75AT尖軌的試制

2013-04-11 02:41:10鄭曉鳴

科學之友 2013年2期

鄭曉鳴

（太原鐵路局晉太公司榆次工務器材廠，山西晉中 030600）

大秦鐵路是山西省煤炭外運的重要通道，全長653 km，上行重載線路采用75 kg/m鋼軌及道岔?，F(xiàn)已大量開行1×104t、1.5×104t、2×104t重載列車。從2010年突破年運量4×108t開始，運量每年新增超過2×107t，2012年達到4.5×108t，形成了大運量、高軸重、高密度的重載鐵路運輸模式。這種重載鐵路運輸模式對鋼軌造成了嚴重傷損，AT尖軌磨耗嚴重，最短時不到一個月就因磨耗到限而下道，更換頻繁，需求量較大。一直以來，75AT尖軌主要由山橋、寶橋等少數(shù)幾家企業(yè)生產(chǎn)，我局只能外購，運輸成本高。我廠作為太原鐵路局局屬唯一生產(chǎn)道岔的企業(yè)，為適應新時期鐵路技術裝備的發(fā)展，多年來以整組道岔生產(chǎn)為核心，對原有生產(chǎn)車間、生產(chǎn)設備逐步進行了大規(guī)模的技術改造，積極推廣采用新技術、新工藝，逐漸發(fā)展為具有較大生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力的道岔生產(chǎn)基地。針對上述情況，75AT尖軌若能試制成功，不僅能為我廠開拓新的市場，還可為我局降低運輸成本，節(jié)約大量維修資金。

1 技術方案

經(jīng)過市場調研并結合我廠實際生產(chǎn)能力，確定的技術方案為：①AT鋼軌選用鞍鋼生產(chǎn)的60AT鋼軌，材質為U75V。②壓制采用3 000 t油壓機熱壓，經(jīng)預壓、終壓二次加熱壓制成型[1]，加熱采用中頻電感應加熱；正火使用箱式電阻爐加熱。③軌頭采用數(shù)控龍門銑加工。④AT尖軌軌頭頂面的全長淬火采用中頻感應加熱+噴風、噴霧冷卻的熱處理工藝[2]，加熱線圈采用鐵科院金化所研制的馬鞍型線圈。

2 產(chǎn)品的試制

2.1 產(chǎn)品試制工藝流程

下料—壓制—正火—調直—鋸切—銑底—鉆孔、倒角—刨底—銑削(工作邊、非工作邊、軌頂坡等)、打磨—淬火—時效—調直、頂彎、組裝試驗—探傷。

2.2 產(chǎn)品試制關鍵工序

2.2.1 跟端壓制

2.2.1.1 模具的設計

將60AT鋼軌斷面和75 kg/m鋼軌斷面（圖1）的面積及斷面各部位面積進行對比（表1），可以看出75 kg/m鋼軌軌頭的面積要大于60AT鋼軌軌頭的面積。因此，如何將AT鋼軌軌腰的金屬重新分配到75 kg/m鋼軌的軌頭是模具設計的關鍵。為防止壓制后軌頭區(qū)面積不夠，在設計預壓模時，應將軌頭三角區(qū)即軌鄂處預留部分空間（圖2陰影區(qū)），這樣這部分空間的金屬在隨后用終壓膜壓制時填充到軌鄂處，就不會出現(xiàn)軌頭區(qū)面積不足的問題。

圖2 預壓模

表1 斷面面積

2.2.1.2 壓制過程

將60AT鋼軌跟端在中頻加熱爐中加熱到1 100℃左右，但不得超過1 160℃.取出后快速清除軌頭、軌腰、軌底的表面氧化皮，放入壓機模腔，將軌頭部分送入下模鑲塊。推入預壓模，加壓合模，使軌腰部位的金屬向軌頭與軌底方向流動，然后拉出預壓模，推入終壓膜加壓合模，加大壓板初步整形軌底，使長邊的金屬流向短邊。預壓過程不超過5 min，終鍛溫度不低于800℃。隨后將鋼軌放入中頻加熱爐中二次加熱，到溫取出，清除氧化皮后，送入壓機模腔，推入終壓模合模，壓機增壓控制軌腰厚度，再用小壓板和大壓板兩次整形，然后用彎板整形軌底過渡段，最后用大平板進行軌底整體整形。終壓過程亦不超過5 min，終鍛溫度不低于800℃。

2.2.1.3 壓制中存在的問題及解決辦法

①長邊一側軌底三角區(qū)折疊。原因分析：在用預壓模預壓時，軌腰受到大面積擠壓，金屬大量上移，軌腰高度增高過大，造成軌底三角區(qū)一側和終壓膜之間間隙太大。這樣在壓制軌底時，上面受到向下的力，而三角區(qū)一側的軌底還未和終壓膜接觸，不受力；且長邊一側受力大，此時這一側將會以三角區(qū)為支點向下彎曲，待和終壓膜接觸受力后，長邊一側的金屬將會向短邊一側橫向流動，因此造成三角區(qū)折疊。解決辦法：加大限位板厚度，預壓時限制軌腰長高的高度，縮小軌底和終壓膜之間的間隙，盡可能使得在壓制軌底時軌底兩側同時受力。②過渡段軌頭縮頸。原因分析：壓制時，由過渡段受壓向兩側軸向移動拉長造成。解決辦法：在AT鋼軌一端加裝軌卡裝置，壓制端加裝限位塊，阻止鋼軌的軸向移動，同時控制壓機下壓速度。

2.2.2 正火

將AT鋼軌跟端的壓制端放入箱式電阻爐中，加熱到860～880℃，使之奧氏體化，保溫1 h后出爐空冷，以獲得細小的珠光體組織，為之后的淬火作好組織準備。AT鋼軌跟端經(jīng)過預鍛、終鍛后，壓制段的組織不均勻，晶粒比較粗大，存在魏氏組織。經(jīng)過正火處理后，可消除上述鍛造后產(chǎn)生的各種缺陷，獲得較好的綜合機械性能。

2.2.3 軌頭頂面淬火

將加工好的AT尖軌置于淬火小車上，跟端卡好，尖端置于感應線圈中，自尖軌尖端開始進行鋼軌頭部淬火。淬火后的組織取決于兩個因素，即加熱溫度和冷卻速度。因不同斷面的感應效率不同，加熱時間也不同，斷面越窄的地方加熱越慢，反之越快。通過控制淬火小車的走行速度控制加熱溫度，控制風壓和水量的大小控制冷卻速度。經(jīng)過對前述3個參數(shù)不斷調試從而獲得理想的淬火組織。