1、概述

隨著我國(guó)軌道交通業(yè)的快速發(fā)展，高鐵、地鐵、輕軌等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在緩解城市交通和建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮著重大作用。鋁合金由于質(zhì)量輕、耐腐蝕、可焊性高、易加工成形因此在軌道車輛領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)用的鋁型材有很多都是為了追求曲線美同時(shí)必須滿足更高的力學(xué)性能而設(shè)計(jì)的多曲面裝飾鋁型材及大的結(jié)構(gòu)鋁型材，我們?cè)谶@主要探討不規(guī)則多曲面鋁型材的生產(chǎn)技術(shù)。

由于客戶對(duì)鋁型材曲面弧度的一致性要求較高，對(duì)連接后接縫處要求較為嚴(yán)格，這給模具設(shè)計(jì)、擠壓生產(chǎn)和測(cè)量帶來了很造成了很多的技術(shù)難題。據(jù)這個(gè)客戶反應(yīng)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?yàn)樯a(chǎn)的鋁型材達(dá)不到要求而終止合作。

我們?cè)陂_始生產(chǎn)不規(guī)則多曲面鋁型材時(shí)也走了一些彎路，比如說擠壓時(shí)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(yuǎn)大于技術(shù)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(shù)改進(jìn)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(píng)。

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(shù)要求：

（1）此鋁型材每?jī)擅组L(zhǎng)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(jí)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(cuò)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(xué)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(zhǎng)度4-6米。

2.2、技術(shù)要求與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

（1）彎曲度偏差對(duì)比

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN  EN 755-9-2008中對(duì)彎曲度的要求，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的平直度就是我的標(biāo)準(zhǔn)中的彎曲度，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中要求是：每米不得超過1.5mm，6m長(zhǎng)度的最大偏差應(yīng)該為9mm。
日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H 4100 : 2006對(duì)這個(gè)尺寸段彎曲度的要求，一般等級(jí)的公差是每米不大于2mm，特殊等級(jí)的公差是每米不大于1mm。

我國(guó)GB 5237.1-2008超過精級(jí)對(duì)彎曲度的要求是任意300mm長(zhǎng)度上不超過0.3mm，全長(zhǎng)上不大于0.5*交貨長(zhǎng)度（按米計(jì)算），4米交貨的話就是0.5*4=2mm。

（2）扭檸度偏差對(duì)比

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN  EN 755-9-2008中對(duì)這個(gè)尺寸段扭檸度的要求是每米不得超過2.5mm，6m長(zhǎng)度的最大偏差為7mm。
日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H 4100 : 2006對(duì)這個(gè)尺寸段扭擰度的要求每米不得超過2.269mm，全長(zhǎng)的最大偏差為6.94mm。
我國(guó)GB 5237.1-2008超過精級(jí)對(duì)扭檸度的要求不包含這個(gè)尺寸段。如果高精級(jí)來評(píng)定的話就是小于7mm。

（3）曲面間隙的對(duì)比

由技術(shù)要求第5條可以看出此鋁型材的曲面間隙要求非常嚴(yán)格。

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN  EN 755-9-2008中對(duì)輪廓公差的要求就是我們國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的曲面間隙。

日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H 4100 : 2006中的截面圓弧部分公差要求玄長(zhǎng)大于25mm時(shí)，玄長(zhǎng)每25mm公差為±0.13mm，若玄長(zhǎng)小于或等于25mm時(shí)，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(shí)，以每90°和其尾數(shù)進(jìn)行測(cè)定。該公差僅適用于客戶有要求時(shí)。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(guó)GB 5237.1-2008規(guī)定對(duì)曲面間隙有要求時(shí)，應(yīng)雙方協(xié)商曲面弧樣板。任意25mm弦長(zhǎng)上的圓弧曲面間隙不超過0.13mm。當(dāng)橫截面圓弧部分的圓心角不大于90°時(shí)，曲面間隙不超過0.13×弦長(zhǎng)/25mm ，弦長(zhǎng)不足25mm時(shí)，按25mm計(jì)算；當(dāng)橫截面圓弧部分的圓心角大于90°時(shí)，鋁型材的曲面間隙不超過0.13×（90°圓心角對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)+其余數(shù)圓心角對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)）/25mm，弦長(zhǎng)不足25mm時(shí)，按25mm計(jì)算。

由此來看此鋁型材的形位公差要求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了日本標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的GB 5237.1-2008的超高精級(jí)要求，使生產(chǎn)、測(cè)量、模具設(shè)計(jì)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(cuò)位不能大于技術(shù)要求的偏差，我們采用了制作測(cè)量樣板軌和仿形精整輥片等技術(shù)控制手段進(jìn)行了生產(chǎn)。

三、測(cè)量樣板軌的制作

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

測(cè)量時(shí)為了保證曲面部分一致必須找到統(tǒng)一的參照面作為測(cè)量基準(zhǔn)。這個(gè)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(cè)量基準(zhǔn)面定在了這個(gè)平面上，有這個(gè)平面為參照來找出曲面部分與這個(gè)面的變形量來控制曲面與垂直面的角度。沿著這個(gè)垂直面和鋁型材的外曲面制作一個(gè)跟這個(gè)鋁型材垂直面和曲面完全吻合的樣板軌，來作為測(cè)量工具，如圖3、圖4所示，如果公司有鋁材鋁型材全自動(dòng)測(cè)量?jī)x那就配合使用更為方便。

制作這個(gè)樣板軌的材料最好用工具鋼，用線切割和電火花設(shè)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(xì)砂紙把飛邊毛刺打磨光滑，以免在測(cè)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(jī)鉗口都是平口鉗，在拉伸時(shí)為了防止平口鉗造成的鋁型材變形部分的延長(zhǎng)，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(shí)候滑脫，最后經(jīng)過淬火硬度達(dá)到HRC32至38度就可以了。

另外兩個(gè)夾具與這兩個(gè)完全相同，在拉伸的時(shí)候把這兩個(gè)墊塊分別安裝在普通的拉伸機(jī)鉗口上下兩個(gè)夾塊上，就可以克服在拉伸的時(shí)候平面對(duì)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(dá)出來，因?yàn)楦鱾€(gè)拉伸機(jī)的鉗口大小各不相同裝配方法因拉伸機(jī)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(cuò)口，第一次安裝用一到兩根鋁型材進(jìn)行校正鉗口，校正后固定，在以后的拉伸工作當(dāng)中一定要注意前后兩個(gè)拉伸機(jī)鉗口的錯(cuò)位和變形，如果產(chǎn)生變形立即校正。否則就會(huì)出現(xiàn)拉伸鉗口前端側(cè)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(duì)較軟整形容易，高精度仿形整形輥片的材質(zhì)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(jìn)行加工。專用刀具的制作需要借助線切割設(shè)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(zhǔn)平行點(diǎn)進(jìn)行成型精加工。精加工以前要先進(jìn)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(shí)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(nèi)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(duì)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(dá)不到技術(shù)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(jī)的大小來確定，上下配對(duì)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(hào)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(gè)整體，下輥片是一個(gè)整體兩個(gè)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(jìn)行制作的。先把整形輥片的內(nèi)孔加工好，外形留有一定的加工量然后再以加工好的內(nèi)孔作為定位夾裝基準(zhǔn)，用加工好的成型刀精加工外徑。我們就是把加工好三個(gè)組件以內(nèi)孔定位一起夾裝起來作為一個(gè)整體來加工的。

加工這幾組高精度整形輥片是這個(gè)鋁型材能否順利生產(chǎn)的關(guān)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(jī)上進(jìn)行預(yù)調(diào)整，用百分表檢查安裝后的精度，主要控制跳動(dòng)和平行度如果偏差較大及時(shí)調(diào)整整形機(jī)或輥片，如果輥片達(dá)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(jī)臺(tái)上生產(chǎn)，擠壓系數(shù)42.8，這個(gè)參數(shù)對(duì)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(jī)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(shí)出料口鋁型材的溫度控制在515至525°C，采用風(fēng)冷，時(shí)效后既可以保證力學(xué)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(fēng)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(jī)上進(jìn)行拉伸預(yù)矯直，這時(shí)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(zhǎng)度的2-3倍長(zhǎng)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(jī)進(jìn)行整形。

七、鋁型材曲面部位整形

把待整形的鋁型材放進(jìn)整形機(jī)，調(diào)整好三組輥片的間隙并施加壓力把擠壓時(shí)變形的部進(jìn)行整形歸位，調(diào)整這三組整形輥片時(shí)，要采用逐漸壓緊的方法進(jìn)行調(diào)整，即進(jìn)口稍松中間稍緊出口定型的原則進(jìn)行。第一支鋁型材整形完成后要用測(cè)量樣板軌按圖4的方式進(jìn)行測(cè)量，直至鋁型材與測(cè)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(shí)調(diào)整整形機(jī)及整形輥片直至合格。生產(chǎn)的鋁型材12小時(shí)內(nèi)必須整形完成，時(shí)間長(zhǎng)了整形就那么容易了。

八、拉伸鋸切定尺

整形完成后要進(jìn)行再次送到拉伸機(jī)進(jìn)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(cè)彎等缺陷，這時(shí)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(jìn)行曲面部分的檢查，用游標(biāo)卡尺、千分尺測(cè)量規(guī)則部分尺寸，合格的切頭尾和鋸切定尺進(jìn)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(bào)廢處理。

九、時(shí)效

裝好框的型就可以放進(jìn)時(shí)效爐進(jìn)行時(shí)效時(shí)效溫度200°C±5°C到溫后保溫1.5-2小時(shí)。

十、結(jié)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(shù)，包括擠壓生產(chǎn)和專用高精度仿形整形輥片技術(shù)要求及制作方法、專用拉伸夾具、專用測(cè)量工具樣板軌的制作。這些是在長(zhǎng)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(yàn)。（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(shí)很難控制冷熱變形所產(chǎn)生的應(yīng)力，有這部分的應(yīng)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(jìn)行統(tǒng)一的定型也就是整形處理。

（2）鋁型材擠壓時(shí)在線風(fēng)冷淬火后不能立即硬化，這個(gè)階段鋁型材的彈性較小整形容易。時(shí)間長(zhǎng)了或者在一定溫度下保持一定的時(shí)間（這個(gè)過程就是時(shí)效），就引起鋁合金的強(qiáng)度和硬度的提高，整形就比較困難了。因?yàn)檫@種特性我們必須在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)進(jìn)行整形可以提高成品率，所以我們采用12小時(shí)內(nèi)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(dá)到96%以上，完全滿足客戶的需要，得到了用戶的好評(píng)。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(lǐng)域占據(jù)了一席之地。