利用轨道车辆空心铝合金型材压弯模具对型材的压弯工艺的制作方法

本发明属于轨道车辆空心铝合金型材压弯装置及其使用方法领域，具体涉及一种利用轨道车辆空心铝合金型材压弯模具对型材的压弯工艺。

背景技术：

目前在轨道车辆的生产中大量应用如图1至图4所示的空心铝合金型材1，其包括单型腔或双型腔两种类型，此两种类型的空心铝合金型材的断面为矩形或接近矩形。空心铝合金型材1的压弯前高度H≤90mm，压弯后的铝合金型材外侧圆弧段MN的半径R≥600mm，压弯后的铝合金型材内侧圆弧段EF的半径R1＝R-H，外侧圆弧段MN的圆弧段弯曲角度与内侧圆弧段EF的弯曲角度均为α，α≤7度，每一个型腔的宽度W≤70mm，型材断面的最小壁厚t≥5mm。

为满足轨道车辆对铝合金型材零件的强度和硬度要求，通常选用T6热处理状态后的空心铝合金型材1作为车辆的骨架结构。但是由于T6状态的铝合金型材塑性差、延展率低，其在压弯工艺中经常产生裂纹，因此对空心铝合金型材弯曲成型普遍采用T4状态的铝合金型材，对T4状态的铝合金型材的型腔填充后用模具在压力及上进行弯曲成型，成型之后取出填充物，再将弯曲后的T4状态的铝合金型材进行时效热处理，使之转变为T6状态的铝合金型材，使其提高强度和硬度，达到轨道车辆所要求的材料性能。

但是，上述以T4状态铝合金型材为基础制造T6状态铝合金型材零件的工艺存在以下缺点：

1、在压弯成型工序之前，需要对T4状态铝合金型材的型腔进行填充；压弯成型后需要将填充物从型材的型腔中取出，其填充、取出工序复杂，难度大，效率低，成本高。

2、由于T4状态铝合金型材压弯成型后产生回弹变形，同时，在后续从T4状态进一步转变为T6状态的热处理工艺中，铝合金型材还会产生一定程度的热塑退火变形，受上述两种变形的综合影响，铝合金型材的总变形量难以找到规律和直接控制，导致现有用于对T4状态铝合金型材进行压弯成型的压弯模具，需要多次试验和修改才能获得理想的模具尺寸参数，模具研发成本高。

3、压弯成型后，需要对压弯后的铝合金型材进行进一步热处理，才能使其从T4状态进一步转变为T6状态，其热处理工序技术要求高、效率低，成本高。

技术实现要素：

为了解决现有轨道车辆空心铝合金型材压弯模具在压弯成型工序之前，需要对T4状态铝合金型材的型腔进行填充、压弯后需要将填充物取出，并且压弯后的铝合金型材需要进行进一步热处理才能使其从T4状态进一步转变为T6状态，以及由于受热塑退火变形和压弯回弹变形的综合影响，造成最铝合金型材的总变形量难以找到规律和直接控制，致使现有用于对T4状态铝合金型材进行压弯成型的压弯模具没有合适的设计参数，其模具研发成本高等技术问题，本发明提供一种利用轨道车辆空心铝合金型材压弯模具对型材的压弯工艺。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

利用轨道车辆空心铝合金型材压弯模具对型材的压弯工艺，其包括如下步骤：

步骤一：筛选符合下述标准的需要进行压弯成型的空心铝合金型材：T6状态下的并且横断面为矩形的单型腔或双型腔空心铝合金型材；空心铝合金型材的长度≥外侧圆弧段MN弦长的2倍，空心铝合金型材在压弯前的高度H≤90mm，其在压弯后所要求的铝合金型材外侧圆弧段MN的半径R≥600mm，压弯后所要求的铝合金型材内侧圆弧段EF的半径R1＝R-H，外侧圆弧段MN的弯曲角度与内侧圆弧段EF的弯曲角度均为α，且α≤7度，每一个型腔的宽度W≤70mm，型材断面的最小壁厚t≥5mm；

步骤二：将轨道车辆空心铝合金型材压弯模具的上模座、下模座分别与压力机的上滑块和工作台连接，压力机开启时，使压力机带动压弯模具的上模座和凸模一起升高，并使压弯模具的凸模与凹模彼此分离；所述轨道车辆空心铝合金型材压弯模具的凸模的上端与上模座固连，凹模的下端与下模座的上端固连；凸模的下端面包括凸模圆弧段AB、与凸模圆弧段AB的左端相切的凸模左侧直线段以及与凸模圆弧段AB的右端相切的凸模右侧直线段；凸模圆弧段AB的半径为r；凹模的上端面包括凹模圆弧段CD、与凹模圆弧段CD的左端相切的凹模左侧直线段以及与凹模圆弧段CD的右端相切的凹模右侧直线段；凹模圆弧段CD的半径为r1；r1＝r+H；凸模右侧直线段与凹模右侧直线段平行，凸模左侧直线段与凹模左侧直线段平行，凸模圆弧段AB与凹模圆弧段CD的圆心角均等于β，且β满足表达式：式中，α为空心铝合金型材的圆弧段弯曲角度，R为压弯后的铝合金型材外侧圆弧段MN的半径，r1为凹模圆弧段CD的半径，β为凸模的圆弧段弯曲角度；凸模下端面与凹模上端面的最小间距等于H，且r1-r≥H；设凸模圆弧段AB的半径r与压弯后铝合金型材内侧圆弧段EF的半径R1的比值为k，且比值k的取值范围是：0.77≤k≤0.82；所述凸模下端面和凹模上端面在沿凸模圆弧段AB所在平面的法线方向上的延展厚度为D，D≥2×W+3×t，W为型腔的宽度，t为型材断面的最小壁厚；

步骤三：将步骤一所述符合条件的空心铝合金型材沿着平行于凹模的弦长的方向放置在凹模的上端面上；

步骤四：压力机下行，使压力机带动上模座和凸模一起下行，并使步骤一所述符合条件的空心铝合金型材在凸模与凹模的共同作用下弯曲成型；

步骤五：使压力机回程，并从模具上取下压弯成型后的空心铝合金型材，即可完成利用轨道车辆空心铝合金型材压弯模具对空心铝合金型材的压弯工艺过程。

本发明的有益效果是：该轨道车辆空心铝合金型材压弯模具分别给出了凸模圆弧段AB与压弯后铝合金型材内侧圆弧段EF的半径比值k所应该遵从的最优参数范围，基于该最优比值k所制造的凸模与凹模能够共同形成一个带有预先补偿量的压弯模具结构。该压弯模具结构能够直接对T6状态下的进行压弯作业，并且，其能够使空心铝合金型材工件在压弯成型后所发生的回弹形变进行有效的预先补偿，从而令压弯成型之后的空心铝合金型材工件的回弹形变结果恰好符合所要求铝合金型材零件尺寸。

基于本发明的压弯模具的压弯工艺可以直接对T6状态下的进行压弯作业，从而是本发明的方法完全免除了旧有对T4状态铝合金型材的型腔进行填充、取出填充物，并且对压弯后的铝合金型材进行进一步热处理才能使其从T4状态进一步转变为T6状态的三道复杂的旧有工序，使得压弯工艺流程得到大幅简化，并显著地降低了操作难度和工艺控制难度，大大提高率生产效率、产品质量，使生产成本大幅降低。

此外，本发明所给出的最优比值k，使得对凸模与凹模的设计无需考虑热塑退火变形和压弯回弹形变的综合影响，进而使得本发明的压弯模具的制造过程有了行之有效的严谨依据，从而降低了压弯机模具的研发成本。

上述优点均直接体现为生产成本的下降和工作效率的提高，从而可以直接为生产企业创造经济效益。

本发明应用于广州地铁、武汉地铁等多种车型，并适应了不同尺寸的轨道车辆空心铝合金型材的弯曲成型，其所生产的立柱、司机室立住等产品均完全符合图纸设计的尺寸要求和质量要求。

附图说明

图1是空心铝合金型材的主视图；

图2是单型腔空心铝合金型材的横断面示意图；

图3是双型腔空心铝合金型材的横断面示意图；

图4是压弯后的铝合金型材外的主视图；

图5是本发明轨道车辆空心铝合金型材压弯模具的主视图；

图6是本发明凸模和凹模分离状态下的轨道车辆空心铝合金型材压弯模具结构示意图；

图7是本发明轨道车辆空心铝合金型材压弯模具的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图5至图6所示，本发明的轨道车辆空心铝合金型材压弯模具包括下模座2、上模座3、凸模4和凹模5，凸模4的上端与上模座3固连，凹模5的下端与下模座2的上端固连；工作时将上模座3、下模座2分别与压力机的上滑块和工作台连接。

所述凸模4的下端面包括凸模圆弧段AB、与凸模圆弧段AB的左端相切的凸模左侧直线段以及与凸模圆弧段AB的右端相切的凸模右侧直线段；凸模圆弧段AB的半径为r。

所述凹模5的上端面包括凹模圆弧段CD、与凹模圆弧段CD的左端相切的凹模左侧直线段以及与凹模圆弧段CD的右端相切的凹模右侧直线段；凹模圆弧段CD的半径为r1；r1＝r+H。

所述凸模右侧直线段与凹模右侧直线段平行，凸模左侧直线段与凹模左侧直线段平行，凸模圆弧段AB与凹模圆弧段CD的圆心角均等于β，且β满足表达式：

式(1)中，α为空心铝合金型材1的圆弧段弯曲角度，R为压弯后的铝合金型材外侧圆弧段MN的半径，r1为凹模圆弧段CD的半径，β为凸模4的圆弧段弯曲角度。

所述凸模4下端面与凹模5上端面的最小间距等于H，也即：r1-r≥H。

设凸模圆弧段AB的半径r与压弯后铝合金型材内侧圆弧段EF的半径R1的比值为k，即：

则比值k的取值范围是：0.77≤k≤0.82。例如，k＝0.77，0.775，0.78，0.785，0.79，0.795，0.8，0.805，0.81，0.815，0.82；最佳值k＝0.795，k值从0.795至0.82之间，以及，从0.795至0.77之间，压弯效果逐渐变差，但都符合压弯误差所允许的精度范围内。

所述凸模4下端面和凹模5上端面均在沿凸模圆弧段AB所在平面的法线方向上的延展厚度，也即沿垂直图5纸面方向的厚度为D，D≥2×W+3×t。

本发明的轨道车辆空心铝合金型材压弯模具，其使用方法包括如下步骤：

步骤一：筛选符合下述标准的需要进行压弯成型的空心铝合金型材1：T6状态下的并且横断面为矩形的单型腔或双型腔空心铝合金型材；空心铝合金型材1的长度≥外侧圆弧段MN弦长的2倍，空心铝合金型材1在压弯前的高度H≤90mm，其在压弯后所要求的铝合金型材外侧圆弧段MN的半径R≥600mm，压弯后所要求的铝合金型材内侧圆弧段EF的半径R1＝R-H，外侧圆弧段MN的弯曲角度与内侧圆弧段EF的弯曲角度均为α，且α≤7度，每一个型腔的宽度W≤70mm，型材断面的最小壁厚t≥5mm；

步骤二：将上模座3、下模座2分别与压力机的上滑块和工作台连接，压力机开启时，使压力机带动上模座3和凸模4一起升高，并使凸模4与凹模5彼此分离；

步骤三：如图7所示，将步骤一所述符合条件的空心铝合金型材1沿着平行于凹模5的弦长的方向放置在凹模5的上端面上；

步骤四：压力机下行，使压力机带动上模座3和凸模4一起下行，并使步骤一所述符合条件的空心铝合金型材1在凸模4与凹模5的共同作用下弯曲成型；

步骤五：使压力机回程，并从模具上取下压弯成型后的空心铝合金型材1，即可完成利用本发明轨道车辆空心铝合金型材压弯模具对空心铝合金型材1的压弯工艺过程。