5083铝合金动车组前端开闭机构舱门成形工艺研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

智能动车组列车以安全舒适、高速便捷等优势，成为现代轨道交通客运的主

力军。为响应轨道交通领域新时代发展需求，现阶段覆盖件工程制造技术正在逐

步向节能环保、绿色低耗方向发展。轻质高强、耐腐蚀、低成本的铝合金逐渐成

为工业制造领域实现轻量化的首选材料。开闭机构舱门作为动车组列车车头蒙皮

的重要组成部分，将其传统玻璃钢材质替换为工业态5083铝合金，使得结构简易

化、质量轻便化，绿色环保，增强整体可靠性。本课题主要探索该新型铝合金开

闭机构舱门的成形工艺，分体成形以实现该整体件的低成本、高效率、高质量生

产。

首先，对新型轻量化舱门开展典型工况结构强度有限元评估，在各工况条件

下舱门均未发生损伤失效，确保铝合金舱门结构具备足够的风压整体承载强度与

抗鸟撞局部冲击性能，验证产品结构强度的合理性。

其次，基于零件结构特征与材料特性，对5083铝合金舱门成形性进行分析，

采用超塑成形工艺制造大型复杂空间曲面舱门主体件，通过冷冲压与氩弧焊工艺

制备结构简单的连接支撑件，最终利用氩弧焊将二者连接为一体以获得舱门整体

件。

MSC.Marc480℃0.001s-1

再次，利用有限元分析软件模拟舱门主体件在、条

件下整体超塑气胀、快速超塑气胀、均匀快速超塑气胀三种成形工艺，预测材料

0.129mm0.088mm0.072mm

变形流动规律及成形缺陷，厚度均方差由依次降低至、，

32.6%25.1%22.3%

极限减薄率由依次降低至、，分析验证了集热冲压与超塑正反

胀工艺优势于一体的刚柔介质协调成形的均匀快速超塑气胀工艺的性能优越性，

并将其作为实际成形工艺路径。同样利用MSC.Marc软件数值仿真连接支撑件冷

冲压成形过程，结果显示塑性变形量、壁厚值、回弹量均在可控范围内。

最后，根据变形参数数值模拟探究，完成舱门主体均匀快速超塑成形试验及

连接支撑件冷冲压试制。针对超塑成形结果对板料尺寸、加载速度等工艺路线参

480℃1.8MPa

数优化改进，在、保压条件下得到外观成形质量良好的零件。此后

利用氩弧焊工艺成功获得无明显宏观焊接缺陷，表面质量可观的舱门整体件。并

对舱门零件进行质量分析，壁厚极限减薄率为24.3%，厚度均匀性较佳，形位偏差

控制在1mm以内，室温力学性能降低率不超过10%，微观组织没有出现明显缺陷。

关键词：开闭机构舱门；工业态5083铝合金；超塑成形；有限元仿真；工艺试验

I

哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Withtheadvantagesofsafetyandcomfort,highspeedandconvenience,intelligent

EMUtrainshavebecomethemainstayofmodernrailpassengertransport.Inresponse

tothedevelopmentneedsofthenewerainthefieldofrailtransport,theengineering

manufacturingtechnologyofcoveringsisnowgraduallydevelopinginthedirectionof

energysavingandenvironmentalprotection,greenandlow