模具（见图4），其特点是在宽展模孔内设计花型连接桥，形成多个分流孔，以平衡金属流量和提高模具的整体强度，从而使流动金属在焊合室里具有足够的静水压力。    

 

 

4.13 型号G178（见图3）模具设计基本参数：

 

外接圆377mm，

 

挤压机吨位：4500T

 

挤压筒直径：368mm

 

棒径：355mm

 

挤压系数：17

 

合金状态：6082—T6

 

模具直径：620mm

 

 该铝型材为5个大小不一的腔体，几何尺寸较大，型材外接圆已超出4500T挤压机模具进料孔的极限，从技术上看，该型材的生产难度较大，主要问题是模具的供料问题和强度问题，而且模具设计过程中的核心问题是模芯受力平衡问题和挤压力问题。

 

因此，该模具同样设计为前导孔宽展沉桥式分流模具（见图5），使每个模芯在各个方向上均有不同的分流孔为其供料，使每个模芯在各个方向上受力得到相互抵消并达到平衡。

 

 

4.2挤压重点控制工序

 

4.21 6082的铸锭加热温度为500℃－510℃，6005A铸锭加热温度为520℃－530℃，挤压筒温度为430℃—450℃，挤压6082和6005A合金时为避免产生表面裂纹，挤压速度较低，一般不大于8—10米每分钟。

 

4.22 铸锭加热采用先剥皮后用燃气式加热炉加热，热切后送挤压机挤压，余下的铸锭在退回炉内继续保温，由于铸锭在炉内长时间加热和保温，对充分均匀化和改善其可挤压性能非常有利。

 

4.23 型材出口冷却采用精密水加风在线淬火，对6005A、6082淬火敏感性大的合金型材和平面变化剧烈的型材十分必要，可满足截面壁厚不一的冷却强度差异性调节。

 

4.24 型材出模孔后，使用直线式双牵引机牵引，工作时在给予挤压制品一定的张力同时与其流出速度同步移动，完全杜绝型材出模孔后扭弯现象等缺陷。

 

4.3时效工艺

 

4.31  合金经过挤压在线淬火后，只是得到溶质为Mg和Si的过饱和固溶体，此时的力学性能不达标必须经过时效处理才能达标。

 

4.32  时效工艺控制参数为175℃保温8小时。产品在线淬火与人工时效工序的间隔时间会对时效效果有一定的影响，这就是所谓的 “停放效应” ，如果在淬火后停放8h以后再去时效，其强度值将明显低于立即时效获得的强化效果。因此，对于具有停放效应的铝合金制品，应尽可能地缩短淬火与时效间的间隔时间。

 

 

5.1产品的尺寸检测，通过卡尺和专用量具现场检测，几何尺寸达标。

 

5.2产品的平面度和角度检测：通过直尺、万能角度尺现场检测，离线平台检测，均达标。

 

5.3产品的成层、夹心、缩尾和挤压制品的粗晶环通过切取尾部总长的20%位置在碱槽中15分钟碱洗，无发现缺陷。

 

5.4力学性能测试，取产品头尾料500mm长，经过线切割成标准的试片，在万能试验机上进行拉力测试，各项指标均达标。

 

 

本文介绍了轨道交通特种铝型材的性能和质量的要求，针对轨道交通铝型材在生产过程中的一些缺陷进行了分析，通过对模具的设计、挤压关键工序的控制进行了探讨，做出了解决方案和措施，并对各项指标进行了严格检测，符合客户各项标准要求。
通过模具设计和挤压工艺控制的生产实践证明，型材成型度理想，质量稳定，各方面都能满足客户的使用要求，对产品满意度很高。