一種車廂廂體的環形擠壓裝置和方法及其應用與流程

本發明屬于大型有色金屬擠壓技術領域，具體涉及一種鋁合金或鎂合金廂體的環形擠壓裝置和方法，尤其是高鐵車廂、地鐵車廂、輕軌車廂、飛機機身和飛船機身等鋁合金或鎂合金廂體類的生產技術。

背景技術：

目前，世界范圍內的高鐵列車車廂生產普遍采用小斷面鋁合金型材經過縱向的內外表面摩擦攪拌焊接技術，即由多根空心長型材，經過多道次的拼組摩擦攪拌焊形成的車廂。

摩擦攪拌焊是英國焊接研究所提出的，摩擦攪拌焊除了具有普通摩擦焊技術的優點外，還可以進行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。摩擦攪拌焊方法與常規摩擦焊一樣，摩擦攪拌焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源，不同之處在于摩擦攪拌焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上，焊頭邊高速旋轉，邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進材料內部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，并用于防止塑性狀態材料的溢出，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。在焊接過程中，攪拌針在旋轉的同時伸入工件的接縫中，旋轉攪拌頭（主要是軸肩）與工件之間的摩擦熱，使焊頭前面的材料發生強烈塑性變形，然后隨著焊頭的移動，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后，從而形成摩擦攪拌焊焊縫。中車長客、中車青島四方、中車唐山客車、龐巴迪、阿爾斯通、西門子和日本三菱公司等均采用此技術。

但是，隨著高鐵、地鐵和城市輕軌列車的發展，鋁合金或者鎂合金整體車廂的生產技術也隨之創新和發展，而現有的摩擦攪拌焊存在以下不足：（1）摩擦攪拌焊接技術，只能實現兩個有一定高度的型材的表面焊接，而型材的中間無法焊接而也就無法連接；（2）摩擦攪拌焊接技術工藝（1990年英國人發明）已經落后了，工藝路線太長；（3）同樣承載條件下，摩擦攪拌焊接成形的箱體更重，不適合于高鐵減重提速的發展方向；（4）生產工序多，成本高，整體碳排放大，不適合于綠色發展趨勢。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有的用于生產高鐵、地鐵和城市輕軌列車廂體的摩擦攪拌焊技術存在的工藝路線長、生產的廂體過重和成本高的問題。

為此，本發明提供了一種車廂廂體的環形擠壓裝置，包括固定安裝在固定橫梁上的外模具和固定安裝在活動橫梁上的擠壓軸，固定橫梁和活動橫梁均為方形結構，兩者平行且相對設置，活動橫梁的四個角分別貫穿有柱形的導向壓套，導向壓套的一端固定在固定橫梁上，另外一端穿過活動橫梁后插入環形柱塞，每一個環形柱塞安裝在一個環形油缸內，環形油缸驅動活動橫梁沿著導向壓套移動；

所述外模具和擠壓軸之間設有容納空心鑄錠的擠壓筒，固定橫梁兩個相對的側邊上分別安裝有一個擠壓筒油缸，兩個擠壓筒油缸分別與擠壓筒連接，擠壓筒在擠壓筒油缸的驅動下沿導向壓套往返移動。

所述每一個導向壓套內設有多根拉桿，拉桿的一端貫穿固定橫梁并與固定橫梁螺栓連接，另外一端穿過環形油缸并與環形油缸螺栓連接。

所述擠壓軸為中空矩形結構，擠壓軸的一端為大直徑端，固定在活動橫梁上，另外一端為小直徑端，空心鑄錠套在小直徑端外壁上。

還包括空心矩形結構的懸臂支撐，懸臂支撐的一端插入空心鑄錠并固定在活動橫梁上，另外一端安裝在出料臺末端，懸臂支撐的長度為25～33米。

將經過加熱的空心鑄錠套在懸臂支撐外部并放入擠壓筒內，環形油缸驅動活動橫梁沿著導向壓套移動，活動橫梁帶動擠壓軸移動，擠壓軸作為內模具推動空心鑄錠前進，然后擠壓筒油缸驅動擠壓筒前進，擠壓筒帶動空心鑄錠前進至外模具處，空心鑄錠經過外模具擠壓成型后，成為整體車廂，采用八面重疊剪刀剪切分離整體車廂與壓余，完成整體車廂的環形擠壓。

所述空心鑄錠由鋁合金或鎂合金制成，鋁合金空心鑄錠在擠壓前，加熱溫度為480～500℃，鎂合金空心鑄錠在擠壓前，加熱溫度為280～300℃。

一種車廂廂體的環形擠壓方法的應用，其特征在于：車廂廂體環形擠壓方法用于生產制造高鐵車廂、地鐵車廂和輕軌車廂。

本發明的有益效果：本發明提供的這種車廂廂體的環形擠壓裝置和方法，主要用于高鐵車廂、地鐵車廂、輕軌車廂、飛機機身和飛船船體等鋁合金或鎂合金廂體類的生產，利用環形擠壓實現了整體車廂一次擠壓成形，省掉常用的摩擦攪拌焊縫，使火車客車車廂成為無縫廂體，采用四個環形主油缸驅動擠壓活動橫梁，采用分流模與空心模具技術，使用環形空心擠壓筒，對空心鑄錠直接擠壓成形車廂廂體。該環形擠壓技術在擠壓過程中，由于省去焊縫工藝，一次擠壓成型，縮短了擠壓成型工藝路線，且生產的車廂箱體重量減輕，符合高鐵減重提速的發展方向，同時，環形擠壓工藝也降低了生產成本，實現近徑成形和近終成形，具有節能減排的效果。

以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是車廂廂體的環形擠壓裝置的結構示意圖。

圖2是圖1的左視圖。

附圖標記說明：1、整體車廂；2、固定橫梁；3、外模具；4、空心鑄錠；5、擠壓筒；6、擠壓筒油缸；7、擠壓軸；8、活動橫梁；9、導向壓套；10、拉桿；11、環形柱塞；12、環形油缸；13、懸臂支撐。

具體實施方式

實施例1：

為了解決現有的用于生產高鐵、地鐵和城市輕軌列車廂體的摩擦攪拌焊技術存在的工藝路線長、生產的廂體過重和成本高的問題，本實施例提供了一種如圖1所示的車廂廂體的環形擠壓裝置，包括固定安裝在固定橫梁2上的外模具3和固定安裝在活動橫梁8上的擠壓軸7，固定橫梁2和活動橫梁8均為方形結構，兩者平行且相對設置，活動橫梁8的四個角分別貫穿有柱形的導向壓套9，導向壓套9的一端固定在固定橫梁2上，另外一端穿過活動橫梁8后插入環形柱塞11，每一個環形柱塞11安裝在一個環形油缸12內，環形油缸12驅動活動橫梁8沿著導向壓套9移動；

所述外模具3和擠壓軸7之間設有容納空心鑄錠4的擠壓筒5，固定橫梁2兩個相對的側邊上分別安裝有一個擠壓筒油缸6，兩個擠壓筒油缸6分別與擠壓筒5連接，擠壓筒5在擠壓筒油缸6的驅動下沿導向壓套9往返移動。

本實施例提供的環形擠壓裝置的工作原理和工作過程如下：

將經過加熱的空心鑄錠4放入擠壓筒5內，環形油缸12驅動活動橫梁8沿著導向壓套9移動，活動橫梁8帶動擠壓軸7移動，擠壓軸7作為內模具推動空心鑄錠4前進，然后擠壓筒油缸6驅動擠壓筒5前進，擠壓筒5帶動空心鑄錠4前進至外模具3處，空心鑄錠4經過外模具3擠壓成型后，成為整體車廂1，采用八面重疊剪刀剪切分離整體車廂1與壓余，完成整體車廂1的環形擠壓。

整體車廂1出料，出料需要牽引，擠壓制品需要內部輥動矩形框支撐，外部輥動矩形框滑道約束支撐，以便熱態下實現車體的內外支撐，上梁出口附近設置熱風箱對水霧淬火的制品進行提溫，出料過程中，對環型材水霧急速冷卻實現固溶處理。

在擠壓開始時，擠壓軸7作為內模具，與外模具3配合，推動空心鑄錠4擠壓成型為整體車廂，外模具3采用組合分流模（空心模具）技術。采用本裝置擠壓成型的整體車廂在35米左右，具體的尺寸，也可以根據需要和設備性能進行調整，并不局限于本實施例。

本實施例提供的兩梁壓機（固定橫梁和活動橫梁）用于擠壓，尤其擠壓箱體，需要說明的是，現有的二重八萬噸設備自重2.4萬噸，26個億元投資；而本實施例提供的環形擠壓裝置所用九萬噸環形擠壓機設備自重1.1萬噸，投資小于5.0個億元，具有重大經濟效益，降低成本，也是一種節能減排；目前，最先進的鋁合金火車箱體，主要采用摩擦攪拌焊接，摩擦攪拌焊接技術，是由多根空心長型材，經過多道次的拼組摩擦攪拌焊形成的車廂，而本實施例則是采用一次成型箱體整體成形，縮短了擠壓成型工藝路線，且生產的車廂箱體重量減輕，符合高鐵減重提速的發展方向，同時，環形擠壓工藝也降低了生產成本，具有節能減排的效果。

實施例2：

在實施例1的基礎上，如圖1和圖2所示，所述每一個導向壓套9內設有多根拉桿10，拉桿10的一端貫穿固定橫梁2并與固定橫梁2螺栓連接，另外一端穿過環形油缸12并與環形油缸12螺栓連接。固定橫梁2與拉桿10及導向壓套9形成預應力結構，預應力結構可以提高環形擠壓裝置本身剛性，減少振動和彈性變形，可以明顯改善受拉模塊的彈性強度，使原本的抗性更強。

實施例3：

在實施例1的基礎上，如圖1所示，所述擠壓軸7為中空矩形結構，擠壓軸7的一端為大直徑端，固定在活動橫梁8上，另外一端為小直徑端，空心鑄錠4套在小直徑端外壁上。在擠壓開始時，擠壓軸7作為內模具，與外模具3配合，推動空心鑄錠4擠壓成型為整體車廂。

實施例4：

在實施例1的基礎上，如圖2所示，環形擠壓裝置還包括空心矩形結構的懸臂支撐13，懸臂支撐13的一端插入空心鑄錠4并固定在活動橫梁8上，另外一端安裝在出料臺末端，懸臂支撐13的長度為25～35米。設有懸臂支撐13是為了減少擠壓過程中，已經離開模具的擠壓制品的變形。制成的整體車廂1需要出料裝置牽引，而出料裝置需要長度約30米的懸臂支撐（一個支點在出料臺末端，另一個支點深入壓機中心的活動橫梁上），整體車廂1需要內部輥動方框支撐，外部輥動方框滑道約束支撐，以便熱態下實現車體的內外支撐，上梁出口附近設置熱風箱對水霧淬火的制品進行提溫，出料過程中，對環型材水霧急速冷卻實現固溶處理。

實施例5：

本實施例提供了一種車廂廂體的環形擠壓方法，將經過加熱的空心鑄錠4套在懸臂支撐13外部并放入擠壓筒5內，環形油缸12驅動活動橫梁8沿著導向壓套9移動，活動橫梁8帶動擠壓軸7移動，擠壓軸7作為內模具推動空心鑄錠4前進，然后擠壓筒油缸6驅動擠壓筒5前進，擠壓筒5帶動空心鑄錠4前進至外模具3處，空心鑄錠4經過外模具3擠壓成型后，成為整體車廂1，采用八面重疊剪刀剪切分離整體車廂1與壓余，完成整體車廂1的環形擠壓。

實施例6：

在實施例5的基礎上，需要說明的是，所述空心鑄錠4由鋁合金或鎂合金制成，鋁合金空心鑄錠在擠壓前，加熱溫度為480～500℃，鎂合金空心鑄錠在擠壓前，加熱溫度為280～300℃。

實施例7：

本實施例提供了一種車廂廂體的環形擠壓方法的應用，車廂廂體環形擠壓方法用于生產制造高鐵車廂、地鐵車廂和輕軌車廂。同時也可以替代飛機傳統的鉚接工藝，應用于飛機機身和飛船船體的制造生產。

本發明提供的這種車廂廂體的環形擠壓裝置和方法，主要用于高鐵車廂、地鐵車廂和輕軌車廂等鋁合金或鎂合金廂體類的生產，利用環形擠壓實現了整體車廂一次擠壓成形，省掉常用的摩擦攪拌焊縫，使火車客車車廂成為無縫廂體，采用四個環形主油缸驅動擠壓活動橫梁，采用分流模與空心模具技術，使用環形空心擠壓筒，對空心鑄錠直接擠壓成形車廂廂體。該環形擠壓技術在擠壓過程中，由于省去焊縫工藝，一次擠壓成型，縮短了擠壓成型工藝路線，且生產的車廂箱體重量減輕，符合高鐵減重提速的發展方向，同時，環形擠壓工藝也降低了生產成本，具有節能減排的效果。

以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。本實施例沒有詳細敘述的部件和結構屬本行業的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。