高速列车轻量化及铝车体材料选择
城市轨道车辆车体材料选择
专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘 要〗城市轨道交通车辆的车体选材，是关系到运营的“安全、可靠、快速、轻量、经济 、适用”的重大因素之一。
对耐候钢、不锈钢、铝合金车体的材料和结构特点进行分析、比较。
探讨了针对城市轨道交通特点和对车辆的要求，合理选择车体材料问题。
对不同材料车体的发展动向作了介绍。
〖关键词〗城市轨道车辆，车体，材料选择车体是车辆结构的主体。
车体的强度、刚度，关系到运行安全可靠性和舒适性；车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆外观、寿命和检修制度；车体的重量，则关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式(动拖比)。
以上所述都直接影响运营质量和经济效益。
车体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。
故车体选材一开始就成为选择城轨系统时必须同时考虑的诸多重大要素之一。
1 轨道车辆的车体结构和材料1.1 车体和车体结构的分类车体结构按使用的主要材料可分为普通碳钢车(现已停产)、高耐候结构钢(耐候钢)车、车辆专用经济不锈钢(不锈钢)车和铝合金车。
按承载方式分类，有底架承载、侧壁承载、整体承载三种方式。
按结构形式分，有板梁组合结构、开口型材与大型中空型材组合结构以及大型中空型材结构三种形式。
这些结构又同时属于整体承载结构。
从板与梁(柱)、梁(柱)与梁(柱)之间的结合方式来分，有焊接、铆接、螺柱(钉)粘结连接或混合连接结构。
我国和日本大多采用焊接结构。
焊接-铆接或焊接-螺栓(钉)连接在欧洲应用较多。
整体承载结构，即所有车体承载构件和外板都参与承载，这样能充分发挥所有承载零部件的承载作用，有效地减轻车体重量。
特别是板梁组合结构，原则上可按照有限元法的车体强度 、刚度计算结果来分配材料：强度不足部位补强，刚度不足部位补刚，强度刚度富余的部位将材料去掉，从而收到最佳的轻量效果。
1.2 耐候钢车体耐候钢车体采用板梁组合整体承载全焊接结构。
制造厂先将购进的冷轧定尺板材或将热孔卷料开卷、矫平，切断的板材经磷专业知识分享版使命：加速中国职业化进程化预处理。
铝型材的优点及用途介绍
铝型材的优点有哪些由于工业铝型材具有质量轻、成型优、强度高、耐腐蚀、寿命长、可再生、少污染、维护费低等多种优点，在众多材料中脱颖而出，已经成为了高铁的最爱。
铝合金材料在车厢上的大规模使用使得高铁列车大大减轻了重量，为列车的高速行驶做出了重要贡献。
列车的高速行驶是一项系统工程，其中包含很多的技术条件和方法，而铁道列车的轻量化是实现列车高速重载的一个重要途径，即在其他条件相同的情况下，列车重量越轻速度就越快。
铝型材无疑是轻量化最好的材料，早在20世纪50年代，世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材来制造铁路车辆，包括美国、加拿大、日本、俄罗斯、德国和法国等国。
在强度方面，纯铝的强度很低，但是添加一定元素形成的合金具有较高的强度，其"比强度"(强度与比重的比值)胜过很多合金钢，成为理想的结构材料。
高强度的铝合金抗拉强度大于480兆帕，完全能符合高铁列车车厢的强度标准。
同时铝合金的塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。
贝派工业铝型材主要从事工业类铝型材模具开发挤压生产及深加工。
贝派设计加工组装各种设备机架、工业围栏、输送线、流水线工作台、机械防尘罩、制药设备、电气柜、货架、商业展示架、非标自动化设备铝合金框架等。
铝型材的用途有哪些1、建筑用铝型材建筑铝型材主要包括门窗铝型材和幕墙铝型材；2、散热器铝型材主要应用于各类电力电子设备散热、LED照明灯具散热、及电脑数码产品的散热等。
3、工业铝型材一般工业铝型材是指：主要用于工业生产制造用的，如自动化机械设备、封罩的骨架以及各公司根据自己的机械设备要求定制开模，比如流水线输送带、提升机、点胶机、检测设备、货架等等，电子机械行业和无尘室等。
4、汽车零部件铝型材主要用于汽车零部件、连接件等。
5、家具铝型材主要用于家具装饰框、桌椅支撑件等6、太阳能光伏型材包括：太阳能铝型材边框、太阳能光伏支架、太阳能光伏瓦扣件等。
时速160公里动力集中型动车组轻量化设计
时速160公里动力集中型动车组轻量化设计时速160公里动力集中型动车组轻量化设计随着我国高铁的快速发展，动力集中型动车组（Multiple Unit Train，简称“EMU”）作为高速铁路交通的主要列车型号之一，具备了高速、大运力、舒适等特点。
然而，由于传统动力集中型动车组采用了大量的钢材结构，导致车体重量较大，占用空间较大，限制了列车的运行速度与运输效率。
因此，轻量化设计成为提高动力集中型动车组性能的重要途径。
轻量化设计旨在通过采用轻量材料和先进的结构设计，减轻车体的重量，提高列车的运行速度和运输效率。
在时速160公里动力集中型动车组的轻量化设计中，关键的步骤包括车体材料的选择、结构设计的优化和加工工艺的改进。
首先，在车体材料的选择上，可以考虑采用高强度钢材、铝合金和复合材料等轻量材料替代传统的低碳钢材。
这些材料具有良好的强度和刚度特性，可以在减少车体重量的同时保证列车的运行安全。
其次，在结构设计上，应采用更加紧凑和高效的设计方案来减少车体的体积和重量。
例如，可采用空心梁和蜂窝板结构来替代传统的实心钢结构，增加材料的使用效率。
同时，通过优化连接结构和减少不必要的零部件，进一步降低车体的重量。
此外，加工工艺的改进也是实现轻量化设计的关键。
传统的铆接和焊接工艺在连接车体结构时存在着一定的缺陷，造成了不必要的重量增加。
因此，可以采用粘接技术替代传统的连接工艺，实现车体结构的整体化设计和加工，进一步降低车体的重量。
通过上述的设计优化，时速160公里动力集中型动车组的轻量化设计将会带来多方面的好处。
首先，减轻车体重量可以降低列车的能耗，提高能源利用效率。
其次，降低车体重量可以减小列车的轮轨接触力，降低了磨损和噪音的产生，提高了列车的乘坐舒适性。
此外，轻量化设计还可以增加列车的载重量和降低空气阻力，提高列车的运载能力和运输效率。
然而，在实际应用过程中，轻量化设计也面临一些挑战和困难。
首先，轻量材料的使用成本较高，给设计和制造带来一定的经济压力。
浅谈在CRH3、CRH5型动车车体制造中铝合金的应用
浅谈在CRH3、CRH5型动车车体制造中铝合金的应用发表时间：2020-08-11T09:51:49.210Z 来源：《科学与技术》2020年3月8期作者：齐文全吴桂兵[导读] 随着我国轨道客车的不断建设和发展，铁路的持续提速，内容摘要：随着我国轨道客车的不断建设和发展，铁路的持续提速，对车体结构轻量化有着很高的标准，对车体制造材料的要求不断提高。
铝合金材料耐腐蚀，强度高、塑性好，质量轻。
在车体制造上完全能满足以上的要求。
目前，在动车车体制造上，铝合金材料得到了广泛的应用。
下面我将分几个方面对铝合金在车体制造上的应用技术做以简单论证关键词：铝合金高速列车车体部件及总组成引言：铝合金材料在2001年开始在我国开始应用，长春客车厂建成了国内第一条铝合金车体自动化焊接生产线，并利用国产材料，开发制造了210km/h铝合金车体电动车组、270km/h高速试验列车，陆续逐步应用在城市轨道车辆上，先后生产广州地铁二号线，深圳地铁一号线，武汉轻轨等众城铁项目。
近年来，以铝合金为车体材料的350公里中国标准动车组以及京张智能高铁的研发和生产更是达到世界领先水平。
一、铝合金焊接特点1.铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。
2.铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。
铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。
在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
3.铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。
铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。
6005铝合金应用
6005铝合金应用
1.轨道客车轻量化车体结构是铁路实现列车高速运行的关键技术之一，大型中空挤压型材6005A-T6铝合金是一种中等强度铝合金，主要用于城
铁客车、铁路客车，尤其是高速动车组的车体制造。
2.具有中等强度，良好的塑性、抗腐蚀性、焊接性及加工成形性，综
合性能优良。
主要用于制造焊接结构件、高塑性和高抗蚀性德机械零件，
近年来该合金厚板成为制造高速列车车头的重要材料。
3.6005合金型材代替6063合金型材用于建筑幕墙。
6005-T1抗拉强
度和屈服强度等同于6063-T5的，伸长率是其的两倍，这对弯弧使用的型
材有其优越性，且无需6063型材那样弯弧后在进行人工时效，减少了工序，节约了成本。
6005-T5的力学性能高于6063-T6，应用于建筑幕墙上
时在力学性能方面有保障，经质量中心检测，其空气渗透性、雨水渗透性、风压变形性能及平面内变形性能都达到了国家标准规定的一级水平。
5.Al-Mg-Si系铝合金是可热处理强化型铝合金中唯一没有发
现应力腐蚀开裂（cc）现象的合金，还有中等强度、优异的成形性和
耐腐蚀性及较低的密度。
6005A可经大型挤压机挤压出断面形状复杂的大
型宽扁薄壁空心型材，能在挤压机上实现在线风冷或水雾冷淬火。
高速列车车体结构的材料性能分析与优化设计
高速列车车体结构的材料性能分析与优化设计高速列车作为现代交通工具，对车体结构的设计和材料的选择有着极高的要求。
车体结构要求轻巧、强度高、耐久性好，以保证高速行驶过程中的安全性和稳定性。
在本文中，将对高速列车车体结构的材料性能进行分析与优化设计。
首先，高速列车车体结构需要具备较高的强度和刚度，以承受车辆在高速行驶时产生的大气动力和地震力等外部载荷。
因此，对于车体结构的主承载部分，一般采用高强度合金钢或铝合金材料。
这些材料具有优异的力学性能，能够有效地提高车体的载荷能力和刚度，同时又能降低车体的自重，减少能量损耗。
其次，高速列车的车体结构还需要具备良好的抗腐蚀性和耐久性，以应对长时间运行过程中可能遇到的各种环境挑战。
为了满足这一要求，可以采用不锈钢和复合材料等材料。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，能够有效地防止车体表面的生锈和腐蚀。
而复合材料具有重量轻、强度高、耐疲劳等特点，能够有效地提高车体的耐久性和使用寿命。
此外，在高速列车的车体结构设计中，还需要考虑材料的吸音和隔热性能，以提高车厢内部的舒适性和降低噪音污染。
为了实现这一目标，可以采用吸音复合材料和隔热材料。
吸音复合材料具有良好的声学性能，能够有效地吸收车厢内部音响设备和车轮与轨道之间的噪音，提供更加宁静的乘车体验。
而隔热材料则可以阻止车厢内部的热量传导，保持车厢内部温度的稳定和舒适。
最后，高速列车车体结构的材料性能还需要考虑其可持续性和环境友好性。
为了实现这一目标，可以选择可回收利用和环境友好的材料，如铝合金和复合材料。
铝合金具有良好的可回收利用性能，可以实现资源的循环利用，减少对环境的破坏。
而复合材料则可以减少能源消耗和废弃物产生，有利于节能减排和环境保护。
综上所述，高速列车车体结构的材料性能分析与优化设计是一项复杂而重要的任务。
在设计过程中，需要考虑材料的强度、刚度、耐久性、抗腐蚀性、隔热性能、吸音性能、可持续性和环境友好性等多种因素。
高速铁路设备系列介绍之二十一——动车组轻量化技术介绍
⾼速铁路设备系列介绍之⼆⼗⼀——动车组轻量化技术介绍⾼速铁路设备系列介绍之⼆⼗⼀——动车组轻量化技术介绍：⾼速铁路列车重要技术之⼀是要运⽤车辆轻量化技术。
传统的车体材料是碳素钢，其份量重，再考虑腐蚀的预留量较⼤，因此车辆⾃重⼤和寿命短。
另外，随着车辆的速度的提⾼,轨道承受的负荷及能耗将随之增⼤,如列车以时速200公⾥运⾏的时候，每牵引⼀吨重的重量，⼤约要消耗电⼒12千⽡，到时速300公⾥的时候，每牵引⼀吨要消耗16⾄17千⽡，因此，世界各国都在轻量化的技术上进⾏研究。
要实现车辆的⾼速化,⼀定要使车辆轻量化。
其主要途径是采⽤⾼性能的新材料和改进车辆结构、缩⼩尺⼨等优化构设计。
同时，采⽤了车辆轻型化技术,还可以有效地抑制地基振动的增加，降低噪声,减少因速度的提⾼⽽带来的空⽓动⼒声的显著增加。
在近代，⾼速车辆的车体材料主要有不锈钢、⾼强度耐候钢和铝合⾦。
⽤铝合⾦制造车体的尝试早在20世纪上半期就已经开始，最早⽤于地铁和市郊列车，后来应⽤于普通列车上。
⾃进⼊上世纪90年代，与车体等长的多品种⼤型中空挤压型材的出现，使铝合⾦成为⽣产⾼速列车的主导材料，由于铝合⾦的重量⼤⼤低于碳素钢，有利于⾼速列车减重提速。
因此，各国⾼速列车在车体设计制造中已基本采⽤铝合⾦挤压型材或不锈钢材质，使车体结构具有⽆涂装，免维修或少维修特点。
尤其是铝合⾦挤压型材，包括异型或⼤截⾯空腹断⾯型材，其优势主要有：制造⼯艺简单，节省加⼯费⽤；减重效果好；有良好的运⾏品质；耐腐蚀，可降低维修费。
于当时，⽇本新⼲线⾼速电动车辆,法国TGV、德国ICE列车等采⽤不锈钢、铝合⾦、复合材料,使车体⼤幅度轻量化,取得了显著效益。
不锈钢车辆具有⾼耐蚀性、美观、强度⾼等特点。
60年代初,⽇本率先研制出不锈钢车辆,其外板:不需涂装,防腐性好,尤其是轻量、节能,可提⾼列车牵引能⼒。
前苏联也相继研制出含镍或⽆镍的不锈钢车辆;德国⽣产的不锈钢客车车体也成功地应⽤于⾼速电⽓化铁路。
汽车轻量化设计-车身常用铝合金材料及性能简介
冷成型工艺
热成型工艺
铸造工艺
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线：
第一阶段：板材制备（熔铸-热轧-冷轧-退火-分切）
自动化 程度高
连续静 压，性
能好
轧制 特点
生产效 率高
板材制备
材料利 用率高
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
材料状态选择
不可热处理强化合金（1XXX，3XXX，5XXX合金）： 轧制/挤压：H态，硬态（强度较高） 轧制/挤压—热处理：O态，软态（硬度较小） 轧制/挤压—热处理—轧制/挤压； H12，H14，H16，H18（硬度适中）； 例如5182-O态合金， 工艺路线：热轧-冷轧-360℃X4h退火处理获得5182-O态
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线： 铸棒制备（熔铸-锯切）-挤出（加热铸棒及模具-挤压-锯切-时效）-机加工
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线： 铸棒制备（熔铸-锯切）-挤出（加热铸棒及模具-挤压-锯切-时效）-机加工
整套模具：正模，模垫，模套三部分组成； 正模：工作带，空刀，导流槽，分流孔，分流桥，模芯，焊合室
车身用铝合金及性能简介
目录
1 2 3
铝合金分类及应用 铝合金零件工艺路线
铝合金零件性能
一、铝合金分类及应用
1 铝合金系列
一、铝合金分类及应用
2 铝合金在车身上应用
1XXX：纯铝，例如1050,1060，硬度强度较低，延伸率优良（UTS=70-100MPa； EL=40%）； 汽车中应用： 锂电池正极集流体铝箔（电池）
工程院车身部
二、铝合金工艺路线