螺纹挤压成形技术在轨道客车制造中应用的研究

　　摘要：近几年，我国轨道交通行业迅猛发展，螺纹挤压成型技术被广泛应用到轨道交通的制造中，以满足动车组关键部位强度高、耐用性好、易更换要求。本文对挤压丝锥对内螺纹冷挤成型进行研究分析，根据挤压丝锥工作原理，结合生产实际，比较挤压螺纹和切削螺纹的优劣，总结了在轨道交通中应用螺纹挤压成型过程中出现的问题及注意事项，以及工艺参数的设定。螺纹冷挤压技术在轨道交通行业的应用取得了良好的加工效果和经济效益。

　　关键词：螺纹成形冷挤压挤压丝锥轨道交通

　　机械论文投稿刊物：工具技术主要报道当前国内外机械加工中切削与测量技术的最新进展，金属切削基础理论研究，新型刀具研制及其应用，数控工具系统、新型刀具材料、涂层技术、刀具CAD/CAM、刀具磨损破损在线监控技术，工具管理系统，新材料及难加工材料的切削与刀具技术，汽车摩托车等行业专用刀具的开发及进口刀具国产化。

　　引言

　　近几年，我国轨道交通行业迅猛发展，运行速度不断提高，新的制造技术不断应用到轨道交通行业制造中，针对高速动车组制造提出了更高的技术要求，转向架为高速动车组的走行部位，组装质量影响动车组的运行安全，转向架上零部件的组装绝大多数采用螺栓、螺纹连接方式，用以满足强度高、耐用性好、易更换的运营和检修要求。转向架在运行过程中要经过三级修、四级修、五级修以及临时检修频繁检修，频繁的检修就造成了需要对转向架频繁拆解和组装，约1.5年对转向架进行一次分解检修，尤其是高速动车组转向架轮对更换频繁，轮对是通过组装到轮对上的转臂与构架相连接，利用构架上转臂定位座上的螺纹孔用螺栓将转臂节点固定在构架上，频繁的更换需要螺纹具有良好的耐磨性、较高的强度及精度，且该处螺栓连接保证节点传递牵引力(或制动力)、横向力、垂向力和振动冲击，因此该处螺纹连接强度直接关系到车辆运行的稳定和安全，因而该处螺纹采用挤压成型技术可以获得良好的使用效果。

　　2、挤压成形螺纹的技术特点

　　传统轨道车辆螺纹制造采用切削丝锥来完成，相比较于切削成形螺纹，挤压成形螺纹具有以下特点：

　　1)螺纹挤压成形后齿侧面很平滑，粗糙度度好;材料纤维保持连续，螺纹挤压成形过程有加工硬化作用，因而挤压获得的螺纹强度大大高于切削出来的螺纹，从而满足了高速动车组关键部位高强度、易更换的要求。

　　2)螺纹挤压过程不产生任何切屑，避免了因铁屑造成的折刀事故;虽然攻丝扭矩大，但挤压丝锥没有容屑槽，丝锥的结构强度大，加工速度可以获得大幅度提高。因而螺纹挤压成形可以很好解决近几年轨道车辆迅猛发展带来的生产效率低下问题。

　　3)挤压丝锥加工螺纹孔的弹性恢复比切削丝锥大，弹性恢复造成的螺纹收缩在攻丝后的瞬间完成了螺孔大小稳定。但是由于没有切屑造成的随机变动因素的影响，所以加工孔精度较高。

　　4)挤压丝锥无锋利刀尖，不宜磨损，寿命可以是切削丝锥的寿命数倍。

　　5)由于挤压成形过程是靠工件的塑形变形完成加工，故需要工件有一定的延展性，即较好的塑形变形能力。

　　6)不可修复，由于挤压螺纹的扭矩大，弹性恢复量大，螺纹在加工过程意外终止时，不可继续加工恢复完成挤压螺纹的任务。

　　3、挤压成形刀具的特点

　　内螺纹挤压成形工具一般为挤压丝锥，挤压丝锥通过丝锥上螺纹棱带使金属变形来获得相应牙型。挤压丝锥与普通切削丝锥的有所不同，切削部分带有尖端圆弧的多边形截面的新型内螺纹加工刀具，如图l所示。挤压丝锥横截面为棱圆。棱圆的高点为棱脊，承担所加工螺纹的挤压和校准工作;棱圆的低凹部分是棱背，它一般由两段相切的阿基米德铲磨曲线组成，起分齿作用使该丝锥逐层分齿挤压，并减少螺孔加工过程中的摩擦阻力。

　　4、螺纹挤压成形的技术条件

　　4.1适于挤压丝锥进行加工的材料，应具有以下特性：

　　挤压材料有一定的延展性，塑形变形能力好，一般认为，挤压丝锥适合于加工延展率不小于20%的材料，且碳含量偏低的产品。轨道车辆关键部件转向架常用耐候刚为S355，所用钢板基本化学成分如表1，从化学成分分析可以满足螺纹挤压要求。

　　4.2机床与刀具的合理配置

　　机床硬件和软件具有刚性攻丝能力，可以适应进给和主轴转动之间的速度匹配，良好的完成正转、反转和补偿能力。轨道客车制造设备大部分使用了数控加工机床，可很好的适应挤压螺纹的制造。

　　4.3加工参数合理选配

　　金属加工时，一般会选择高转速来获得更高生产效率，加工速度越高，挤压过程越迅速，摩擦产热量也就越大，但是金属被加热后自身强度下降，反而会降低攻丝扭矩，因此轨道车辆制造中挤压成形工艺参数会高于切屑丝锥工工艺参数的40%-60%。螺纹底孔对切削功率影响较大，以M20螺纹为例，国内推荐值为18.8mm，欧洲刀具制造商推荐为18.9mm，通过实际生产过程中对加工中心控制面板有功率监控记录可以得出，底孔对切削功率的影响几乎为线性变化，当底孔增大一定范围时功率不再变化。

　　5挤压成形过程中的故障处理

　　螺纹挤压成形在轨道交通制造批量化生产过程中仍然会发生一些应用型问题，例如：

　　1、挤压螺纹中径不合格。通常表现为通止规检测不合格，或者大端不能止住或者小端不能通过。实验发现丝锥磨损后均可造成该问题，针对轨道客车批量大，且自动化生产比较高的生产过程而言，提高丝锥的更新频率成为解决问题的最直接方法。

　　2、螺纹成型不良。在制造某新型动车组的转向架过程中，发现螺纹顶部有微裂纹，螺纹发黑的现象，经分析后发现，螺纹底孔偏小是造成问题的主要原因。

　　3、挤压扭矩高。在生产过程中，通过机床功率监控可以看到，同一产品会出现扭矩偏高情况，扭矩大意味着挤压阻力大，丝锥磨损增加，增加了螺纹成型不良的风险。经过现场分析得出金属挤压过程润滑不良，在加工过程中合理使用切削液后问题得以解决。

　　4、机床精度降低。机床在长使用过程中，信号系统老化，信号传递不稳定，通过合理制定了机床精度校准计划，维护机床精度使生产得以顺利进行。

　　5、产品设计结构问题。工件局部刚性差，加工过程容易发生变形、共振问题，导致螺纹成形不良。改善产品的结构刚度有助于提高挤压成形的成功率。

　　螺纹挤压成形的效率高，加工后的螺纹孔无金属屑残留，且螺纹粗糙度度好，尺寸精度高、耐磨性好、强度大，适用于轨道车辆转向架的制造中，在轨道交通行业具有很高的应用性和推广价值。

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　　作者：孙海光1王超伟2