Formation de filetage à haute-résistance et conception de structure anti-desserrage/anti-glissement des boulons de rail
Quels sont les principaux avantages du formage des filetages des boulons de chenille par frappe à froid et processus de laminage de filetage ?
Par rapport au processus de tournage traditionnel, le formage des filetages des boulons de chenille par frappe à froid et laminage de filetage présente des avantages essentiels dansaméliorant les propriétés mécaniques des filetages, garantissant la précision dimensionnelle, augmentant l'efficacité de la production et réduisant les pertes de matière, qui répond pleinement aux exigences de haute résistance et de haute cohérence des boulons dans l'ingénierie des voies. Le processus de frappe à froid et de roulage de filetage est une méthode de traitement sans-coupe. Les filetages sont formés en extrudant la tige du boulon avec des moules. Les fibres métalliques de l'acier ne sont pas coupées pendant le traitement, mais réparties en continu le long du profil du filetage, ce qui rend la résistance à la traction et la limite d'élasticité de la partie filetée 20 %-30 % supérieures à celles des filetages tournés, et la résistance à la fatigue de plus de 40 % supérieure. Il peut supporter la grande force de pré-serrage et la charge de vibration répétée de la fixation du rail, évitant ainsi la rupture du filetage. En termes de précision dimensionnelle, le processus de frappe à froid et de laminage de filetage est contrôlé par des moules CNC, avec un écart de pas de filetage inférieur ou égal à ± 0,03 mm et un écart d'angle de profil de dent inférieur ou égal à ± 0,5 degré, ce qui est bien supérieur à la précision des filetages tournés, assurant un maillage précis entre les boulons et les écrous, évitant la concentration de contraintes causée par les espaces de maillage et améliorant la stabilité de la fixation. En termes d'efficacité de production, le processus de frappe à froid et de laminage de filetage réalise un traitement continu automatique. Un seul équipement peut traiter 800-1 000 boulons par heure, soit 5 à 6 fois plus que le processus de tournage, répondant ainsi à la demande d'approvisionnement de la construction ferroviaire à grande échelle. En termes de perte de matière, le processus de tournage forme des filetages en coupant la tige avec un taux de perte de matière de 15 % à 20 %, tandis que le processus de frappe à froid et de laminage de filetage est un formage plastique avec un taux de perte de matière inférieur ou égal à 3 %, réduisant considérablement le coût des matières premières. De plus, la rugosité de surface du filetage après frappe à froid et laminage du filetage est Ra inférieure ou égale à 1,6 μm, et la surface est lisse, ce qui peut réduire la résistance de frottement lors du maillage du filetage, faciliter le contrôle de la force de pré-serrage pendant la construction et réduire la probabilité de corrosion du filetage.
Quels critères fondamentaux doivent être suivis lors de la sélection de matériaux de base à haute résistance-pour les boulons de chenille ?
La sélection de matériaux de base à haute résistance-pour les boulons de chenille suit quatre critères principaux :adaptation des performances mécaniques, bonne aptitude au traitement, excellente résistance à la corrosion et coût contrôlable. Il est nécessaire de sélectionner avec précision les matériaux en fonction des conditions de travail de la ligne (transport lourd-/haute-vitesse/vitesse ordinaire-) et des environnements de service (côtier/intérieur/alpin) pour éviter une sélection excessive ou insuffisante de matériaux. L'adaptation des performances mécaniques est le premier critère. Les matériaux en acier des classes de résistance correspondantes doivent être sélectionnés en fonction de la position d'utilisation et des exigences de force de pré-serrage des boulons. Des aciers de construction alliés à haute résistance de nuances 8.8 et 10.9 sont requis pour les boulons de fixation des rails (boulons d'éclisse, boulons à bande élastique). Les boulons de grade 10.9 ont une résistance à la traction supérieure ou égale à 1 000 MPa et une limite d'élasticité supérieure ou égale à 900 MPa, s'adaptant aux exigences importantes de force de pré-force de serrage des lignes de transport lourd-et à grande vitesse- ; des aciers de construction au carbone de nuances 4.8 et 6.8 peuvent être utilisés pour les boulons auxiliaires des gares et des embranchements afin de réduire les coûts. Une bonne aptitude au traitement est le critère de base. Le matériau de base sélectionné doit avoir de bonnes performances de frappe à froid, de laminage de filetage et de traitement thermique, pas facile à fissurer lors de la frappe à froid, un filetage complet pendant le laminage de filetage et une bonne trempabilité pendant le traitement thermique, garantissant des performances globales uniformes des boulons. Par exemple, l'acier 42CrMo couramment utilisé pour les boulons de nuance 10.9 présente une excellente trempabilité, et la résistance du noyau et de la surface est constante après traitement thermique sans écart de performances. Une excellente résistance à la corrosion est le critère d’adaptation à l’environnement. Des aciers de construction alliés résistants à la corrosion-doivent être sélectionnés pour les environnements côtiers à forte-embruns salins, ou un traitement anticorrosion-haut de gamme-doit être ajouté sur la base d'aciers ordinaires à haute résistance- ; les aciers avec une bonne ténacité à basse température -, tels que l'acier 35CrMnSi, doivent être sélectionnés pour les zones alpines afin d'éviter la rupture fragile des boulons à basse température ; des aciers conventionnels à haute résistance-peuvent être sélectionnés pour les environnements intérieurs secs afin de simplifier le processus anti-corrosion. Le coût contrôlable est le critère économique. Dans l'optique de répondre aux exigences en matière de performances mécaniques et environnementales, la priorité doit être donnée à la sélection de matériaux de base présentant un rapport qualité-prix élevé. Pour une même qualité de résistance, la priorité doit être donnée à la sélection de matériaux en acier nationaux matures afin de réduire les coûts d'importation, et en même temps d'éviter de sélectionner des matériaux en acier sur-spécifications pour des performances élevées, ce qui entraînerait un gaspillage de coûts.
Quelles sont les principales méthodes de modification du filetage pour l'anti-desserrage et l'anti-glissement des boulons de chenille ?
Les principales méthodes de modification du filetage pour l'anti-desserrage et l'anti-glissement des boulons de chenille comprennentcollage de fils, cémentation de fils, moletage de fils et maillage d'inserts en nylon. Tous augmentent la friction entre les filetages en modifiant les caractéristiques de surface ou la structure de maillage des filetages, compensent le couple de desserrage provoqué par les vibrations et s'adaptent aux exigences anti-desserrage des différentes lignes. Le collage de fils est la méthode de modification la plus utilisée. Un adhésif anti-desserrage anaérobie spécial-est enduit sur la surface du filetage du boulon avec une épaisseur de revêtement de 5-10 μm. Après serrage, l'adhésif anti-desserrage durcit dans l'espace de maillage du fil pour former une couche adhésive à haute résistance-, transformant le maillage mécanique des fils en « maillage mécanique + collage », et la force de friction est augmentée plusieurs fois. Même dans des conditions de fortes vibrations, le boulon ne se desserrera pas, s'adaptant aux lignes principales telles que les lignes de transport à grande vitesse-et lourdes-. Le processus de collage est simple et peut être traité par lots. La carburation du fil est une méthode de modification améliorée. Les atomes de carbone sont infiltrés dans la surface du fil par le biais d'un processus de carburation à haute -température pour former une couche carburée de haute -dureté avec une épaisseur de 0,1-0,2 mm, et la dureté de la surface atteint plus de HV800, ce qui améliore non seulement la résistance à l'usure et à la fatigue du fil, mais augmente également le coefficient de frottement pendant le maillage du fil pour obtenir un anti-desserrage et antidérapant, s'adaptant aux lignes ferroviaires urbaines avec des vibrations fréquentes et une usure facile du filetage. Le moletage du fil est une méthode de modification physique. De minuscules motifs en losange d'une profondeur de 0,05-0,1 mm sont roulés sur la surface côté dent du filetage du boulon. Après le serrage, les motifs s'emboîtent avec le côté dent du filetage de l'écrou pour former une occlusion mécanique, augmentant ainsi la résistance au frottement. Dans le même temps, les modèles peuvent briser le film d'huile entre les filetages pour éviter le glissement causé par la contamination par l'huile, s'adaptant aux gares et aux embranchements avec une faible force de pré-serrage. Le maillage par insert en nylon est une méthode de modification structurelle. Un anneau en nylon est incrusté dans le trou fileté de l'écrou et le diamètre intérieur de l'anneau en nylon est légèrement plus petit que le diamètre principal du filetage du boulon. Une fois serré, le filetage du boulon extrude l'anneau en nylon pour former une déformation élastique, et l'anneau en nylon est étroitement attaché au filetage pour générer une force de maintien élastique continue pour compenser le couple de desserrage. De plus, l'anneau en nylon a un effet d'amortissement, ce qui peut réduire l'impact des vibrations sur le filetage, s'adaptant aux lignes à grande vitesse avec des exigences élevées en matière de précision anti-desserrage.
Quels sont le principe anti-desserrage et les exigences d'adaptation des rondelles anti-desserrage dans la fixation des boulons de chenille ?
Le principal principe anti-desserrage des rondelles anti-anti-desserrage dans la fixation des boulons de chenille estcompensation de déformation élastique + verrouillage par friction inverse. Grâce aux caractéristiques structurelles des rondelles, lorsque le boulon a une légère tendance au desserrage en raison des vibrations, la force de pré-serrage est compensée dans le temps et une friction inverse est générée pour empêcher le boulon de continuer à se desserrer, ce qui est une structure auxiliaire importante pour l'anti-desserrage des boulons de chenille. La plupart des rondelles anti-desserrage-sont des structures autobloquantes en forme de disque-ou à double-pile-. La rondelle anti-desserrage en forme de disque-est comprimée pour produire une déformation élastique lorsque le boulon est serré, stockant ainsi de l'énergie potentielle élastique. Lorsque le boulon se desserre en raison des vibrations et que la force de pré-serrage diminue, l'énergie potentielle élastique de la rondelle est libérée pour générer une force de pression inverse pour compenser la perte de force de pré-serrage. Dans le même temps, la surface de friction entre la rondelle et la tête du boulon, ainsi que la surface de la pièce connectée, généreront une friction inverse pour compenser le couple de desserrage ; la rondelle autobloquante double-empilage-est composée de deux rondelles à dents hélicoïdales. Une fois serrées, les dents hélicoïdales des deux rondelles s'engrènent l'une dans l'autre. Lors de la vibration, la structure autobloquante des dents hélicoïdales empêchera la rotation relative des rondelles, bloquant ainsi le boulon, et l'effet anti-desserrage est meilleur que celui de la rondelle en forme de disque. L'adaptation des rondelles anti-desserrage doit répondre à trois exigences :correspondant à la résistance des boulons, correspondant aux conditions de travail et correspondant à la surface d'installation. En termes d'adéquation de la résistance, des rondelles anti-desserrage-à haute résistance des qualités correspondantes doivent être sélectionnées pour les boulons à haute résistance des qualités 8,8 et 10,9-. La résistance à la traction et la limite élastique des rondelles doivent correspondre à celles des boulons pour éviter la déformation et la rupture des rondelles avant les boulons ; en termes d'adéquation aux conditions de travail, des rondelles anti-desserrage à double-empilage-autobloquantes à haute résistance-doivent être sélectionnées pour les lignes ferroviaires lourdes-et les lignes à grande vitesse-, des rondelles anti-desserrage-amortissantes en forme de disque-peuvent être sélectionnées pour les lignes ferroviaires urbaines, et des rondelles anti-desserrage à ressort ordinaires-peuvent être sélectionnées pour lignes de vitesse et embranchements ordinaires- ; en termes d'adaptation de la surface d'installation, des rondelles anti-desserrage plates - doivent être sélectionnées lorsque la surface de la pièce connectée est un plan lisse, et des rondelles anti-desserrage - avec des dents antidérapantes - doivent être sélectionnées lorsque la surface est une surface rugueuse ou incurvée pour augmenter le frottement avec la surface d'installation et éviter le glissement des rondelles. De plus, les diamètres intérieur et extérieur de la rondelle anti-desserrage doivent correspondre précisément aux spécifications des boulons, avec un écart inférieur ou égal à ± 0,1 mm, pour garantir le centrage et le positionnement lors de l'installation et éviter une défaillance anti-desserrage causée par une charge excentrique.
Comment la conception des dents antidérapantes-de la tête du boulon de chenille améliore-t-elle la stabilité de la fixation ?
La conception des dents antidérapantes-de la tête du boulon de chenille améliore la stabilité globale de la fixation à partir de la source de fixation des boulons à travers trois aspects :augmentant le coefficient de frottement avec la surface d'installation, empêchant la rotation relative de la tête du boulon et dispersant la force de pré-serrage, compensant efficacement le risque de desserrage causé par les vibrations du train, et constitue la structure antidérapante de base des boulons de voie. Les dents antidérapantes-sont conçues sur la surface inférieure de la tête du boulon (le côté en contact avec la surface d'installation), principalement des dents triangulaires ou en bande réparties en anneau, avec une hauteur de dent de 0,2-0,5 mm et un pas de dent de 1-2 mm. Lorsque le boulon est serré, les dents antidérapantes seront intégrées dans la surface de la pièce connectée (telle qu'une plaque de pression, une éclisse) pour former une occlusion mécanique, transformant le simple contact de surface entre la tête du boulon et la pièce connectée en « contact de surface + occlusion de la dent », le coefficient de frottement est augmenté de 2-3 fois, ce qui réduit considérablement la rotation relative de la tête du boulon causée par les vibrations et empêche le boulon de se desserrer de la source. Dans le même temps, les dents antidérapantes sont réparties uniformément dans un anneau, ce qui peut transmettre uniformément la pression de la tête du boulon à la surface de la pièce connectée, disperser la force de pré-serrage, éviter la déformation de la surface d'installation causée par la concentration de contraintes locales et assurer la transmission stable de la force de pré-serrage. S'il n'y a pas de dents antidérapantes sur la tête du boulon, la tête glisse facilement avec la surface d'installation lors des vibrations, ce qui entraîne une atténuation rapide de la force de pré-serrage et une défaillance du système de fixation. De plus, la taille des dents antidérapantes est conçue avec précision en fonction des spécifications du boulon et des positions d'utilisation. Les dents antidérapantes des boulons de grande spécification (M24 et supérieurs) sont plus hautes et plus denses, s'adaptant à la demande d'une grande force de pré-serrage ; les dents antidérapantes des petits boulons de spécification - (M16 et inférieurs) sont moins profondes et plus clairsemées, évitant ainsi des dommages excessifs à la surface de la pièce connectée en raison de dents trop hautes ; les-dents antidérapantes des boulons d'éclisse sont des dents en bande, s'adaptant à la surface d'installation plate de l'éclisse, et les-dents antidérapantes des boulons à bande élastique sont des dents triangulaires, s'adaptant à la surface d'installation incurvée de la bande élastique. La conception précise de la taille et de la forme maximise l'effet des dents antidérapantes. Les dents antidérapantes coopèrent avec des rondelles anti-desserrage et anti-desserrage de filetage pour former un triple système anti-desserrage de "tête antidérapante + anti-desserrage de filetage + compensation de rondelle", de sorte que les boulons de chenille restent toujours fixés dans des conditions de vibration à long terme.