鐵路貨車專用拉鉚釘及套環(huán)試制工藝*

吳 桃

(常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇常州 213011)

1 國(guó)內(nèi)拉鉚釘?shù)默F(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)車輛，橋梁等鋼結(jié)構(gòu)普遍使用普通鉚釘或螺栓等緊固件，造成連接可靠性低，檢修周期短，后期維護(hù)成本高等問(wèn)題。拉鉚釘是為解決上述問(wèn)題而研制的一種新的技術(shù)和產(chǎn)品，它是利用虎克定律單向拉伸原理發(fā)明的防止松動(dòng)的連接器，具有“一次緊固，永不松動(dòng)”的特性，以及抗震性好，防滲性強(qiáng)，連接強(qiáng)度高和檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)，可有效防止構(gòu)件在震動(dòng)時(shí)的松脫，可長(zhǎng)期免于維護(hù)。

與傳統(tǒng)螺栓利用扭力旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生緊固力不同，拉鉚釘經(jīng)由專用設(shè)備，在單向拉力的作用下，拉伸栓桿并推擠套環(huán)，將內(nèi)部光滑的套環(huán)擠壓到螺桿凹槽，使套環(huán)和螺栓形成100%的結(jié)合，產(chǎn)生永久性緊固力［1］。整個(gè)緊固過(guò)程需要5～8 s。由于其獨(dú)特的環(huán)槽設(shè)計(jì)，從根本上解決了普通緊固件在震動(dòng)情況下松動(dòng)的問(wèn)題。同時(shí)，其特有的高夾緊力和抗剪力設(shè)計(jì)使其在安裝完成后具有永久的高緊固力，從而取代焊接。

為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，鐵路運(yùn)輸已經(jīng)進(jìn)行了五次大提速，貨車在干線上的運(yùn)輸速度提高到了80～100 km/h，行包快運(yùn)和集裝箱專用車提速到了120 km/h，在貨車提速的同時(shí)，列車編組數(shù)量和牽引重量也在不斷增加，這樣就對(duì)鐵路運(yùn)輸安全提出了更高的要求。貨車制造中所用的普通鉚釘已不能適應(yīng)鐵路運(yùn)輸新形勢(shì)下的安全需要，采用新的緊固方法勢(shì)在必行。

2 拉鉚釘及套環(huán)主要性能指標(biāo)

運(yùn)裝貨車397號(hào)文《鐵路貨車專用拉鉚釘及套環(huán)技術(shù)條件》中規(guī)定的拉鉚釘及套環(huán)主要性能指標(biāo):

(1)原材料要求 用于鉚釘和套環(huán)制造的原材料應(yīng)符合GB/T3077《合金結(jié)構(gòu)鋼》和GB/T699《優(yōu)質(zhì)碳素鋼》規(guī)定。非金屬雜質(zhì)物A，B，C，D四類各應(yīng)小于2．0 級(jí)。

(2)熱處理后力學(xué)性能［2］拉鉚釘和套環(huán)熱處理后的力學(xué)性能應(yīng)不低于表1中的要求。

(3)實(shí)物及鉚接后性能［4］拉鉚釘及套環(huán)的實(shí)物及鉚接后性能應(yīng)不低于表2的要求。

表1 拉鉚釘及套環(huán)的力學(xué)性能指標(biāo)

表2 拉鉚釘及套環(huán)的實(shí)物及鉚接后性能指標(biāo)

3 工藝設(shè)計(jì)

(1)拉鉚釘及套環(huán)的材料選擇 通過(guò)查閱資料，能滿足表1中的拉鉚釘材料有40Cr，35CrMo，35Mn2，40Mn2等多種中碳合金鋼，套環(huán)材料有08F，10，10F等碳素鋼。通過(guò)對(duì)各種材料分別檢測(cè)和解剖分析，40Mn2和10F作為拉鉚釘及套環(huán)的試制材料，其優(yōu)點(diǎn)為是我國(guó)生產(chǎn)的成熟鋼種，具有良好的綜合力學(xué)性能，有可借鑒的在鐵路及其他行業(yè)中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

(2)工藝設(shè)計(jì) LMY型拉鉚釘形狀如圖1所示。與普通鉚釘不同的是其桿身分為光桿，鎖緊環(huán)槽，斷頸槽及尾部夾緊環(huán)槽等四部分。鎖緊環(huán)槽和尾部夾緊環(huán)槽的形狀及尺寸均不相同。鉚釘桿身的外徑也有差異，由大至小的次序?yàn)楣鈼U，鎖緊環(huán)槽，尾部夾緊環(huán)槽，斷頸槽。

圖1 拉鉚釘形狀

根據(jù)上述特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以下工藝方案:

鉚釘制造工藝:下料，頭部鐓鍛成形，變徑，探傷，斷頸槽切割加工，滾壓環(huán)槽及斷頸槽，熱處理，表面處理。

套環(huán)制造工藝:下料，成型，表面處理。

鉚釘頭部的成型工藝有冷鐓成型和熱鐓成型［3］。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于Φ20mm以下的鉚釘，一般均在冷鐓機(jī)上通過(guò)冷鐓頭部的方法生產(chǎn)，但在批量生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和設(shè)備可靠性還不能保證。所以對(duì)Φ16 mm以上鉚釘采用熱鐓成型工藝。對(duì)大規(guī)格鉚釘采用棒料加熱后再摩擦壓力機(jī)上經(jīng)一次熱鐓成型工藝進(jìn)行拉鉚釘生產(chǎn)較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠。同時(shí)，生產(chǎn)力需要擴(kuò)張時(shí)，對(duì)Φ16 mm以下鉚釘采用成熟的冷鐓成型工藝。

因桿身各段桿徑不同，在頭部成型后需進(jìn)行變徑。因拉鉚釘?shù)臄囝i槽直徑相對(duì)桿部直徑變化大，若采用滾壓成型工藝，排除的金屬太多且不易流動(dòng)。所以在滾壓前現(xiàn)在斷頸槽處采用切削加工，后與環(huán)槽滾壓一起成型。環(huán)槽滾壓加工的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高、無(wú)屑加工、尺寸精度有保證。

熱處理工藝選擇了可控氣氛多用爐光亮淬火處理［5］，可有效的保證拉鉚釘?shù)谋砻尜|(zhì)量。

經(jīng)歷了材料選擇、工藝設(shè)計(jì)、試制及試驗(yàn)等過(guò)程，先后解決了熱鐓及變徑、滾壓、熱處理等技術(shù)問(wèn)題，試制出了拉鉚釘及套環(huán)。

［1］ 李偉榮．機(jī)械工程標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

［2］ 李 巖．新編鍛模設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)知識(shí)出版社，2006．

［3］ 楊樹森．拉鉚釘及其在鐵道車輛中的運(yùn)用［J］．鐵道車輛，2006(12):7－9．

［4］ 孟少農(nóng)．機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991．

［5］ 熱處理手冊(cè)編寫組．熱處理手冊(cè)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004．