铝合金80吨级货车车体制造工艺研究_铝合金活塞制造工艺

　　摘 要 为进一步提高铁路运输能力，重载、高速已成为现代化铁道车辆的重要标志。我国开发研制的80吨重载C80型双浴盆铝合金敞车，可以满足大吨位牵引的需要。本文主要研究我国C80型铝合金敞车的批量制造工艺，形成具有指导铝合金敞车车体生产线工艺设计的理论成果，对铁路货车制造企业具有一定指导意义。
　　关键词 铝合金；80吨级；货车；工艺
　　中图分类号U2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0026-02
　　0 引言
　　高速化、重载化是今后铁路运输的发展方向。而铁道车辆轻量化则是实现高速重载的重要途径。铝无疑是轻量化最好的材料。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝―锰合金、铝―铜合金、铝―铜―镁系硬铝合金、铝―锌―镁―铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广。我们如何理解在可耐强度方面不像碳素纤维有一个最大受力范围呢？其实，碳素纤维由于具有纤维的特性因此在一定的纤维方向上受力能力比较强，在其他的方向上的受力反而变差。一个比较大的零部件在制造过程中也许会使用好多层碳素纤维，一旦超过受力能力这个零部件就会变得像酥饼似的一层一层的。可是铝合金在承受了一定的重力之后，会逐渐变形再损坏。
　　早在20世纪50年代，已有国家采用铝合金材料来制造铁路车辆，而中国直到2004年3月才开始铝合金运煤敞车的生产，但我国铝合金货车的设计制造水平，已进入了世界先进行列。我国C80铝合金运煤敞车较C76型钢浴盆敞车车体轻了5t，较C63A型敞车轻了19t，在车辆总重不变的情况下，大大提高了车辆有效载重。此外铝合金运煤敞车还有节省燃料、减少温室气体排放、寿命长、腐蚀轻、运营维护费用低等优势。中国铁路货车已经经历了载重由50吨级向60吨级、60吨级向70吨级的几次升级换代，正在向80吨级迈进，C80运煤敞车必将在下一次更新换代中迎来更大的发展。
　　1 铝合金货车车体结构特点
　　铝合金C80型敞车首次采用铝合金轻型新材料和双“浴盆”式铆焊组合新结构，自重20吨、载重达80吨。该车车体为钢铝双浴盆铆焊结构，钢结构之间采用焊接，钢与铝、铝与铝之间采用铆接，其铆接部位均采用HUCK连接器进行连接，主要由底架、侧墙、端墙和撑杆等组成。车体钢结构材料采用屈服强度为450MPa的耐大气腐蚀钢；车体铝型材采用6061－T6（σP0.2≥240MPa），铝板材采用5083-H321（σP0.2≥215MPa）。该车底架由中梁、侧梁、枕梁、端梁、纵横梁、地板、挡板、浴盆等组成。中梁采用槽型冷弯型钢与下盖板、下翼缘等组焊而成，浴盆内部中梁表面采用铝合金板进行包覆；枕梁为双腹板箱形变截面结构；侧梁采用冷弯槽钢与铝型材铆接结构；采用材料为C级铸钢的整体式上心盘（直径358mm）及整体式冲击座。侧墙由上侧梁、侧柱和侧板等铝材铆接而成，上侧梁、侧柱等梁柱为铝合金挤压型材。端墙由上端梁、端柱、角柱和端板等铝材铆接而成，其上各梁柱均为铝合金挤压型材。为增强两侧墙及侧墙与底架之间的连结刚度，车内设有撑杆，撑杆为铝合金挤压型材。
　　2 铝合金货车车体制造工艺和设备
　　2.1 铝合金C80型敞车车体铆接工艺
　　车体的铝合金件之间及铝合金件与钢制零部件之间须采用专用拉铆钉连接或铝合金铆钉铆接，不得采用热铆。
　　以冷铆替代热铆，以拉铆钉替代高强度螺栓，是世界铆接技术史上的一次革命性的改变，使诸多行业各型材料间的铆接从外型到机理都发生了本质上的突破；哈克拉铆钉，又称环槽拉铆钉或哈克(HUCK)螺栓，拉铆钉紧固件和传统的螺栓利用扭力旋转产生紧固力是不一样的，拉铆钉紧固件依靠的是虎克定律原理，在拉铆钉专用设备单向拉力的作用下，拉伸栓杆推挤套环，挤压内部光滑的套环至螺杆凹槽形成套环和螺栓百分之百的结合，生成持久性的紧固力。在现实的生产操作中可用于车辆的如下连接：通用棚车和通用敞车的侧柱与侧梁之间、中梁间、脚凳与前后从板座与侧梁间、中梁盖板和上心盘的连接；前后从板座的安装；转向架立柱磨耗板的安装；搭扣、扶手、绳栓的安装；端梁与冲击座的连接等。拉铆钉安装工具系统可分为气动拉铆设备和液压拉铆设备两大类。气动拉铆设备是以压缩空气为动力，采用专用拉铆工具在空气压力大于0.6MPa时进行安装紧固件。拉铆钉整个紧固过程仅需要5s~8s。液压拉铆设备的主要功能是用于对各型金属合金车体及结构采用的较大直径以及使用数量大的小型紧固件进行铆接。液压站、安装工具、安装枪头及高压油管组成此套设备。
　　2.2 铝合金C80型敞车车体的防电化学腐蚀工艺
　　铁路C80型敞车采用了铝材与钢材的铆接结构，这样的结构会在一定程度上发生电化学腐蚀，是影响车体寿命的一个主要危害。为防止钢铝间产生电化学腐蚀现象，须采用防电化腐蚀专用胶带。该胶带技术要求如下：使用环境温度－40℃～＋70℃。在上述温度范围内不应降低其绝缘性能，且保持其完整形态，不得产生风化，剥落等现象。正常使用寿命不低于25年。
　　2.3 铝合金备料和钻孔工艺
　　铝合金板材采用高压水切割机和数控激光切割机完成。水射流切割技术又称超高压水刀。当水被加压至很高的压力并且从特制的喷嘴小开孔（其直径为0.1mm~0.5mm）通过时, 可产生一道每秒达近千公尺（约音速的3倍）的水箭，此高速水箭可切割各种软质材料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。 而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时，所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 石材及玻璃。激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的；这种方法切割质量好、切割速度快且清洁、安全、无污染的特点。车体制造时的铝合金备料主要采用高压水切割机和数控激光切割机完成。
　　钻孔工艺主要采用龙门钻床完成，该设备龙门横梁上设两组钻孔组件，每个组件设四套钻孔单元和两个压紧风缸，沿纵向平行布置，沿横梁移动。龙门行走设快进和工进，交流伺服电机驱动，旋转编码器半封闭控制两行走机构同步。具有横向位置激光探测系统，以控制每次钻孔横向位置，保证钻孔位置一致。
　　2.4 铝合金涂装工艺
　　铝合金C80型敞车车体根据设计需涂装部分标识，主要在喷漆烘干室内完成。干式喷漆烘干室采用上送下吸、分段送排风的方式，使过喷漆雾及有机溶剂随着气流先经过地坑或折流板，再经过滤棉过滤、活性炭吸附，最后经排风管排至车间外，采用此种方式可延长过滤棉更换周期，降低运行费用，且净化效率也较高。
　　若批量比较大，为了提高喷漆效率，保证漆膜质量，减少工作环境污染，可采用集中供漆系统供漆。通过对油漆的集中管理，有利于工厂的防火安全与劳动卫生条件的改善。集中供漆系统采用循环供漆方式，油漆在管路中始终处于循环状态，油漆不沉淀，粘度及色泽均匀，有利于提高漆膜质量。集中供漆系统容易操作，供漆压力可由集中供漆室内的背压阀调节，一个泵可以带两支喷枪，通过喷漆室内枪站出口的调压器可达到油漆压力的精确控制。
　　3 结论
　　重载列车铝合金车体制造技术在我国具备巨大的发展空间，有着广阔的发展前景。铁路重载、快速是铁路运输的发展方向，铁路货车商业运营速度，快运货车应达到160km/h；21t~23t轴重铁路通用货车应普遍达到120km/h；25t轴重铁路通用货车的运营速度应不低于100km/h。由于多轴货车的发展受到速度的制约，因此我国铁路通用货车仍以四轴货车为主要车辆结构形式，以提高轴重为主来提高车辆载重量，轴重向23t~25t发展。铝合金材质的重载、快速通用铁路货车将具有很大的发展优势。
　　重载铝合金车体制造技术有着广阔的发展前景，现阶段主要采用铆接的方法制造铝合金车体，而采用脉冲TIG和MIG焊接技术等离子弧及变极性等离子弧焊接技术等新的焊接方法将是重载铝合金车体制造技术的重要研究方向。
　　参考文献
　　[1]李星林，等.高速双丝脉冲MIG焊的研究[J].电力电子技术，2008.
　　[2]王春山，等.铁路重载提速货车技术[M].中国铁道出版社，2010.
　　[3]李志轩.铝合金在机车车辆上的应用[J].电力机车技术，1999(3).

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