接觸網管類零部件徑向微壓工藝研究

王小琴

0 引言

壓接作為機械連接的一種基本方式，在接觸網零部件制造過程中應用廣泛，特別是對于接觸網管類零部件，近一半數量的產品采用壓接方式連接。目前管類零部件采用的壓接方式為六方模具壓接。

六方模具壓接優點是設備操作方便、生產效率高、模具加工技術成熟，缺點是模具的加工精度、壓接時的定位精度和操作者的熟練程度會影響成型產品的質量。因六方模具壓接方式為上下擠壓，會導致成型產品徑向應力分布不均勻，造成內部折疊、拉伸撕裂等缺陷。在產品長期服役過程中，容易形成應力集中點，產生裂紋，造成安全隱患。在已開通的電氣化鐵路線路中，已出現六方模具壓接管類零部件斷裂事件，斷裂位置多為壓接部位。

由此可見，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

為從根本上解決產品在長期服役過程中產生折疊、拉伸撕裂疲勞源的問題，徑向微壓新工藝研究勢在必行。徑向微壓工藝通過在管類產品圓周方向施加緊縮力完成零部件的連接。在滿足連接作用的前提下，能避免應力集中，消除內部折疊、拉伸撕裂等缺陷，從而消除壓接過程中存在潛在折疊、拉伸撕裂缺陷疲勞源的問題，提高接觸網零件長期服役的安全性。

本文將從設備選型、專用模具設計、產品結構確定、產品工裝制造等方面進行深入研究，經過全系列試驗驗證和小批量的生產試制，形成一套工藝先進、操作可行的徑向微壓新工藝[1]。

1.1 設備選型

經過市場調研和持續深入研究，扣壓機（圖1）完全符合管類圓周方向施加緊縮力的要求。扣壓機原理是采用雙液壓回路運作，即活塞的進退及模具的張口和收縮運動都是依靠液壓動力源產生的動力，其不僅移動平穩、回程快速，也不會發生像彈簧回位使模具張不開而鎖死的現象。扣壓機為八軸聯動方式，8 個方向同時施加壓力，8 個方向力值相等，在圓周方向均勻布置，壓接速度均勻緩慢。應用扣壓機能保證管類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，避免應力集中，提高接觸網零部件長期服役的安全性。

圖1 專用設備—扣壓機

1.2 專用模具設計

根據設備及接觸網零部件產品的結構特點設計專用模具，見圖2。專用模具選用高強度、高韌性、牌號為Cr12MoV 模具工具鋼材料制造，由8個單獨扇形體組成，8 個單獨扇形體合圍組成一個內部為通孔的圓柱體。圓柱體的外圓面連接扣壓機的固定面，通過螺栓按固定順序安裝在扣壓機的8個工作軸上，扣壓機通過一開一合帶動專用模具壓接管類零部件。

圖2 專用模具-8 組扇形體模具

圓柱體的內孔面部分為壓接工作面。內孔尺寸的設計根據接觸網零部件的外形尺寸和材質決定。內孔尺寸確定原則：考慮待壓接材料的延伸率、產品加工工藝、加工效率等因素，一般小于待壓接外圓管直徑3～6 mm。

1.3 產品結構確定

以接觸網最典型產品鋁合金定位器（圖3）[2]為例說明產品結構設計過程。

圖3 鋁合金定位器產品結構設計（單位：mm）

1.3.1 結構設計原理

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，凹槽設計目的是通過外圓管在壓接后縮徑產生塑性變形，壓迫外圓管表面塑性變形部分嵌入圓棒的圓弧凹槽內，壓接后，外圓管與內部連接體連接成為一個整體。

1.3.2 間隙設計

間隙設計原則：滿足連接件圓棒能順利穿入外圓管內徑中，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，內管半徑為15 mm，鋁合金6082 的延伸率為8%，壓接長度為48 mm。設圓管縮頸后的最小半徑為X，按照體積（長度×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，能滿足產品的延伸率要求。

按照壓接經驗，間隙只要大于0.3 mm 即可滿足連接件圓棒順利穿入外圓管內徑中的要求。

按照實際經驗，鋁合金定位器設計的間隙值范圍為0.3～1.0 mm，保證兩端連接頭可穿入鋁合金管的內徑中的同時，也滿足鋁合金管縮徑不大于1.4 mm 的要求。

1.4 產品工裝制造

接觸網零部件的種類繁多，規格多樣。根據接觸網零部件的形狀和工作狀態，設計制造相應的工裝，既便于產品制造的精準定位，同時能提高加工效率。鋁合金定位器的壓接工裝見圖4。

圖4 鋁合金定位器壓接工裝

2 徑向微壓工藝驗證

（1）嚴格按照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，驗證產品的機械性能、振動、疲勞指標是否完全符合標準要求。

（2）對壓接部位取樣，做低倍組織觀察試驗。1#試樣取自剛壓接后的產品，2#試樣取自完成型式試驗后的產品，低倍組織如圖5 所示。通過觀察發現，1#試樣和2#試樣在壓接部位組織緊密，無任何折疊、拉伸撕裂等缺陷（1#上的細長線為樣件的外部劃痕，非拉伸撕裂），壓接質量大大優于六方壓接工藝的壓接質量。

圖5 新工藝壓接部位的低倍組織

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

圖6 壓接部位成型圖

3 徑向微壓工藝規程

在大量的試驗驗證基礎上，進行小批量生產，經生產檢驗，使用徑向微壓工藝生產的產品合格率可達到100%。將該全新壓接工藝編寫企業文件《徑向微壓工藝規程》，形成可操作性強、質量穩定可控的先進工藝指導文件。

4 結語

從設備選型、專用模具設計、產品結構確定、產品工裝制造四方面研究徑向微壓工藝，形成一套工藝先進、操作性強的全新壓接工藝，經過全系列型式試驗、低倍組織觀察及小批量試制，按新工藝制造的產品完全滿足標準的各項指標要求，顯微檢測壓接內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題。接觸網管類零部件徑向微壓工藝可代替傳統六方模具壓接工藝，為接觸網零部件制造提供一種先進工藝。