空心軸橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎工藝分析及工裝優(yōu)化設(shè)計

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001)

1 概述

輪對空心軸式結(jié)構(gòu)在機(jī)車及動力集中型動車組中廣泛應(yīng)用。空心軸橡膠關(guān)節(jié)的組裝是輪對空心軸式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架組裝中的重要一環(huán)。空心軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。空心軸由軸身與軸端兩個部分組成，這兩部分通過焊接的方式連接在一起。軸端上6個圓孔需安裝橡膠關(guān)節(jié)，并要求對橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎使其與空心軸表面緊貼，以保證連接的可靠性。橡膠關(guān)節(jié)如圖2所示，主要由內(nèi)球，外環(huán)和橡膠組成，橡膠分布在內(nèi)球與外環(huán)之間。橡膠關(guān)節(jié)通過擠壓或拉伸橡膠可實(shí)現(xiàn)一定量的軸向或徑向移動。

圖1 空心軸結(jié)構(gòu)

圖2 橡膠關(guān)節(jié)

2 工藝分析

2.1 橡膠關(guān)節(jié)組裝工藝分析

空心軸軸端橡膠關(guān)節(jié)安裝孔尺寸為φ100(0，+0.054)，橡膠關(guān)節(jié)在未安裝狀態(tài)下外圓參考尺寸為φ102。因此，在安裝橡膠關(guān)節(jié)時，需通過外力將橡膠關(guān)節(jié)外環(huán)收縮2 mm左右，使其裝入空心軸橡膠關(guān)節(jié)安裝孔中，直至橡膠關(guān)節(jié)外環(huán)止擋與空心軸接觸。

2.2 橡膠關(guān)節(jié)折彎工藝分析

橡膠關(guān)節(jié)壓入空心軸安裝孔中后，需將其外壁折彎，使其緊貼空心軸表面，保證安裝牢靠。橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎為HXD1D型機(jī)車和FXD1型動車組輪對驅(qū)動裝置組裝的工藝難點(diǎn)之一。待折彎的橡膠關(guān)節(jié)外壁示意圖如圖3所示，高度約為3.50 mm，厚度約為1.30 mm。待折彎材料機(jī)械性能與45#鋼類似，且折彎的工作空間較為狹窄，工作尺寸較為細(xì)小。可采用如下兩種方式進(jìn)行橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎：①使用鏨子配合鐵錘進(jìn)行敲擊，沿圓周方向?qū)⒄ο鹉z關(guān)節(jié)外壁逐步敲擊至緊貼空心軸表面。②設(shè)計制作專用折彎工裝，借助立式壓力機(jī)，將橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎至緊貼空心軸表面。折彎后橡膠關(guān)節(jié)示意圖如圖4所示。

圖3 待折彎橡膠關(guān)節(jié)示意圖

圖4 折彎后橡膠關(guān)節(jié)示意圖

以上兩種方式均可簡單便捷地實(shí)現(xiàn)橡膠關(guān)節(jié)的外壁折彎。但是采用第一種方式進(jìn)行折彎完全依賴人工，因敲擊力度難以掌控，折彎后表面不平整，折彎質(zhì)量較差。因此宜采用第二種方式。

3 工裝設(shè)計及優(yōu)化

橡膠關(guān)節(jié)原折彎工裝結(jié)構(gòu)如圖5所示，當(dāng)橡膠關(guān)節(jié)壓入空心軸橡膠關(guān)節(jié)安裝孔后，將該工裝放置在橡膠關(guān)節(jié)待折彎處，并左右調(diào)整工裝，使工裝工作面卡在六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁的內(nèi)側(cè)，再啟動單柱立式壓力機(jī)，使得六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁沿著該工裝工作面的外形軌跡移動，從而完成翻邊。該工裝使用效果良好，但是仍然存在約1%的報廢率。

圖5 原橡膠關(guān)節(jié)折彎工裝

對報廢橡膠關(guān)節(jié)形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)大部分是向內(nèi)側(cè)折彎或者外壁被工裝從中間切斷。形態(tài)如圖6、圖7所示。

圖6 折彎報廢橡膠關(guān)節(jié)形態(tài)1

圖7 折彎報廢橡膠關(guān)節(jié)形態(tài)2

3.1 結(jié)合橡膠關(guān)節(jié)折彎原理，分析橡膠關(guān)節(jié)報廢原因

1)由于空心軸橡膠關(guān)節(jié)安裝內(nèi)孔尺寸比橡膠關(guān)節(jié)外圓尺寸小，橡膠關(guān)節(jié)壓入空心軸時，呈壓縮狀態(tài)，其待折彎的外壁有向內(nèi)側(cè)彎曲的形態(tài)，且圓度變大，因此橡膠關(guān)節(jié)外壁可能未按理想狀態(tài)沿著工裝軌跡運(yùn)動，造成橡膠關(guān)節(jié)外壁內(nèi)翻或者從中間被切斷。

2)橡膠關(guān)節(jié)折彎數(shù)量龐大，每臺車需使用折彎工裝144次，根據(jù)目前產(chǎn)量估算，年折彎達(dá)4萬次以上。而工裝的工作面是由幾段細(xì)小的圓弧組成，因此極易造成工裝工作面疲勞磨損，從而導(dǎo)致工裝失效，折彎成功率降低。

3)工裝安裝時無定位裝置，完全依靠操作者經(jīng)驗判斷是否安裝到位。容易產(chǎn)生因“人”的因素導(dǎo)致橡膠關(guān)節(jié)報廢。

根據(jù)上述原因，對工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，如圖8所示。

圖8 優(yōu)化后的橡膠關(guān)節(jié)折彎工裝

3.2 優(yōu)化步驟

1)由原來“一步到位”的折彎方式改為分步進(jìn)行，先使用A面朝上對六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁進(jìn)行預(yù)折彎，即向外側(cè)翻轉(zhuǎn)60°，再用另一面將其壓緊，使其緊貼工件表面。即使六連桿橡膠關(guān)節(jié)外壁在壓入工件時向內(nèi)傾斜或者不圓，也不影響預(yù)折彎。

2)增加了定位裝置。中間的立柱既是定位裝置又是壓頭，操作者在安裝工裝時無需再進(jìn)行調(diào)整，只需將立柱套入六連桿橡膠關(guān)節(jié)內(nèi)孔中即可。

3)將工裝的材料由原來的45鋼更改為40Cr。40Cr的淬透性更好，在熱處理后，工裝的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能會明顯提升。一方面新工裝工作面的磨損對其功能產(chǎn)生的影響較小，另一方面新工裝機(jī)械性能大幅提升，因此新工裝的使用壽命將大大增加。

新工裝經(jīng)工藝驗證，能較好地實(shí)現(xiàn)橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎，如圖9所示。長期跟蹤結(jié)果表明，新工裝折彎成功率達(dá)到100%。

圖9 試用新工裝折彎效果圖

4 結(jié)語

本文對橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎工藝進(jìn)行了分析，并討論研究了對原有橡膠關(guān)節(jié)外壁折彎工裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計后的工裝能有效提升折彎成功率，實(shí)現(xiàn)了六連桿橡膠關(guān)節(jié)翻邊從需熟練工操作的“技術(shù)活”到新人也能操作的“機(jī)械活”，為企業(yè)節(jié)省了大量物料和人工成本。