CN106734305B - 一种车厢厢体的环形挤压装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车厢厢体的环形挤压装置和方法，主要应用于高铁车厢、地铁车厢、轻轨车厢、飞机机身和飞船机身等铝合金或镁合金厢体类的生产，利用环形挤压实现了整体车厢一次挤压成形，省掉常用的摩擦搅拌焊缝，使火车客车车厢成为无缝厢体，采用四个环形主油缸驱动挤压活动横梁，采用分流模与空心模具技术，使用环形空心挤压筒，对空心铸锭直接挤压成形车厢厢体。该环形挤压技术在挤压过程中，由于省去焊缝工艺，一次挤压成型，缩短了挤压成型工艺路线，且生产的车厢箱体重量减轻，符合高铁减重提速的发展方向，同时，环形挤压工艺也降低了生产成本，具有节能减排的效果。

Description

一种车厢厢体的环形挤压装置和方法

技术领域

本发明属于大型有色金属挤压技术领域，具体涉及一种铝合金或镁合金厢体的环形挤压装置和方法，尤其是高铁车厢、地铁车厢、轻轨车厢、飞机机身和飞船机身等铝合金或镁合金厢体类的生产技术。

背景技术

目前，世界范围内的高铁列车车厢生产普遍采用小断面铝合金型材经过纵向的内外表面摩擦搅拌焊接技术，即由多根空心长型材，经过多道次的拼组摩擦搅拌焊形成的车厢。

摩擦搅拌焊是英国焊接研究所提出的，摩擦搅拌焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。摩擦搅拌焊方法与常规摩擦焊一样，摩擦搅拌焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，不同之处在于摩擦搅拌焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上，焊头边高速旋转，边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌，焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头（主要是轴肩）与工件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成摩擦搅拌焊焊缝。中车长客、中车青岛四方、中车唐山客车、庞巴迪、阿尔斯通、西门子和日本三菱公司等均采用此技术。

但是，随着高铁、地铁和城市轻轨列车的发展，铝合金或者镁合金整体车厢的生产技术也随之创新和发展，而现有的摩擦搅拌焊存在以下不足：（1）摩擦搅拌焊接技术，只能实现两个有一定高度的型材的表面焊接，而型材的中间无法焊接而也就无法连接；（2）摩擦搅拌焊接技术工艺（1990年英国人发明）已经落后了，工艺路线太长；（3）同样承载条件下，摩擦搅拌焊接成形的箱体更重，不适合于高铁减重提速的发展方向；（4）生产工序多，成本高，整体碳排放大，不适合于绿色发展趋势。

发明内容

本发明的目的是克服现有的用于生产高铁、地铁和城市轻轨列车厢体的摩擦搅拌焊技术存在的工艺路线长、生产的厢体过重和成本高的问题。

为此，本发明提供了一种车厢厢体的环形挤压装置，包括固定安装在固定横梁上的外模具和固定安装在活动横梁上的挤压轴，固定横梁和活动横梁均为方形结构，两者平行且相对设置，活动横梁的四个角分别贯穿有柱形的导向压套，导向压套的一端固定在固定横梁上，另外一端穿过活动横梁后插入环形柱塞，每一个环形柱塞安装在一个环形油缸内，环形油缸驱动活动横梁沿着导向压套移动；

所述外模具和挤压轴之间设有容纳空心铸锭的挤压筒，固定横梁两个相对的侧边上分别安装有一个挤压筒油缸，两个挤压筒油缸分别与挤压筒连接，挤压筒在挤压筒油缸的驱动下沿导向压套往返移动。

所述每一个导向压套内设有多根拉杆，拉杆的一端贯穿固定横梁并与固定横梁螺栓连接，另外一端穿过环形油缸并与环形油缸螺栓连接。

所述挤压轴为中空矩形结构，挤压轴的一端为大直径端，固定在活动横梁上，另外一端为小直径端，空心铸锭套在小直径端外壁上。

还包括空心矩形结构的悬臂支撑，悬臂支撑的一端插入空心铸锭并固定在活动横梁上，另外一端安装在出料台末端，悬臂支撑的长度为25～33米。

将经过加热的空心铸锭套在悬臂支撑外部并放入挤压筒内，环形油缸驱动活动横梁沿着导向压套移动，活动横梁带动挤压轴移动，挤压轴作为内模具推动空心铸锭前进，然后挤压筒油缸驱动挤压筒前进，挤压筒带动空心铸锭前进至外模具处，空心铸锭经过外模具挤压成型后，成为整体车厢，采用八面重叠剪刀剪切分离整体车厢与压余，完成整体车厢的环形挤压。

所述空心铸锭由铝合金或镁合金制成，铝合金空心铸锭在挤压前，加热温度为480～500℃，镁合金空心铸锭在挤压前，加热温度为280～300℃。

本发明的有益效果：本发明提供的这种车厢厢体的环形挤压装置和方法，主要用于高铁车厢、地铁车厢、轻轨车厢、飞机机身和飞船船体等铝合金或镁合金厢体类的生产，利用环形挤压实现了整体车厢一次挤压成形，省掉常用的摩擦搅拌焊缝，使火车客车车厢成为无缝厢体，采用四个环形主油缸驱动挤压活动横梁，采用分流模与空心模具技术，使用环形空心挤压筒，对空心铸锭直接挤压成形车厢厢体。该环形挤压技术在挤压过程中，由于省去焊缝工艺，一次挤压成型，缩短了挤压成型工艺路线，且生产的车厢箱体重量减轻，符合高铁减重提速的发展方向，同时，环形挤压工艺也降低了生产成本，实现近径成形和近终成形，具有节能减排的效果。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是车厢厢体的环形挤压装置的结构示意图。

图2是图1的左视图。

附图标记说明：1、整体车厢；2、固定横梁；3、外模具；4、空心铸锭；5、挤压筒；6、挤压筒油缸；7、挤压轴；8、活动横梁；9、导向压套；10、拉杆；11、环形柱塞；12、环形油缸；13、悬臂支撑。

具体实施方式

实施例1：

为了解决现有的用于生产高铁、地铁和城市轻轨列车厢体的摩擦搅拌焊技术存在的工艺路线长、生产的厢体过重和成本高的问题，本实施例提供了一种如图1所示的车厢厢体的环形挤压装置，包括固定安装在固定横梁2上的外模具3和固定安装在活动横梁8上的挤压轴7，固定横梁2和活动横梁8均为方形结构，两者平行且相对设置，活动横梁8的四个角分别贯穿有柱形的导向压套9，导向压套9的一端固定在固定横梁2上，另外一端穿过活动横梁8后插入环形柱塞11，每一个环形柱塞11安装在一个环形油缸12内，环形油缸12驱动活动横梁8沿着导向压套9移动；

所述外模具3和挤压轴7之间设有容纳空心铸锭4的挤压筒5，固定横梁2两个相对的侧边上分别安装有一个挤压筒油缸6，两个挤压筒油缸6分别与挤压筒5连接，挤压筒5在挤压筒油缸6的驱动下沿导向压套9往返移动。

本实施例提供的环形挤压装置的工作原理和工作过程如下：

将经过加热的空心铸锭4放入挤压筒5内，环形油缸12驱动活动横梁8沿着导向压套9移动，活动横梁8带动挤压轴7移动，挤压轴7作为内模具推动空心铸锭4前进，然后挤压筒油缸6驱动挤压筒5前进，挤压筒5带动空心铸锭4前进至外模具3处，空心铸锭4经过外模具3挤压成型后，成为整体车厢1，采用八面重叠剪刀剪切分离整体车厢1与压余，完成整体车厢1的环形挤压。

整体车厢1出料，出料需要牵引，挤压制品需要内部辊动矩形框支撑，外部辊动矩形框滑道约束支撑，以便热态下实现车体的内外支撑，上梁出口附近设置热风箱对水雾淬火的制品进行提温，出料过程中，对环型材水雾急速冷却实现固溶处理。

在挤压开始时，挤压轴7作为内模具，与外模具3配合，推动空心铸锭4挤压成型为整体车厢，外模具3采用组合分流模（空心模具）技术。采用本装置挤压成型的整体车厢在35米左右，具体的尺寸，也可以根据需要和设备性能进行调整，并不局限于本实施例。

本实施例提供的两梁压机（固定横梁和活动横梁）用于挤压，尤其挤压箱体，需要说明的是，现有的二重八万吨设备自重2.4万吨，26个亿元投资；而本实施例提供的环形挤压装置所用九万吨环形挤压机设备自重1.1万吨，投资小于5.0个亿元，具有重大经济效益，降低成本，也是一种节能减排；目前，最先进的铝合金火车箱体，主要采用摩擦搅拌焊接，摩擦搅拌焊接技术，是由多根空心长型材，经过多道次的拼组摩擦搅拌焊形成的车厢，而本实施例则是采用一次成型箱体整体成形，缩短了挤压成型工艺路线，且生产的车厢箱体重量减轻，符合高铁减重提速的发展方向，同时，环形挤压工艺也降低了生产成本，具有节能减排的效果。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1和图2所示，所述每一个导向压套9内设有多根拉杆10，拉杆10的一端贯穿固定横梁2并与固定横梁2螺栓连接，另外一端穿过环形油缸12并与环形油缸12螺栓连接。固定横梁2与拉杆10及导向压套9形成预应力结构，预应力结构可以提高环形挤压装置本身刚性，减少振动和弹性变形，可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。

实施例3：

在实施例1的基础上，如图1所示，所述挤压轴7为中空矩形结构，挤压轴7的一端为大直径端，固定在活动横梁8上，另外一端为小直径端，空心铸锭4套在小直径端外壁上。在挤压开始时，挤压轴7作为内模具，与外模具3配合，推动空心铸锭4挤压成型为整体车厢。

实施例4：

在实施例1的基础上，如图2所示，环形挤压装置还包括空心矩形结构的悬臂支撑13，悬臂支撑13的一端插入空心铸锭4并固定在活动横梁8上，另外一端安装在出料台末端，悬臂支撑13的长度为25～35米。设有悬臂支撑13是为了减少挤压过程中，已经离开模具的挤压制品的变形。制成的整体车厢1需要出料装置牵引，而出料装置需要长度约30米的悬臂支撑（一个支点在出料台末端，另一个支点深入压机中心的活动横梁上），整体车厢1需要内部辊动方框支撑，外部辊动方框滑道约束支撑，以便热态下实现车体的内外支撑，上梁出口附近设置热风箱对水雾淬火的制品进行提温，出料过程中，对环型材水雾急速冷却实现固溶处理。

实施例5：

本实施例提供了一种车厢厢体的环形挤压方法，将经过加热的空心铸锭4套在悬臂支撑13外部并放入挤压筒5内，环形油缸12驱动活动横梁8沿着导向压套9移动，活动横梁8带动挤压轴7移动，挤压轴7作为内模具推动空心铸锭4前进，然后挤压筒油缸6驱动挤压筒5前进，挤压筒5带动空心铸锭4前进至外模具3处，空心铸锭4经过外模具3挤压成型后，成为整体车厢1，采用八面重叠剪刀剪切分离整体车厢1与压余，完成整体车厢1的环形挤压。

实施例6：

在实施例5的基础上，需要说明的是，所述空心铸锭4由铝合金或镁合金制成，铝合金空心铸锭在挤压前，加热温度为480～500℃，镁合金空心铸锭在挤压前，加热温度为280～300℃。

实施例7：

本实施例提供了一种车厢厢体的环形挤压方法的应用，车厢厢体环形挤压方法用于生产制造高铁车厢、地铁车厢和轻轨车厢。同时也可以替代飞机传统的铆接工艺，应用于飞机机身和飞船船体的制造生产。

本发明提供的这种车厢厢体的环形挤压装置和方法，主要用于高铁车厢、地铁车厢和轻轨车厢等铝合金或镁合金厢体类的生产，利用环形挤压实现了整体车厢一次挤压成形，省掉常用的摩擦搅拌焊缝，使火车客车车厢成为无缝厢体，采用四个环形主油缸驱动挤压活动横梁，采用分流模与空心模具技术，使用环形空心挤压筒，对空心铸锭直接挤压成形车厢厢体。该环形挤压技术在挤压过程中，由于省去焊缝工艺，一次挤压成型，缩短了挤压成型工艺路线，且生产的车厢箱体重量减轻，符合高铁减重提速的发展方向，同时，环形挤压工艺也降低了生产成本，具有节能减排的效果。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (4)

1.一种车厢厢体的环形挤压装置，其特征在于：包括固定安装在固定横梁（2）上的外模具（3）和固定安装在活动横梁（8）上的挤压轴（7），固定横梁（2）和活动横梁（8）均为方形结构，两者平行且相对设置，活动横梁（8）的四个角分别贯穿有柱形的导向压套（9），导向压套（9）的一端固定在固定横梁（2）上，另外一端穿过活动横梁（8）后插入环形柱塞（11），每一个环形柱塞（11）安装在一个环形油缸（12）内，环形油缸（12）驱动活动横梁（8）沿着导向压套（9）移动；所述外模具（3）和挤压轴（7）之间设有容纳空心铸锭（4）的挤压筒（5），固定横梁（2）两个相对的侧边上分别安装有一个挤压筒油缸（6），两个挤压筒油缸（6）分别与挤压筒（5）连接，挤压筒（5）在挤压筒油缸（6）的驱动下沿导向压套（9）往返移动；

所述每一个导向压套（9）内设有多根拉杆（10），拉杆（10）的一端贯穿固定横梁（2）并与固定横梁（2）螺栓连接，另外一端穿过环形油缸（12）并与环形油缸（12）螺栓连接；

所述挤压轴（7）为中空矩形结构，挤压轴（7）的一端为大直径端，固定在活动横梁（8）上，另外一端为小直径端，空心铸锭（4）套在小直径端外壁上。

2.如权利要求1所述的车厢厢体的环形挤压装置，其特征在于：还包括空心矩形结构的悬臂支撑（13），悬臂支撑（13）的一端插入空心铸锭（4）并固定在活动横梁（8）上，另外一端安装在出料台末端，悬臂支撑（13）的长度为25～33米。

3.一种如权利要求2所述车厢厢体的环形挤压装置的挤压方法，其特征在于：将经过加热的空心铸锭（4）套在悬臂支撑（13）外部并放入挤压筒（5）内，环形油缸（12）驱动活动横梁（8）沿着导向压套（9）移动，活动横梁（8）带动挤压轴（7）移动，挤压轴（7）作为内模具推动空心铸锭（4）前进，然后挤压筒油缸（6）驱动挤压筒（5）前进，挤压筒（5）带动空心铸锭（4）前进至外模具（3）处，空心铸锭（4）经过外模具（3）挤压成型后，成为整体车厢（1），采用八面重叠剪刀剪切分离整体车厢（1）与压余，完成整体车厢（1）的环形挤压。

4.如权利要求3所述的车厢厢体的环形挤压装置的挤压方法，其特征在于：所述空心铸锭（4）由铝合金或镁合金制成，铝合金空心铸锭在挤压前，加热温度为480～500℃，镁合金空心铸锭在挤压前，加热温度为280～300℃。