1、螺纹挤压成形技术在轨道客车制造中的应用王宏图1，2，张保林1，2，韩笑1，刘春海1（1.中车唐山机车车辆有限公司，河北唐山063035；2.河北省轨道车辆转向架技术创新中心，河北唐山063035）摘要：近几年，我国轨道交通行业迅猛发展，螺纹挤压成形技术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、易更换且环保的要求。对挤压丝锥对内螺纹冷挤成型进行研究，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形过程中出现的问题、注意事项以及工艺参数的设定。螺纹冷挤压技术应用于轨道交通行业，取得了良好的加工效果和经济效益。关键词：螺纹成形冷
2、挤压挤压丝锥轨道交通中图分类号：TG506.6文献标识码：A文章编号：2095-0748（2023）01-0166-02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，新的制造技术也不断应用到轨道交通制造中，对高速动车组制造提出了更高的技术要求。转向架作为高速动车组的走行部位，其多个关键部位采用螺栓连接方式来满足强度高、耐用性好、易更换的运营和检修要求1。高速动车组转向架轮对更换频繁，约 1.5 年就要对转向架进行分解检修，保证安全运行至下一个高级修程2，频繁地更换需要螺纹具有良好的耐磨性，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
3、接关系到车辆运行的稳定和安全，采用挤压成形技术可以获得良好的使用效果。动车组转臂简图如图 1 所示。1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3：1）螺纹挤压成形后齿侧面很平滑，光洁度好。材料纤维保持连续，螺纹挤压成形过程有加工硬化作用，挤压获得的螺纹强度大大高于切削的螺纹，可以满足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，可以大幅度提高切削速度。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
4、丝后的瞬间完成，螺孔大小稳定。由于没有切屑等随机变动因素的影响，加工孔精度较高。4）挤压丝锥无锋利刀尖，不宜磨损，寿命可达到切削丝锥寿命的数倍。5）挤压成形过程是靠工件的塑形变形完成，故需要工件具有一定的延展性，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。2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，获得相应牙型。挤压丝锥与普通切削丝锥有所不同，切削部分为带有尖端圆弧的多边形截面新型内螺纹加工刀具，如图 2 所示。挤压丝锥横截面为棱圆。棱圆的高点为棱脊，承担所
5、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4-5。3螺纹挤压成形的技术条件1）适于挤压丝锥加工的材料，应具有以下特性6-7：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20，且碳含量偏低的材料。轨道车辆关键部件转向架常用 S355 耐候钢，所用钢板基本化学成分如下页表 1 所示，金属断后生产率21，可以满足螺纹挤压要求。收稿日期：2022-07-26第一作者简介：王宏图（1982），男，硕士，毕业于燕山大学，高级工程师，研究方向为机械加工及其自动化。总第
6、223 期2023 年第 1 期现代工业经济和信息化Modern Industrial Economyand InformationizationTotal 223No.1，2023DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2023.01.063图 1动车组转臂节点连接螺栓转臂图 2挤压丝锥横截面棱脊棱背应用推广2023 年第 1 期2）合理配置机床与刀具。机床具有刚性攻丝能力，可以适应进给和主轴转动之间的速度匹配，完成正转、反转和补偿。轨道客车制造设备大部分为西门子 840D数控加工机床，可以满足挤压螺纹制造需求。3）合理选配加工参数。金属加工时，一般会选择高转速提高生产效率，加工
7、速度越高，挤压过程越迅速，摩擦产热量也就越大。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 4060。以 M20 螺纹为例，国内推荐值为 18.8 mm，欧洲刀具制造商推荐为 18.9 mm，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，如图 3 所示。4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，仍然会发生以下应用型问题。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
8、磨损后均可造成以上问题。针对轨道客车大批量、自动化程度较高的生产过程，提高丝锥的更新频率，成为解决问题的最直接方法。2）螺纹成形不良。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。经过分析，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，通过监控机床功率可以看到，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，金属挤压过程加注合理的切削液后，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。通过制定合理的机床精度校准计划，生产得以顺利进行。5）产品设计结构问题。工
9、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。6）工装结构问题。挤压成形的抗力大，需要工装支撑，但是由于生产条件约束未能满足生产需求，造成螺纹成形不良。故改变加工参数，降低切削抗力，以提高加工成功率。5结语螺纹挤压成形的效率高，加工后的螺纹孔无金属屑残留，且螺纹光洁度好，尺寸精度高、耐磨性好、强度大。20112017 年，通过对 250 列动车组转向架维修检查验证，该处螺纹状态良好，未发生过螺纹滑丝、表面鱼鳞等问题，且在五级修阶段，挤压成形螺纹表面质量明显好于切削成形螺纹。螺纹挤压成形技术在轨道交通行业具有很高的推广、应用价值。参
10、考文献1赵洪伦.轨道车辆结构与设计M.北京：中国铁道出版社，2009.2文强.国内外高速列车检修制度综述J.国外铁道车辆，2014（2）：1-3；46.3查国兵.常用螺纹刀具M.北京：中国标准出版社，2010.4王焯林.挤压丝锥过渡区的螺距误差及消除方法J.工具技术，2012（6）：79-82.5黄有华.挤压丝锥的优化设计J.机械工程师，2012（9）：86-88.6刘作庆.挤压丝锥的应用J.工具技术，2012（4）：65-67.7黄小龙.挤压丝锥结构参数对内螺纹冷挤压成形过程扭矩的影响J.工具技术，2012（10）：18-22.（编辑：郭萍茹）表 1化学成分（质量分数）w（C）w（Si）w（
11、Mn）w（P）w（S）w（Cu）w（Cr）w（Ni）0.050.120.200.400.801.600.03 0.0060.250.400.350.850.150.65Application of Threaded Extrusion Forming Technology in Railbus ManufacturingWang Hongtu1,2,Zhang Baolin1,2,Han Xiao1,Liu Chunhai1（1.China Railway Tangshan Locomotive and Rolling Stock Company Limited,Tangshan Hebei
12、063035;2.Hebei Railway Vehicle Bogie Technology Innovation Center,Tangshan Hebei 063035）Abstract:In recent years,Chinas rail transportation industry has developed rapidly and thread extrusion technology has been applied tothe manufacture of rail transportation to meet the requirements of high streng
13、th,good durability,easy replacement and environmentalprotection of key parts of the rolling stock.The study and analysis of cold extrusion of internal threads by extrusion taps,based on theworking principle of extrusion taps,combined with the production reality,compared the advantages and disadvanta
14、ges of extruded threadsand cutting threads,summarised the problems,precautions and the setting of process parameters in the process of applying thread extrusionin rail transit.The application of cold extrusion technology to the rail transport industry has resulted in good processing results andeconomic benefits.Key words:thread forming;cold extrusion;extrusion taps;rail transport图 3切削功率和底孔关系10987618.7518.8018.8518.90切削功率/kW底孔直径/mm王宏图，张保林，韩笑，等：螺纹挤压成形技术在轨道客车制造中的应用167