螺紋擠壓成形技術在軌道客車制造中應用的研究

時間：分類：科學技術論文次數：

摘要：近幾年，我國軌道交通行業迅猛發展，螺紋擠壓成型技術被廣泛應用到軌道交通的制造中，以滿足動車組關鍵部位強度高、耐用性好、易更換要求。本文對擠壓絲錐對內螺紋冷擠成型進行研究分析，根據擠壓絲錐工作原理，結合生產實際，比較擠壓螺紋和切削螺紋

　　摘要：近幾年，我國軌道交通行業迅猛發展，螺紋擠壓成型技術被廣泛應用到軌道交通的制造中，以滿足動車組關鍵部位強度高、耐用性好、易更換要求。本文對擠壓絲錐對內螺紋冷擠成型進行研究分析，根據擠壓絲錐工作原理，結合生產實際，比較擠壓螺紋和切削螺紋的優劣，總結了在軌道交通中應用螺紋擠壓成型過程中出現的問題及注意事項，以及工藝參數的設定。螺紋冷擠壓技術在軌道交通行業的應用取得了良好的加工效果和經濟效益。

　　關鍵詞：螺紋成形冷擠壓擠壓絲錐軌道交通

工具技術

　　機械論文投稿刊物：工具技術主要報道當前國內外機械加工中切削與測量技術的最新進展，金屬切削基礎理論研究，新型刀具研制及其應用，數控工具系統、新型刀具材料、涂層技術、刀具CAD/CAM、刀具磨損破損在線監控技術，工具管理系統，新材料及難加工材料的切削與刀具技術，汽車摩托車等行業專用刀具的開發及進口刀具國產化。

　　引言

　　近幾年，我國軌道交通行業迅猛發展，運行速度不斷提高，新的制造技術不斷應用到軌道交通行業制造中，針對高速動車組制造提出了更高的技術要求，轉向架為高速動車組的走行部位，組裝質量影響動車組的運行安全，轉向架上零部件的組裝絕大多數采用螺栓、螺紋連接方式，用以滿足強度高、耐用性好、易更換的運營和檢修要求。轉向架在運行過程中要經過三級修、四級修、五級修以及臨時檢修頻繁檢修，頻繁的檢修就造成了需要對轉向架頻繁拆解和組裝，約1.5年對轉向架進行一次分解檢修，尤其是高速動車組轉向架輪對更換頻繁，輪對是通過組裝到輪對上的轉臂與構架相連接，利用構架上轉臂定位座上的螺紋孔用螺栓將轉臂節點固定在構架上，頻繁的更換需要螺紋具有良好的耐磨性、較高的強度及精度，且該處螺栓連接保證節點傳遞牽引力(或制動力)、橫向力、垂向力和振動沖擊，因此該處螺紋連接強度直接關系到車輛運行的穩定和安全，因而該處螺紋采用擠壓成型技術可以獲得良好的使用效果。

　　2、擠壓成形螺紋的技術特點

　　傳統軌道車輛螺紋制造采用切削絲錐來完成，相比較于切削成形螺紋，擠壓成形螺紋具有以下特點：

　　1)螺紋擠壓成形后齒側面很平滑，粗糙度度好;材料纖維保持連續，螺紋擠壓成形過程有加工硬化作用，因而擠壓獲得的螺紋強度大大高于切削出來的螺紋，從而滿足了高速動車組關鍵部位高強度、易更換的要求。

　　2)螺紋擠壓過程不產生任何切屑，避免了因鐵屑造成的折刀事故;雖然攻絲扭矩大，但擠壓絲錐沒有容屑槽，絲錐的結構強度大，加工速度可以獲得大幅度提高。因而螺紋擠壓成形可以很好解決近幾年軌道車輛迅猛發展帶來的生產效率低下問題。

　　3)擠壓絲錐加工螺紋孔的彈性恢復比切削絲錐大，彈性恢復造成的螺紋收縮在攻絲后的瞬間完成了螺孔大小穩定。但是由于沒有切屑造成的隨機變動因素的影響，所以加工孔精度較高。

　　4)擠壓絲錐無鋒利刀尖，不宜磨損，壽命可以是切削絲錐的壽命數倍。

　　5)由于擠壓成形過程是靠工件的塑形變形完成加工，故需要工件有一定的延展性，即較好的塑形變形能力。

　　6)不可修復，由于擠壓螺紋的扭矩大，彈性恢復量大，螺紋在加工過程意外終止時，不可繼續加工恢復完成擠壓螺紋的任務。

　　3、擠壓成形刀具的特點

　　內螺紋擠壓成形工具一般為擠壓絲錐，擠壓絲錐通過絲錐上螺紋棱帶使金屬變形來獲得相應牙型。擠壓絲錐與普通切削絲錐的有所不同，切削部分帶有尖端圓弧的多邊形截面的新型內螺紋加工刀具，如圖l所示。擠壓絲錐橫截面為棱圓。棱圓的高點為棱脊，承擔所加工螺紋的擠壓和校準工作;棱圓的低凹部分是棱背，它一般由兩段相切的阿基米德鏟磨曲線組成，起分齒作用使該絲錐逐層分齒擠壓，并減少螺孔加工過程中的摩擦阻力。

　　4、螺紋擠壓成形的技術條件

　　4.1適于擠壓絲錐進行加工的材料，應具有以下特性：

　　擠壓材料有一定的延展性，塑形變形能力好，一般認為，擠壓絲錐適合于加工延展率不小于20%的材料，且碳含量偏低的產品。軌道車輛關鍵部件轉向架常用耐候剛為S355，所用鋼板基本化學成分如表1，從化學成分分析可以滿足螺紋擠壓要求。

　　4.2機床與刀具的合理配置

　　機床硬件和軟件具有剛性攻絲能力，可以適應進給和主軸轉動之間的速度匹配，良好的完成正轉、反轉和補償能力。軌道客車制造設備大部分使用了數控加工機床，可很好的適應擠壓螺紋的制造。

　　4.3加工參數合理選配

　　金屬加工時，一般會選擇高轉速來獲得更高生產效率，加工速度越高，擠壓過程越迅速，摩擦產熱量也就越大，但是金屬被加熱后自身強度下降，反而會降低攻絲扭矩，因此軌道車輛制造中擠壓成形工藝參數會高于切屑絲錐工工藝參數的40%-60%。螺紋底孔對切削功率影響較大，以M20螺紋為例，國內推薦值為18.8mm，歐洲刀具制造商推薦為18.9mm，通過實際生產過程中對加工中心控制面板有功率監控記錄可以得出，底孔對切削功率的影響幾乎為線性變化，當底孔增大一定范圍時功率不再變化。

　　5擠壓成形過程中的故障處理

　　螺紋擠壓成形在軌道交通制造批量化生產過程中仍然會發生一些應用型問題，例如：

　　1、擠壓螺紋中徑不合格。通常表現為通止規檢測不合格，或者大端不能止住或者小端不能通過。實驗發現絲錐磨損后均可造成該問題，針對軌道客車批量大，且自動化生產比較高的生產過程而言，提高絲錐的更新頻率成為解決問題的最直接方法。

　　2、螺紋成型不良。在制造某新型動車組的轉向架過程中，發現螺紋頂部有微裂紋，螺紋發黑的現象，經分析后發現，螺紋底孔偏小是造成問題的主要原因。

　　3、擠壓扭矩高。在生產過程中，通過機床功率監控可以看到，同一產品會出現扭矩偏高情況，扭矩大意味著擠壓阻力大，絲錐磨損增加，增加了螺紋成型不良的風險。經過現場分析得出金屬擠壓過程潤滑不良，在加工過程中合理使用切削液后問題得以解決。

　　4、機床精度降低。機床在長使用過程中，信號系統老化，信號傳遞不穩定，通過合理制定了機床精度校準計劃，維護機床精度使生產得以順利進行。

　　5、產品設計結構問題。工件局部剛性差，加工過程容易發生變形、共振問題，導致螺紋成形不良。改善產品的結構剛度有助于提高擠壓成形的成功率。

　　螺紋擠壓成形的效率高，加工后的螺紋孔無金屬屑殘留，且螺紋粗糙度度好，尺寸精度高、耐磨性好、強度大，適用于軌道車輛轉向架的制造中，在軌道交通行業具有很高的應用性和推廣價值。

　　參考文獻

　　[1]趙洪倫.軌道車輛結構與設計.中國鐵道出版社，2009.

　　[2]文強.國內外高速列車檢修制度綜述[J].國外鐵道車輛.2014(3):1-3.

　　[2]查國兵.常用螺紋刀具.北京中國標準出版社，2010.