一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法

摘要

本发明属于高速车塞拉门挂架材料与加工领域，具体为一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法。该高速车塞拉门挂架采用变形铝合金材料制备，并对铝锻件挂架结构进行优化设计，最终采取锻造成形加工方法。采取铝合金代替传统铸钢材料，进行优化结构设计并采用锻造加工方法获得综合性能良好的铝合金挂架。本发明可实现高速车的轻量化，节约成本，减轻污染，最终挂架性能屈服强度≥280MPa，延伸率≥11％。能够满足高速车塞拉门装配使用要求，获得可观的经济效益和显著的社会效益。

权利要求

1.一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，其特征在于，该高速车塞拉门挂架采用变形铝合金材料制备，并对铝锻件挂架结构进行优化设计，最终采取锻造成形加工方法；

所述的铝锻件挂架结构进行优化设计，对塞拉门挂架外观结构进行调整和优化，省去原铸件上与浇注系统对应的结构，并设计减重槽和过渡圆角，减重槽的深度为5～15mm，过渡圆角的半径为3～10mm，以减轻重量，提高成形性；

所述的塞拉门用铝合金挂架锻件，屈服强度≥280MPa，延伸率≥11％；

所述的锻造成形加工方法，包括制坯、模锻成形、热处理和机械加工，得到符合设计尺寸的锻件；

所述的模锻成形，具体过程如下：

1)锻坯加热温度为505～515℃，保证锻件在锻造时与模具接触温度损失最小，升温控制在10～15℃/min；

2)模具加热温度为505～515℃；

3)采取一次终锻成形，零件中配合孔不锻出，始锻温度为500℃，终锻温度不低于380℃；

4)终锻成形后零件进行切飞边、毛刺处理；

5)空冷。

2.根据权利要求1所述的高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，其特征在于，所述的制坯，采用自由锻造制坯或挤压制坯。

3.根据权利要求1所述的高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，其特征在于：所述的热处理，具体过程如下：

1)将锻后件在电阻炉中进行450～550℃保温1～3小时，随后在40～50℃温水中进行淬火处理；

2)将淬火后锻件立刻进行时效处理，时效温度控制在120～180℃，保温时间5～7小时，空冷。

说明书

一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法

技术领域

[0001] 本发明属于高速车塞拉门挂架材料与加工领域，具体为一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法。

背景技术

[0002] 目前，高速车塞拉门挂架采用的主要材料为铸钢，采取的生产工艺主要为铸造成形并配合机械加工，虽然能够保证较好的成型性能和较高的力学性能，但是存在一些缺点，如重量大，成本高，工艺参数不稳定，生产环境差等问题。

[0003] 随着经济发展，我国高速车越来越多的投入使用，车体配件材料也得到广泛的关注，尤其在“节能减排”和“轻量化”的新理念下，研制出轻质、高性能合金材料作为替代产品也成为主要的趋势。本发明涉及的塞拉门挂架材料为整个塞拉门系统的一个部件，复杂度较低，而采用铝合金能够满足无毒、无辐射、无挥发等条件，而且铝合金质量轻、成本低、资源广，对于整节车厢甚至整列车的减重起到很大的促进作用，便于列车的提速和提高载重量。采取合理的锻造和热处理技术，能够获得很好的屈服强度和伸长率，满足其技术指标，保证塞拉门的安全，并且具有工艺稳定、效率高、污染小等优点。

发明内容

[0004] 针对目前高速车塞拉门挂架材料及工艺技术的不足，本发明主要解决的技术问题是提供一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，能够大大减轻挂件重量，降低成本，提出塑性成形加工工艺，提高生产效率，提高合金材料的力学性能。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，该高速车塞拉门挂架采用变形铝合金材料制备，并对铝锻件挂架结构进行优化设计，最终采取锻造成形加工方法。

[0007] 所述的铝锻件挂架结构进行优化设计，对塞拉门挂架外观结构进行调整和优化，省去原铸件上与浇注系统对应的结构，并设计减重槽和过渡圆角，减重槽的深度为5～15mm，过渡圆角的半径为3～10mm，以减轻重量，提高成形性。

[0008] 所述的塞拉门用铝合金挂架锻件，屈服强度≥280MPa，延伸率≥11％。

[0009] 所述的锻造成形加工方法，包括制坯、模锻成形、热处理和机械加工，得到符合设计尺寸的锻件。

[0010] 所述的制坯，采用自由锻造制坯或挤压制坯。

[0011] 所述的模锻成形，具体过程如下：

[0012] 1)锻坯加热温度为505～515℃，保证锻件在锻造时与模具接触温度损失最小，升温控制在10～15℃/min；

[0013] 2)模具加热温度为505～515℃；

[0014] 3)采取一次终锻成形，零件中配合孔不锻出，始锻温度为500℃，终锻温度不低于380℃；

[0015] 4)终锻成形后零件进行切飞边、毛刺处理；

[0016] 5)空冷。

[0017] 所述的热处理，具体过程如下：

[0018] 1)将锻后件在电阻炉中进行450～550℃保温1～3小时，随后在40～50℃温水中进行淬火处理；

[0019] 2)将淬火后锻件立刻进行时效处理，时效温度控制在120～180℃，保温时间5～7小时，空冷。

[0020] 本发明具有如下优点及有益效果：

[0021] 1、本发明在合金选取上选择了铝合金，代替了原来的铸钢件，使得材料重量大大减轻，满足了高速车“轻量化”的要求，并且铝资源储量丰富，获取容易，成本低廉。

[0022] 2、本发明采取锻造工艺能够使合金在变形过程中组织致密，减少气孔、缩松等缺陷，同时与铸造工艺相比，锻造工艺参数稳定，具有更高的生产效率高和材料利用率，而且污染小，安全性好。

[0023] 3、本发明在锻造工艺后配合热处理，可以在低温下对合金组织进行调节，改善和提高合金的综合性能。

[0024] 4、本发明制备的新型铝合金高速车塞拉门挂架屈服强度≥280MPa，伸长率≥11％，其综合性能高于目前所使用的铸钢材料挂架，可满足高速车塞拉门装配使用要求，获得可观的经济效益和显著的社会效益。

附图说明

[0025] 图1为实施例一高速车塞拉门用铝合金挂架的锻件结构示意图。

[0026] 图2为实施例二高速车塞拉门用铝合金挂架的锻件结构示意图。

具体实施方式

[0027] 在具体实施过程中，本发明高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，包括如下步骤：

[0028] (1)采用变形铝合金；

[0029] (2)锻件结构优化设计；

[0030] (3)制坯；

[0031] (4)模锻成形；

[0032] (5)热处理；

[0033] (6)机械加工。

[0034] 最终得到高速车塞拉门挂架屈服强度≥280MPa，延伸率≥11％。

[0035] 下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

[0036] 实施例1

[0037] 本实施例中，高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，具体步骤如下：

[0038] (1)采用6061变形铝合金；

[0039] (2)如图1所示，锻件结构优化设计：

[0040] 1)在原铸件结构基础上进行改进设计，省去浇注系统等对应结构，简化外形，适于锻造成形；

[0041] 2)在非受力平面上设计减重槽，避开配合孔，深度为6mm；

[0042] 3)在外型轮廓各处设计过渡圆角，半径为3mm，易于锻造成形并减少应力集中；

[0043] (3)自由锻造制坯：

[0044] 1)截取锻坯尺寸为Φ150mm×100mm，清除表面缺陷、飞边、碎屑等，锻造前，先将接触坯料的砧子预热到250℃，砧面表面要光滑、洁净、锻前刷涂润滑剂。润滑剂为水和胶体石墨的混合物，水和胶体石墨的重量比例为3:1。或者，润滑剂为机械油和石墨的混合物，机械油和石墨的重量比例为4:1。

[0045] 2)锻坯加热温度为510℃，升温控制在10～15℃/min左右，保温时间结束后，迅速用保温材料包严(保温材料随炉加热)，并送往锻造现场；

[0046] 3)下料时保证平行度＜1mm(一般为0.7mm)，快速压缩与翻转交替进行，锻造动作要敏捷迅速，锤击应轻快，单道次下压变形量＜20％(一般为15％)，终锻温度为380℃，空冷；

[0047] 4)最终控制锻件尺寸为150×150×65mm。

[0048] (4)模锻：

[0049] 1)锻坯加热温度为505℃，保证锻件在锻造时与模具接触温度损失最小，升温控制在10～15℃/min左右；

[0050] 2)模具加热温度为505℃，成形吨位设置为500吨；

[0051] 3)采取一次终锻成形，零件中配合孔不锻出，始锻温度为500℃，终锻温度不低于380℃(一般为410℃)；

[0052] 4)终锻成形后零件进行切飞边、毛刺处理；

[0053] 5)空冷至室温；

[0054] (5)热处理：

[0055] 1)仔细清除电阻炉内残留钢件氧化皮，以及其它油污杂质等，将锻后件在电阻炉中进行500℃保温2小时，随后在40～50℃温水中进行淬火处理；

[0056] 2)将淬火后锻件立刻进行时效处理，时效温度控制在150℃，保温时间6小时，空冷。

[0057] (6)机械加工：对热处理后锻件外表面依次进行粗铣，精铣，配合孔加工，抛光等机械加工处理。

[0058] 实施例2

[0059] 本实施例中，高速车塞拉门用铝合金挂架锻件设计及加工方法，具体步骤如下：

[0060] (1)采用2A14变形铝合金；

[0061] (2)如图2所示，锻件结构优化设计：

[0062] 1)在原铸件结构基础上进行改进设计，省去浇注系统等对应结构，简化外形，适于锻造成形；

[0063] 2)在非受力平面上设计减重槽，避开配合孔，深度为10mm；

[0064] 3)在外型轮廓各处设计过渡圆角，半径为5mm，易于锻造成形并减少应力集中；

[0065] (3)挤压制坯：

[0066] 1)坯料尺寸为Φ150mm×200mm，清除油污，在箱式电阻炉中预热到350℃；

[0067] 2)挤压温度为400℃，挤压速度为3～4mm/s；

[0068] 3)挤出型材，并进行空冷；

[0069] (4)模锻：

[0070] 1)锻坯加热温度为510℃，保证锻件在锻造时与模具接触温度损失最小，升温控制在10～15℃/min左右；

[0071] 2)模具加热温度为510℃，成形吨位设置为500吨；

[0072] 3)采取一次终锻成形，零件中配合孔不锻出，始锻温度为500℃，终锻温度不低于380℃(一般为420℃)；

[0073] 4)终锻成形后零件进行切飞边、毛刺处理；

[0074] 5)空冷至室温；

[0075] (5)热处理：

[0076] 1)仔细清除电阻炉内残留钢件氧化皮，以及其它油污杂质等，将锻后件在电阻炉中进行500℃保温2小时，随后在40～50℃温水中进行淬火处理；

[0077] 2)将淬火后锻件立刻进行时效处理，时效温度控制在150℃，保温时间6小时，空冷。

[0078] (6)机械加工：对热处理后锻件外表面依次进行粗铣，精铣，配合孔加工，抛光等机械加工处理。

[0079] 表1实施例合金成分(质量分数，％)

[0080]编号/成分 Si Mg Fe Cu Mn Ni+Ti+Zn Al
实施例1 0.75 0.90 0.6 0.4 0.15 0.3 余量
实施例2 0.88 0.6 0.14 4.28 0.70 0.05 余量

[0081] 表2实施例铝合金挂架材料性能测试结果

[0082]编号 屈服强度/MPa 伸长率/％
实施例1 315 17.0
实施例2 328 13.0

[0083] 实施例结果表明，本发明采取铝合金代替传统铸钢材料，进行优化结构设计并采用锻造加工方法获得综合性能良好的铝合金挂架。如表2所示，从实施例铝合金挂架材料性能测试结果可以看出，本发明可实现高速车的轻量化，节约成本，减轻污染，最终挂架性能屈服强度≥280MPa，延伸率≥11％。从而，能够满足高速车塞拉门装配使用要求，获得可观的经济效益和显著的社会效益。