1、概述

隨著我國軌道交通業(yè)的快速發(fā)展，高鐵、地鐵、輕軌等基礎設施建設在緩解城市交通和建設低碳經(jīng)濟方面發(fā)揮著重大作用。鋁合金由于質量輕、耐腐蝕、可焊性高、易加工成形因此在軌道車輛領域得到了廣泛應用。這個領域所應用的鋁型材有很多都是為了追求曲線美同時必須滿足更高的力學性能而設計的多曲面裝飾鋁型材及大的結構鋁型材，我們在這主要探討不規(guī)則多曲面鋁型材的生產(chǎn)技術。

由于客戶對鋁型材曲面弧度的一致性要求較高，對連接后接縫處要求較為嚴格，這給模具設計、擠壓生產(chǎn)和測量帶來了很造成了很多的技術難題。據(jù)這個客戶反應在給我門合作之前也曾經(jīng)找了好幾家鋁材加工公司生產(chǎn)這一類鋁型材，但是都是因為生產(chǎn)的鋁型材達不到要求而終止合作。

我們在開始生產(chǎn)不規(guī)則多曲面鋁型材時也走了一些彎路，比如說擠壓時由于熱脹冷縮產(chǎn)生的不規(guī)則變形致使多曲面部分的偏差遠大于技術要求而不能夠合理控制，從模具上下了很大的功夫都不理想，后來我們的通過一系列的技術改進和創(chuàng)新，利用仿形整形的方法做出了符合用戶要求的產(chǎn)品，受到用戶的好評。

2、鋁型材的圖紙及要求

由于規(guī)則部分尺寸容易控制在此圖中刪除了部分規(guī)則處的尺寸，鋁型材圖紙見圖1。

2.1、技術要求：

（1）此鋁型材每兩米長彎曲度偏差不得超過1.0mm

（2）扭檸度要求每2米不得大于1.0mm

（3）未注尺寸公差按GB 5237.1-2008高精級執(zhí)行。

（4）此鋁型材的下面的曲面部分為裝飾面，裝飾面上不能有裂紋、起皮、氣泡、腐蝕和明顯的壓坑、劃傷等缺陷。

（5）任意2-5支鋁型材頭尾相互連接后裝飾面接縫處錯位不得大于0.2mm。

（6）鋁型材的合金成分及交貨狀態(tài) 6063  T5。

（7）力學性能執(zhí)行GB/T6892-2006。

（8）鋁型材的下部多曲面部分為裝飾面。

（9）外接圓是134mm，斷面積是627mm2，理論米重1.69kg，交貨長度4-6米。

2.2、技術要求與相關標準對比分析

（1）彎曲度偏差對比

德國標準DIN  EN 755-9-2008中對彎曲度的要求，這個標準中的平直度就是我的標準中的彎曲度，這個標準中要求是：每米不得超過1.5mm，6m長度的最大偏差應該為9mm。
日本標準JIS H 4100 : 2006對這個尺寸段彎曲度的要求，一般等級的公差是每米不大于2mm，特殊等級的公差是每米不大于1mm。

我國GB 5237.1-2008超過精級對彎曲度的要求是任意300mm長度上不超過0.3mm，全長上不大于0.5*交貨長度（按米計算），4米交貨的話就是0.5*4=2mm。

（2）扭檸度偏差對比

德國標準DIN  EN 755-9-2008中對這個尺寸段扭檸度的要求是每米不得超過2.5mm，6m長度的最大偏差為7mm。
日本標準JIS H 4100 : 2006對這個尺寸段扭擰度的要求每米不得超過2.269mm，全長的最大偏差為6.94mm。
我國GB 5237.1-2008超過精級對扭檸度的要求不包含這個尺寸段。如果高精級來評定的話就是小于7mm。

（3）曲面間隙的對比

由技術要求第5條可以看出此鋁型材的曲面間隙要求非常嚴格。

德國標準DIN  EN 755-9-2008中對輪廓公差的要求就是我們國家標準的曲面間隙。

日本標準JIS H 4100 : 2006中的截面圓弧部分公差要求玄長大于25mm時，玄長每25mm公差為±0.13mm，若玄長小于或等于25mm時，其公差公差為±0.13mm。斷面圓弧部分的中心角大于或等于90°時，以每90°和其尾數(shù)進行測定。該公差僅適用于客戶有要求時。截面圓弧部分公差值可以利用外輪廓形狀公差見表２。

我國GB 5237.1-2008規(guī)定對曲面間隙有要求時，應雙方協(xié)商曲面弧樣板。任意25mm弦長上的圓弧曲面間隙不超過0.13mm。當橫截面圓弧部分的圓心角不大于90°時，曲面間隙不超過0.13×弦長/25mm ，弦長不足25mm時，按25mm計算；當橫截面圓弧部分的圓心角大于90°時，鋁型材的曲面間隙不超過0.13×（90°圓心角對應弦長+其余數(shù)圓心角對應弦長）/25mm，弦長不足25mm時，按25mm計算。

由此來看此鋁型材的形位公差要求已經(jīng)遠遠超過了日本標準、德國標準和我國的GB 5237.1-2008的超高精級要求，使生產(chǎn)、測量、模具設計難度增大，重要的裝飾面部分屬于不規(guī)則的多曲面，要求任意2-5支鋁型材頭尾相互連接，曲面部分接縫處的錯位不能大于技術要求的偏差，我們采用了制作測量樣板軌和仿形精整輥片等技術控制手段進行了生產(chǎn)。

三、測量樣板軌的制作

從圖紙及技術要求可以看到此鋁型材用普通的測量工具如游標卡尺、千分尺等根本無法完成測量工作，這給檢驗造成了很多的技術難題，我們采取制作專用仿形樣板量規(guī)的方法進行控制和測量。

測量時為了保證曲面部分一致必須找到統(tǒng)一的參照面作為測量基準。這個鋁型材的定位面就是鋁型材向上的左面的平面部分，所以我們就把測量基準面定在了這個平面上，有這個平面為參照來找出曲面部分與這個面的變形量來控制曲面與垂直面的角度。沿著這個垂直面和鋁型材的外曲面制作一個跟這個鋁型材垂直面和曲面完全吻合的樣板軌，來作為測量工具，如圖3、圖4所示，如果公司有鋁材鋁型材全自動測量儀那就配合使用更為方便。

制作這個樣板軌的材料最好用工具鋼，用線切割和電火花設備都能滿足制作精度的要求。制作完成后與產(chǎn)品的吻合度要高，各部分與圖紙要求不吻合度不得大于0.03mm，保證此精度非常重要。最后用細砂紙把飛邊毛刺打磨光滑，以免在測量中劃傷鋁型材表面。

四、專用拉伸夾具的制作

我們鋁材生產(chǎn)廠家所用的拉伸機鉗口都是平口鉗，在拉伸時為了防止平口鉗造成的鋁型材變形部分的延長，我們制作了4塊專用的仿形鉗口墊塊來克服這種變形向鋁型材的延伸，如圖5所示。

專用夾具的材料用45#鋼鍛打經(jīng)線切割加工而成，割完圓弧部分后在開上鋸齒狀的橫紋以防拉伸的時候滑脫，最后經(jīng)過淬火硬度達到HRC32至38度就可以了。

另外兩個夾具與這兩個完全相同，在拉伸的時候把這兩個墊塊分別安裝在普通的拉伸機鉗口上下兩個夾塊上，就可以克服在拉伸的時候平面對鋁型材曲面造成的變形影響。

這組夾塊我只是以示意圖的方式表達出來，因為各個拉伸機的鉗口大小各不相同裝配方法因拉伸機的情況選用合適的安裝方式即可。但是必須保證兩組夾塊平行順直不能扭曲錯口，第一次安裝用一到兩根鋁型材進行校正鉗口，校正后固定，在以后的拉伸工作當中一定要注意前后兩個拉伸機鉗口的錯位和變形，如果產(chǎn)生變形立即校正。否則就會出現(xiàn)拉伸鉗口前端側彎等廢品。

五、高精度仿形整形輥片的制作方法和要求

6063合金相對較軟整形容易，高精度仿形整形輥片的材質選用尼龍就可滿足要求。輥片制作采用數(shù)控仿形車床或在普通車床上采用專用刀具進行加工。專用刀具的制作需要借助線切割設備加工成專用的刀片附在刀體上。再把刀裝到車床上，用百分表找準平行點進行成型精加工。精加工以前要先進行粗加工，切削成與要求形狀相似的輥片外形，留出一定的加工量等待成型精加工。加工時按要求控制外形的直徑公差，成型精加工后的外形與鋁型材的弧形必須完全吻合。不過一定要控制好內孔與成形后外徑同軸度，控制好圓柱度等，還要控制精整輥片兩平面的平行度和兩平面對軸孔的垂直度等形位公差不能大于圖紙要求。具體按圖紙控制，否則整形后的鋁型材達不到技術要求。加工圖紙見圖6至圖10。

輥片的初始外徑可根據(jù)整形機的大小來確定，上下配對的輥片直徑盡量接近，這樣的輥片最少要制作3組，但是這三組輥片相同型號直徑之差不能超過0.05mm。有加工條件的可以加工成全整體整體輥片，既上輥片是一個整體，下輥片是一個整體兩個為一組。我們采用的是下輥片整體加工，上輥片分體加工的方法進行制作的。先把整形輥片的內孔加工好，外形留有一定的加工量然后再以加工好的內孔作為定位夾裝基準，用加工好的成型刀精加工外徑。我們就是把加工好三個組件以內孔定位一起夾裝起來作為一個整體來加工的。

加工這幾組高精度整形輥片是這個鋁型材能否順利生產(chǎn)的關鍵，三組輥片相同的部位尺寸與形狀一致性要高，各部位的尺寸公差和形位公差不能超過圖紙要求。

加工完成后把輥片裝到精整機上進行預調整，用百分表檢查安裝后的精度，主要控制跳動和平行度如果偏差較大及時調整整形機或輥片，如果輥片達不到要求就要重新修正或重做。

六、鋁型材的擠壓

我們生產(chǎn)的這種鋁型材在1650噸機臺上生產(chǎn)，擠壓系數(shù)42.8，這個參數(shù)對于6063合金來說比較合理，擠壓筒溫度控制在410-430°C，鋁棒上機溫度控制在460-480°C，模具溫度控制在430-450°C，在擠壓生產(chǎn)時出料口鋁型材的溫度控制在515至525°C，采用風冷，時效后既可以保證力學性能。
擠出的鋁型材主要去檢查除曲面部分以外的槽口、開口圓、壁厚等部分合格即可，曲面部分只要有80%與樣板軌相符就可以了，剩下的工作就是靠以后的整形來完成。

擠壓好的鋁型材在冷床上風冷，待溫度下降的50度以下就可以在裝了專用夾具的拉伸機上進行拉伸預矯直，這時的拉伸率控制在0.3-0.8，即稍微拉伸拉直即可，然后按交貨長度的2-3倍長度加上拉伸夾頭（我們留的是600mm），鋸切成待整形的鋁型材，立即送整形機進行整形。

七、鋁型材曲面部位整形

把待整形的鋁型材放進整形機，調整好三組輥片的間隙并施加壓力把擠壓時變形的部進行整形歸位，調整這三組整形輥片時，要采用逐漸壓緊的方法進行調整，即進口稍松中間稍緊出口定型的原則進行。第一支鋁型材整形完成后要用測量樣板軌按圖4的方式進行測量，直至鋁型材與測量樣板軌吻合程度不超過0.1mm就成功了，如果吻合度但不到要求，及時調整整形機及整形輥片直至合格。生產(chǎn)的鋁型材12小時內必須整形完成，時間長了整形就那么容易了。

八、拉伸鋸切定尺

整形完成后要進行再次送到拉伸機進行最后拉伸矯直來消除整形過程中的產(chǎn)生的彎曲、扭檸側彎等缺陷，這時的拉伸率控制在0.5-1%就可以了。拉伸完成后再次用樣板軌進行曲面部分的檢查，用游標卡尺、千分尺測量規(guī)則部分尺寸，合格的切頭尾和鋸切定尺進行裝框。不合格的鋁型材能整形的要再次整形，不能整形的做報廢處理。

九、時效

裝好框的型就可以放進時效爐進行時效時效溫度200°C±5°C到溫后保溫1.5-2小時。

十、結論

文章介紹了軌道客車用不規(guī)則鋁型材的生產(chǎn)整形技術，包括擠壓生產(chǎn)和專用高精度仿形整形輥片技術要求及制作方法、專用拉伸夾具、專用測量工具樣板軌的制作。這些是在長期生產(chǎn)不規(guī)則斷面鋁型材的過程中摸索的一些經(jīng)驗。（1）這種鋁型材裝飾面是不規(guī)則的多曲面，鋁型材曲面弧度的一致性要求較高，所以擠壓時很難控制冷熱變形所產(chǎn)生的應力，有這部分的應力釋放致使鋁型材變形，所以必須等鋁型材的溫度降低到常溫后進行統(tǒng)一的定型也就是整形處理。

（2）鋁型材擠壓時在線風冷淬火后不能立即硬化，這個階段鋁型材的彈性較小整形容易。時間長了或者在一定溫度下保持一定的時間（這個過程就是時效），就引起鋁合金的強度和硬度的提高，整形就比較困難了。因為這種特性我們必須在短時間內及時進行整形可以提高成品率，所以我們采用12小時內必須整形完畢的工藝控制方法。

（3）通過以上的方法控制，我們用仿形整形的方式生產(chǎn)的這種鋁型材，曲面弧度的一致性較高，合格率達到96%以上，完全滿足客戶的需要，得到了用戶的好評。該客戶后期的90%的訂單都是由我公司來生產(chǎn)，自此我們公司在軌道交通領域占據(jù)了一席之地。