王小琴

0 引言

壓接作為機(jī)械連接的一種基本方式，在接觸網(wǎng)零部件制造過(guò)程中應(yīng)用廣泛，特別是對(duì)于接觸網(wǎng)管類(lèi)零部件，近一半數(shù)量的產(chǎn)品采用壓接方式連接。目前管類(lèi)零部件采用的壓接方式為六方模具壓接。

六方模具壓接優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備操作方便、生產(chǎn)效率高、模具加工技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是模具的加工精度、壓接時(shí)的定位精度和操作者的熟練程度會(huì)影響成型產(chǎn)品的質(zhì)量。因六方模具壓接方式為上下擠壓，會(huì)導(dǎo)致成型產(chǎn)品徑向應(yīng)力分布不均勻，造成內(nèi)部折疊、拉伸撕裂等缺陷。在產(chǎn)品長(zhǎng)期服役過(guò)程中，容易形成應(yīng)力集中點(diǎn)，產(chǎn)生裂紋，造成安全隱患。在已開(kāi)通的電氣化鐵路線(xiàn)路中，已出現(xiàn)六方模具壓接管類(lèi)零部件斷裂事件，斷裂位置多為壓接部位。

由此可見(jiàn)，只有改變六方模具上下擠壓的壓接方式，才能從根本上避免壓接折疊、拉伸撕裂等缺陷。本文研究一種全新的壓接工藝—徑向微壓來(lái)代替六方模具壓接。

1 徑向微壓工藝研究

為從根本上解決產(chǎn)品在長(zhǎng)期服役過(guò)程中產(chǎn)生折疊、拉伸撕裂疲勞源的問(wèn)題，徑向微壓新工藝研究勢(shì)在必行。徑向微壓工藝通過(guò)在管類(lèi)產(chǎn)品圓周方向施加緊縮力完成零部件的連接。在滿(mǎn)足連接作用的前提下，能避免應(yīng)力集中，消除內(nèi)部折疊、拉伸撕裂等缺陷，從而消除壓接過(guò)程中存在潛在折疊、拉伸撕裂缺陷疲勞源的問(wèn)題，提高接觸網(wǎng)零件長(zhǎng)期服役的安全性。

本文將從設(shè)備選型、專(zhuān)用模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定、產(chǎn)品工裝制造等方面進(jìn)行深入研究，經(jīng)過(guò)全系列試驗(yàn)驗(yàn)證和小批量的生產(chǎn)試制，形成一套工藝先進(jìn)、操作可行的徑向微壓新工藝[1]。

1.1 設(shè)備選型

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和持續(xù)深入研究，扣壓機(jī)（圖1）完全符合管類(lèi)圓周方向施加緊縮力的要求?？蹓簷C(jī)原理是采用雙液壓回路運(yùn)作，即活塞的進(jìn)退及模具的張口和收縮運(yùn)動(dòng)都是依靠液壓動(dòng)力源產(chǎn)生的動(dòng)力，其不僅移動(dòng)平穩(wěn)、回程快速，也不會(huì)發(fā)生像彈簧回位使模具張不開(kāi)而鎖死的現(xiàn)象?？蹓簷C(jī)為八軸聯(lián)動(dòng)方式，8 個(gè)方向同時(shí)施加壓力，8 個(gè)方向力值相等，在圓周方向均勻布置，壓接速度均勻緩慢。應(yīng)用扣壓機(jī)能保證管類(lèi)零部件的連接部位徑向受力均勻，也不受操作者的熟練程度和模具扣合精度的影響，保證壓接部位可靠連接，避免應(yīng)力集中，提高接觸網(wǎng)零部件長(zhǎng)期服役的安全性。

圖1 專(zhuān)用設(shè)備—扣壓機(jī)

1.2 專(zhuān)用模具設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備及接觸網(wǎng)零部件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)專(zhuān)用模具，見(jiàn)圖2。專(zhuān)用模具選用高強(qiáng)度、高韌性、牌號(hào)為Cr12MoV 模具工具鋼材料制造，由8個(gè)單獨(dú)扇形體組成，8 個(gè)單獨(dú)扇形體合圍組成一個(gè)內(nèi)部為通孔的圓柱體。圓柱體的外圓面連接扣壓機(jī)的固定面，通過(guò)螺栓按固定順序安裝在扣壓機(jī)的8個(gè)工作軸上，扣壓機(jī)通過(guò)一開(kāi)一合帶動(dòng)專(zhuān)用模具壓接管類(lèi)零部件。

圖2 專(zhuān)用模具-8 組扇形體模具

圓柱體的內(nèi)孔面部分為壓接工作面。內(nèi)孔尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)接觸網(wǎng)零部件的外形尺寸和材質(zhì)決定。內(nèi)孔尺寸確定原則：考慮待壓接材料的延伸率、產(chǎn)品加工工藝、加工效率等因素，一般小于待壓接外圓管直徑3～6 mm。

1.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定

以接觸網(wǎng)最典型產(chǎn)品鋁合金定位器（圖3）[2]為例說(shuō)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。

圖3 鋁合金定位器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（單位：mm）

1.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

定位器的外圓管形狀保持不變，穿入外圓管的兩端連接件的壓接部分做成圓棒形狀，圓管和圓棒間隙配合。圓棒上均布圓弧凹槽，凹槽設(shè)計(jì)目的是通過(guò)外圓管在壓接后縮徑產(chǎn)生塑性變形，壓迫外圓管表面塑性變形部分嵌入圓棒的圓弧凹槽內(nèi)，壓接后，外圓管與內(nèi)部連接體連接成為一個(gè)整體。

1.3.2 間隙設(shè)計(jì)

間隙設(shè)計(jì)原則：滿(mǎn)足連接件圓棒能順利穿入外圓管內(nèi)徑中，且外圓管在縮徑后的變形要小于其材料延伸率。

已知圓管為Φ38×4，外管半徑為19 mm，內(nèi)管半徑為15 mm，鋁合金6082 的延伸率為8%，壓接長(zhǎng)度為48 mm。設(shè)圓管縮頸后的最小半徑為X，按照體積（長(zhǎng)度×πR2）不變的原理，有

由式（1）解得X= 17.6 mm，則最大間隙為19 -X= 1.4 mm，即間隙不大于1.4 mm 時(shí)，能滿(mǎn)足產(chǎn)品的延伸率要求。

按照壓接經(jīng)驗(yàn)，間隙只要大于0.3 mm 即可滿(mǎn)足連接件圓棒順利穿入外圓管內(nèi)徑中的要求。

按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鋁合金定位器設(shè)計(jì)的間隙值范圍為0.3～1.0 mm，保證兩端連接頭可穿入鋁合金管的內(nèi)徑中的同時(shí)，也滿(mǎn)足鋁合金管縮徑不大于1.4 mm 的要求。

1.4 產(chǎn)品工裝制造

接觸網(wǎng)零部件的種類(lèi)繁多，規(guī)格多樣。根據(jù)接觸網(wǎng)零部件的形狀和工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的工裝，既便于產(chǎn)品制造的精準(zhǔn)定位，同時(shí)能提高加工效率。鋁合金定位器的壓接工裝見(jiàn)圖4。

圖4 鋁合金定位器壓接工裝

2 徑向微壓工藝驗(yàn)證

（1）嚴(yán)格按照TB/T 2073—2020[2]、TB/T 2074—2020[3]、TB/T 2075.4—2020[4]要求完成全系列第三方型式試驗(yàn)，驗(yàn)證產(chǎn)品的機(jī)械性能、振動(dòng)、疲勞指標(biāo)是否完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）對(duì)壓接部位取樣，做低倍組織觀察試驗(yàn)。1#試樣取自剛壓接后的產(chǎn)品，2#試樣取自完成型式試驗(yàn)后的產(chǎn)品，低倍組織如圖5 所示。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，1#試樣和2#試樣在壓接部位組織緊密，無(wú)任何折疊、拉伸撕裂等缺陷（1#上的細(xì)長(zhǎng)線(xiàn)為樣件的外部劃痕，非拉伸撕裂），壓接質(zhì)量大大優(yōu)于六方壓接工藝的壓接質(zhì)量。

圖5 新工藝壓接部位的低倍組織

（3）觀察壓接部位成型對(duì)比圖（圖6），清晰表明徑向微壓工藝的壓痕規(guī)則、齊整，變形量小。六方模具工藝則出現(xiàn)不規(guī)則的凸棱。

圖6 壓接部位成型圖

3 徑向微壓工藝規(guī)程

在大量的試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上，進(jìn)行小批量生產(chǎn)，經(jīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)，使用徑向微壓工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率可達(dá)到100%。將該全新壓接工藝編寫(xiě)企業(yè)文件《徑向微壓工藝規(guī)程》，形成可操作性強(qiáng)、質(zhì)量穩(wěn)定可控的先進(jìn)工藝指導(dǎo)文件。

4 結(jié)語(yǔ)

從設(shè)備選型、專(zhuān)用模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定、產(chǎn)品工裝制造四方面研究徑向微壓工藝，形成一套工藝先進(jìn)、操作性強(qiáng)的全新壓接工藝，經(jīng)過(guò)全系列型式試驗(yàn)、低倍組織觀察及小批量試制，按新工藝制造的產(chǎn)品完全滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)要求，顯微檢測(cè)壓接內(nèi)部組織也不存在折疊、拉伸撕裂等缺陷，可有效避免潛在疲勞源的問(wèn)題。接觸網(wǎng)管類(lèi)零部件徑向微壓工藝可代替?zhèn)鹘y(tǒng)六方模具壓接工藝，為接觸網(wǎng)零部件制造提供一種先進(jìn)工藝。