浅谈动车组制动管路螺纹滚压

浅谈动车组制动管路螺纹滚压

张善武  赵瑞业 王同坤 徐强

中车青岛四方机车车辆股份有限公司   山东省青岛市  266000

摘要  随着国内高速铁路的不断发展，从蒸汽机车到内燃机车、电力机车再到今天的动车组，纵观各大城市，有轨电车，轻轨，地铁等等电力机车被广泛运用中国电气化铁路的发展是不容置疑的。随着动车组时速越来越高，对管路密封性能的要求也越来越高，本文介绍了一些管路密封加工方法及工艺方面的改进，着重分析了管螺纹滚丝工艺的改进，并对管路新材料的性能做了一些分析。

关键字：螺纹加工；滚丝；力学性能；耐腐蚀性

引言

密封用，所对应的螺纹国标为GB/T 7306.2-2000 《55°密封管螺纹第2部分:圆锥内螺纹与圆锥外螺纹》和GB/T 7306.1-2000 《55°密封管螺纹第1部分:圆柱内螺纹与钢管的连接绝大部分采用螺纹连接，螺纹标准分为两种：一种为圆锥外螺纹》；另一种为非密封用，所对应的螺纹国标为GB/T 7307-2001  《55°非密封管螺纹》。

一、 螺纹两种加工方法

螺纹加工的方法有两种：一种为传统的切削工艺，采用车床和套丝机进行加工；另一种为滚压工艺，主要采用滚丝机进行加工。管用锥螺纹因为中间为空心，螺纹加工一般采用切削加工，管用锥螺纹滚丝加工最早在1983年由日本渡边工业开发的，最先使用在日本新干线车辆上。

切削加工螺纹是材料会产生大量的切削残余物，刀具容易磨损，加工噪音大，安全性比较差；滚压加工螺纹是按滚轮的牙型压成螺纹上的形状，螺纹部位的强度和母材相同，螺纹部位的厚度比切削加工时厚，螺纹加工的精度不会发生大的波动，螺纹表面在滚压过程中有抛光精加工，表面光滑，使用寿命长，不产生加工剩余物，滚轮的使用寿命也比切削刀具寿命长20倍，另外滚丝加工能满足钢管的薄壁化要求。

对两种方法加工的螺纹我们从以下六个方面进行了比较：

1）表面检查，采用投影方式，对比螺纹的牙型、角度；

2）泄漏试验，分别由切削螺纹和滚压螺纹组成的管路进行8公斤保压试验；在组成完毕24小时后，加压,保压10分钟，切削螺纹有两处有轻微泄漏，滚压螺纹无泄漏。

3）震动强度试验，对分别由切削和滚压组成的管路进行20Hz,上下震动角5度的震动试验；

4）硬度分布试验，通过硬度计分别对母材、切削螺纹、滚压螺纹进行测量；

5）拉力和弯曲实验，对分别由切削螺纹和滚压螺纹组成的管路在拉力机上试验：

（1）拉力试验：在试验管材的两端，加拉力载荷，封入5Kgf/cm2的压力空气，测量发生泄漏时的拉力载荷。

（2）弯曲试验

在连接管接头的中间部位加弯曲载荷，封入5Kgf/cm2的压力空气，测量发生泄漏时的弯曲载荷。

锥形管螺纹的拉伸、弯曲强度试验结果表明，滚压螺纹连接处的拉伸强度是切削螺纹的1.5～1.8倍，弯曲强度是切削螺纹的1.5～1.7倍，螺纹连接部位强度很高。

6）载荷试验，分别对切削螺纹和滚压螺纹的连接部位加压试验。

通过上述试验结论为：滚压螺纹具有抗折断、不漏、螺纹精度高不易变形，不出现切削粉末等优点。

二、滚压螺纹的种类及特点

3.1滚压螺纹的方式有很多种形式，采用那种方式取决于滚压螺纹要求的精度以及生产量，螺纹滚压方式大致分为三种方式，现在管用锥螺纹多采用圆板牙式。

3.2 滚压螺纹的特点

螺纹强度与母材强度相同，拉伸、弯曲、疲劳强度高。

切削螺纹原材料的组织被切削成螺纹山的形式。滚压螺纹的螺纹表面组织进行了硬化，而且螺纹部分的壁厚比切削螺纹的壁厚，因此滚压螺纹的强度跟母材相同，滚压螺纹连接可以使用在压力要求比较高的部位。

螺纹的加工精度高，表面光滑。滚压螺纹是根据滚压模具的牙型移动材料，因此螺纹的加工形状不会受到很大的影响，螺纹牙型表面在滚压过程当中有抛光精加工的效果，螺纹牙型表面比较光滑。

.在滚压过程中不切削材料，因此无切削粉末

.冷却油不飞溅，不污染工作场地

.密封性能好

.可以实现钢管的薄壁化，锥形滚压螺纹螺纹部分的强度与管材强度相同，连接时从螺纹部分开始没有折曲，因此可以实现钢管的薄壁化。

螺纹部分不容易生锈，由于滚压螺纹不破坏管材的表面，直接在钢管的镀层上进行加工，螺纹表面还保留着镀层，因此，螺纹表面不易生锈。

4.1 完善工艺流程

不锈钢管滚丝加工方法的主要操作流程为：

1）管路截断，将需要滚丝加工的钢管在截管机上按使用要求截取相应的长度；

2）管路倒角，将截断后的钢管的管端在倒角机或车床上进行倒角处理；

3）缩管处理，使用液压压紧装置将管端进行压紧固定，采用冲压装置在管端上往复运动，以将管端冲压成如缩管模具的内模形状，即缩管后的管端为锥管形状；在经过缩管处理后，不锈钢管的缩管锥度与滚压出的锥管螺纹的锥度相同，均为1：16；

4）三轴滚丝加工，将缩管处理后的管端，插入到对称设置的三轴滚轮相互内切所形成的

回转体空腔中，通过三轴滚轮的转动在管端施加轴向进给力，在管端的外表面滚压出锥管螺纹。

三、管路新材料性能研究

为了全面评价TCS钢管的性能，对其机械性能、腐蚀性能等方面进行了分析，主要结果如下：

5.1 化学成分分析对比： 

从上表中看出TCS铁素体不锈钢管含Cr量比1Cr18Ni9Ti少，含Ni量大幅度降低，可大幅度降低成本。

5.2 力学性能分析对比：

从上表中看出1Cr18Ni9Ti抗拉强度最高，屈强比达0.4，延伸率高，TCS钢管的屈强比分别为0.57， 虽不能与1Cr18Ni9Ti相比拟，但在加工性能方面能满足要求。

5.3 耐腐蚀性能分析对比见表1和表2：

表1  试验方法和条件

表2  试验结果

从表1中看出TCS材料比1Cr18Ni9Ti的耐蚀性差，但经过涂漆等防腐处理完以后能满足使用要求。

5.4 工艺性能：

1） 弯曲试验：

按照GB/T3091标准作弯曲试验，弯曲半径6×D，弯曲角度90°不得开裂，TCS钢管满足该要求，弯曲半径更小。

2） 压扁试验：

按照GB/T3091标准要求，压扁试验要压至外径的2/3时焊缝不得开裂，压至外径的1/3时焊缝以外其他部位不得开裂，而TCS钢管可压扁至0仍然不开裂。

通过上述实验，TCS－铁素体不锈钢在使用性能与1Cr18Ni9Ti差异不大，满足车辆制动系统低压使用，又能大幅降低成本，同时TCS－铁素体不锈钢又能满足加工要求。

四、 结论

通过对管螺纹加工方法的选择、滚丝加工参数的优化，使管路密封技术得到很大提高。管路加工今后的发展方向是：选择性价比高的材质、不断的完善工艺流程及加工参数，从而使管路的密封性能不断提高。

参考文献

    [1]《液压螺纹插装阀》张海平 机械工业出版社