技术领域
[0001] 本
发明属于铝型材加工工艺技术领域，涉及一种
铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺。
背景技术
[0002] 轻量、高速已成为现代化交通运输的重要标志，采用铝合金材料是减轻车体自重的有效措施，为适应发展，世界各国均在大
力开发、制造铝合金车体用的结构件。高品质超薄超宽铝合金构件制备技术开发对推动交通运输业发展有着至关重要作用。
[0003] 轨道交通的发展对轨道车体材料提出了更高的要求，车体结构设计开始向减重、减
焊缝方向发展。由于铝合金比强度高，
焊接性能好，特别是大型空心薄壁型材挤压技术的发展，铝合金型材在轨道交通领域应用越来越多。现阶段
挤压型材外接圆直径越大，可以挤压的最小壁厚就越厚。由于轨道车体的地板型材较宽，外接圆较大且壁厚较薄，这就对模具设计、挤压设备以及挤压工艺提出更高的要求。现有轨道车体一般一节车厢纵向方向长20米左右，一般轨道车体地板在纵向方向通常采用五
块地板型材焊接而成，共形成四条焊缝。大部分轨道车体地板型材合金状态为6005A-T6，可以在125MN或者75MN挤压机上挤压，并且工艺成熟，已经实现批量生产，实际生产的工艺制度为
铸锭温度490-520℃，制品速度为
1.5-3m/min,采用
风冷淬火，之后经过175±5℃*8h，可以达到技术协议标准，但在挤压时易产生流速不均，波浪、扭拧，横向焊合不良和缩尾等问题。纵向焊接过程不仅增加车体加工成本，而且焊接加工能降低型材的强度、增加产生焊接
缺陷的概率。本次通过开发一种大宽幅薄壁高
精度的轨道车体用地板型材，通过调整6005A各元素含量，设计挤压模具和挤压工艺，实现超大宽幅薄壁地板型材的挤压，从而实现轨道车体地板在纵向方向上减少拼接焊缝数量，提高轨道车体的加工效率，降低轨道车体的加工成本。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明为了解决上述轨道车体用地板型材挤压生产过程中存在表面
质量差，拼接焊缝数量多的问题，提供一种铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供一种铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺，包括如下步骤：
[0006] A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：Si：0.60～0.70％、Fe≤0.25％、Cu：
[0007] 0.03～0.08％、Mn：0.20～0.30％、Mg：0.45～0.55％、Cr：0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti≤0.05％、Mn+Cr：0.30～0.50％，Zr：0.03～0.05％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；
[0008] B、
铸造：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒；
[0009] C、均匀化：铝合金铸棒在均质炉中进行均匀化处理，均匀化处理的温度为550～580℃，保温时间为8～12h，出炉后的铝合金铸棒强风冷却至室温；
[0010] D、铸棒、挤压筒和挤压模具加热：铝合金铸棒在加热炉中进行梯度加热，铝合金铸棒头端
温度控制在520～530℃，尾端温度控制在500～510℃，挤压筒温度控制在430～450℃并保持恒温，挤压模具加热温度控制在490～510℃，其中挤压模具中导流板采用缩小中心部位分流孔面积同时加大外侧分流孔面积的方式，增
大挤压模具两侧的供料，使得制品整体供料均匀，出料成型良好；
[0011] E、挤压：采用高温低速的方式将加热后的铝合金铸棒置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到1000mm宽的6系铝合金薄壁型材，其中挤压轴速为0.4～0.6mm/s，制品速度为1～1.5m/min，挤压比为41.9；
[0012] F、在线淬火：将挤压后6系铝合金薄壁型材进行淬火，淬火方式为在线风冷，避免铝合金薄壁型材发生流速不均，波浪、扭拧，模具中残铝的问题，铝合金薄壁型材淬火前温度为500～560℃，淬火后温度＜120℃；
[0013] G、时效强化：将淬火后的铝合金薄壁型材175±5℃的温度下人工时效8h；
[0014] H、检验及
包装：对时效后铝合金薄壁型材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。
[0015] 进一步，步骤B中铝合金铸棒的直径为765mm，长度为1530mm。
[0016] 进一步，步骤B采用半连续
水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒。
[0017] 进一步，步骤B精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双
转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。
[0018] 进一步，步骤E中挤压机选用225MN挤压机。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 1、轨道列车车体型材品种繁多且结构异常复杂，大多数型材宽度都在400mm以上，并均为多型腔空心型材。因此，对该类型材模具设计而言，必须以大幅度制品宽度的车体型材模具设计为
基础，着重对600甚至800mm以上更大宽度的车体型材模具设计进行新技术及新理念研究。以该
专利型材为例，该型材制品外形尺寸极大，宽度为1000mm，是225MN挤压机挤压筒直径Φ800mm的1.25倍左右，对模具设计而言难度较大。因此在模具设计攻关时有必要对这种小壁厚大宽展车体型材的挤压模具进行新创造，希望能够获得一种使整体供料平衡，挤压制品平整度和尺寸得以保证的设计方案。
[0021] 本发明所公开的铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺，通过在合金中添加细化晶粒元素Zr，且严格控制Mn、Cr元素含量在0.30～0.50％范围内，达到共同控制粗晶，提高型材性能的目的。通过在模具两边沉桥、清根，在自由端易产生缩尾以及粗晶和易供铝不足的部位设计导流
角，同时模具设计时考虑到供料需要向型材两侧大幅度扩展；因此导流板中采用缩小中心部位分流孔面积，有效降低上模芯部5个分流孔供料，加大外侧分流孔面积，整体增大了型材两侧的供料，使制品整体供料均匀，出料成型良好，有效的减缓了制品中间部位的出料速度，提高了制品两侧的出料速度。采用此设计的铝合金挤压模具，在生产过程中，有效的减缓了制品中间部位的出料速度，提高了制品两侧的出料速度，提高了产品合格率。同时也为225MN挤压机生产更大宽度的车体型材储备合理的的设计经验。
[0022] 2、本发明所公开的铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺，通过选择合理合金成分、挤压设备，创新的模具设计，优化模具结构，控制关键的挤压工艺制度，生产出1000mm宽的薄壁型材，并解决此型材地板型材流速不均，波浪、扭拧等问题，使型材的尺寸精度、表面质量以及理化性能达到技术协议标准，实现大宽幅薄壁地板型材稳定批量生产。
从而实现轨道车体地板纵向方向轨道车体地板整体由五块型材减为三块型材，焊缝由四条减为两条，用增加车体型材宽度减薄型材壁厚的方式实现减少型材的焊接加工及焊缝数量和焊接缺陷，减少轨道车体加工成本，大大提高轨道车体的质量和生产效率。
[0023] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的
说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0025] 图1为原轨道车体地板5块型材搭接示意图；
[0026] 图2为本发明大宽幅薄壁轨道车体地板3块型材搭接示意图；
[0027] 图3为本发明大宽幅薄壁轨道车体地板型材通过挤压模具挤压时的截面图。
具体实施方式
[0028] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下
实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029] 其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0030] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0031] 实施例
[0032] 如图1～3所述一种铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺，包括如下步骤：
[0033] A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：
[0034] 元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr Mn+Cr Al含量 0.65 0.10 0.05 0.25 0.45 0.10 0.10 0.05 0.04 0.35 余量
[0035] 单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％；
[0036] B、铸造：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，铝合金铸棒的直径为765mm，长度为1530mm；精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤；
[0037] C、均匀化：铝合金铸棒在均质炉中进行均匀化处理，均匀化处理的温度为550～580℃，保温时间为8～12h，出炉后的铝合金铸棒强风冷却至室温；
[0038] D、铸棒、挤压筒和挤压模具加热：铝合金铸棒在加热炉中进行梯度加热，铝合金铸棒头端温度控制在520～530℃，尾端温度控制在500～510℃，挤压筒温度控制在430～450℃并保持恒温，挤压模具加热温度控制在490～510℃，其中挤压模具中导流板采用缩小中心部位分流孔面积同时加大外侧分流孔面积的方式，有效降低上模芯部5个分流孔供料，加大外侧分流孔面积，整体增大了型材两侧的供料，使制品整体供料均匀，出料成型良好，有效的减缓了制品中间部位的出料速度，提高了制品两侧的出料速度；
[0039] E、挤压：采用高温低速的方式将加热后的铝合金铸棒置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6系铝合金薄壁型材，其中挤压轴速为0.4～0.6mm/s，制品速度为1～1.5m/min，挤压比为41.9，挤压机选用225MN挤压机；由于车体地板型材宽幅较大，壁厚较薄，型材的外接圆直径超过1米，要求挤压设备的挤压筒直径较大，设计型材长度超过40米，因此选择亚洲最大的225MN的挤压机；
[0040] F、在线淬火：将挤压后6系铝合金薄壁型材进行淬火，淬火方式为在线风冷，避免铝合金薄壁型材发生流速不均，波浪、扭拧，模具中残铝的问题，铝合金薄壁型材淬火前温度为500～560℃，淬火后温度＜120℃；
[0041] G、时效强化：将淬火后的铝合金薄壁型材175±5℃的温度下人工时效8h；
[0042] H、检验及包装：对时效后铝合金薄壁型材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。
[0043] 按此工艺生产铝合金薄壁型材的
屈服强度为240～260MPa，
抗拉强度达到290～310MPa，延伸率达到14～18％。
[0044] 对比例
[0045] 一种铝合金大宽幅薄壁轨道车体地板型材挤压工艺，包括如下步骤：
[0046] A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：
[0047] 元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr Mn+Cr Al含量 0.65 0.10 0.05 0.25 0.45 0.10 0.10 0.05 0.04 0.35 余量
[0048] 单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％；
[0049] B、铸造：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，铝合金铸棒的直径为765mm，长度为1530mm；精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤；
[0050] C、均匀化：铝合金铸棒在均质炉中进行均匀化处理，均匀化处理的温度为550～580℃，保温时间为8～12h，出炉后的铝合金铸棒强风冷却至室温；
[0051] D、铸棒、挤压筒和挤压模具加热：铝合金铸棒在加热炉中进行梯度加热，铝合金铸棒头端温度控制在520～530℃，尾端温度控制在500～510℃，挤压筒温度控制在430～450℃并保持恒温，挤压模具加热温度控制在490～510℃，其中挤压模具导流板上的导流孔孔径相同；
[0052] E、挤压：采用高温低速的方式将加热后的铝合金铸棒置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6系铝合金薄壁型材，其中挤压轴速为0.4～0.6mm/s，制品速度为1～1.5m/min，挤压比为41.9，挤压机选用225MN挤压机；
[0053] F、在线淬火：将挤压后6系铝合金薄壁型材进行淬火，淬火方式为在线风冷，避免铝合金薄壁型材发生流速不均，波浪、扭拧，模具中残铝的问题，铝合金薄壁型材淬火前温度为500～560℃，淬火后温度＜120℃；
[0054] G、时效强化：将淬火后的铝合金薄壁型材175±5℃的温度下人工时效8h；
[0055] H、检验及包装：对时效后铝合金薄壁型材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。
[0056] 实施例和对比例所制备铝合金薄壁型材力学性能和焊缝数量对比见表1
[0057] 表1
[0058] 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 断后延伸率(％) 焊缝数量(条)实施例 240～260 290～310 14～18 3
对比例 ≥215 ≥255 ≥8 5
[0059] 实施例所制备铝合金薄壁型材焊接接头和型材
母材的力学性能结果见表2
[0060] 表2
[0061] 试样位置 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后延伸率/％焊接接头位置 140～160 185～210 10～13
母材位置 240～260 290～310 14～18
[0062] 通过模具设计、挤压设备选择及设计挤压工艺，实现了高精度大宽幅薄壁轨道车体地板型材的生产，此轨道车体地板薄壁型材为至今为止最宽的轨道车体薄壁地板型材，有效的解决了减少整个车体地板焊接焊缝数量问题，提高了轨道车体的生产效率，提高了轨道车体地板整体的力学性能，为以后工业生产中提供了优质的工艺数据以及先进的挤压技术。
[0063] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
