新型道岔可动心轨辙叉模锻翼轨加工工艺研究

?线路/路基?

收稿日期:2007211209

作者简介:张立军(1976—),男,工程师,1998年毕业于河北理工学院,工学学士。

新型道岔可动心轨辙叉模锻翼轨加工工艺研究

张立军

(中铁山桥集团有限公司,河北山海关　066205)

摘　要:我国铁路第6次大提速广泛使用的200k m /h 系列可动心轨道岔采用新型模锻翼轨,主要介绍该模锻翼轨的结构形式和加工工艺过程。

关键词:提速铁路;可动心轨辙叉;模锻翼轨;加工工艺中图分类号:U21316 文献标识码:A 文章编号:100422954(2008)0520012202

1　概述

可动心轨辙叉由于消灭了有害空间,明显改善了轮

轨相互作用条件,有利于提高列车速度和旅客的舒适度,延长辙叉的使用寿命,减小维修工作量。我国在20世纪70年代开始研制可动心轨辙叉。为解决翼轨咽喉处强度不足的问题,90年代末,研制开发了用60AT 轨锻压出的特种断面翼轨,称模锻翼轨。该翼轨与线路60kg/m 钢轨等强,并且在轨底下部为电务钩式外锁闭的安装预留了足够的空间。新一代200k m /h 提速道岔可动心轨辙叉均采用该模锻翼轨结构形式。2　模锻翼轨结构形式

模锻翼轨采用两段式,由特种断面翼轨插入段和60kg/m 标准轨段组成,用焊接的方法连接(图1)。前段采用60AT 轨,为实现与叉前导轨的连接,趾端锻压成60kg/m 钢轨断面。在530mm 特种断面成型段后经150mm 过渡段变成60kg/m 钢轨断面,以实现与60kg/m 钢轨焊接,满足超长无缝线路对长翼轨传递温度力的需求

。

图1　模锻翼轨结构示意(单位:mm )　

3　模锻翼轨的加工工艺研究

模锻翼轨的加工主要经过锻压、调直、轨底铣削、轨头刨切、焊接、钻孔、顶弯、咽喉刨切、后续顶调等几

个重点工序。311　锻压工艺研究

锻压工序主要完成翼轨趾端、翼轨特种断面成型

段的热加工成型。

翼轨趾端与普通60AT 尖轨跟端结构形式相同,采用辊锻开坯、模压整形的工艺,然后对轨头多余金属进行刨切加工。该工艺已在生产中使用多年,比较稳定,生产时对轨底宽度、轨腰厚度进行重点控制。特种断面翼轨模锻是锻压工序的主要控制点,锻压半成品的好坏,对翼轨的质量起着决定的作用。模锻后翼轨的半成品必须在满足技术条件的基础上,为机加工留有足够的余量。特种断面翼轨是为了满足岔心咽喉部位对翼轨强度及尺寸的要求而设计的异型断面,其截面积为98c m 2

,而母材60AT 轨截面积为

1041746c m 2

。由于翼轨断面复杂,而且要在一套模具中同时锻造出两个断面,要经过预锻、终锻才能最终成形,烧损很大,就成了无余量和负余量轧制,增大了工艺难度。

为了防止轨头出现马鞍形磨耗,在模具设计时轨顶留1～115mm 加工量,去除脱碳层;通过预锻模具设计,解决轨头、轨腰、轨底的金属分配问题;采取特殊的措施,在轴向金属分配上,实现60kg/m 标准轨段向特种断面翼轨成形段流动,使翼轨断面有足够的金属余量;预锻后实现轨腰的展高,满足终锻入模的要求。

终锻工步主要考虑收缩率、各部位的形位公差、后续机加工的定位问题等,终锻后要有足够的加工量。312　AT 轨锻压段机加工工艺

特种断面翼轨插入段是工电结合部位,也是可动心轨辙叉中结构最复杂的一段结构。该部位的加工精度直接影响可动心轨辙叉咽喉各部件的安装和电务设备的正常运行。为此,该部位采用多部位机加工的方法,保证加工精度。

锻压后,翼轨锻压段都存在着不同程度的弯曲,在进行机加工之前,必须进行调直,使下一步机加工的定位基准达到理想程度。调直后要使母材轨底与成形段轨底高差为24mm ,但由于成形段60kg/m 断面处轨底有3～5mm 加工量,调直基准不好,直接调直无法保证轨底24mm 高差。为此,设计了两种工艺方案。

(1)方案一先粗调轨底24mm 高差,锯切端头,以端头60kg/m 标准断面的轨腰、轨底上面1∶3斜为基准,画出整个端面轮廓。然后调24mm 高差,上平台用高度尺检测AT 轨轨底、翼轨成形段轨底、端面轨底线。保证端

张立军—新型道岔可动心轨辙叉模锻翼轨加工工艺研究

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面轨底线与翼轨成形段轨底在一个平面上,该平面与AT 轨轨底面高差。然后铣轨底,精调24mm 高差,最

后刨切轨头。

该方案的优点是可以保证24mm 高差准确;缺点是对AT 轨母材直线度要求高,由于每根翼轨须上平台多次,生产效率低。

(2)方案二先粗调轨底24mm 高差,锻压段轨顶调平,锯切端头,划端面线。然后轨底机加工,再精调24mm 高差,最后刨切轨头。

该方案的优点是生产效率高,不用每根都上平台;缺点是铣削时轨底找正以端面线和特种断面轨底为基准,调整难度稍有增加。

由于设备的限制,在模锻翼轨生产初期,通过方案一进行加工的,随着生产量不断加大,通过试验最终确定了方案二为优选方案。313　焊接工艺

钢轨焊接在进口瑞士Schlatter 公司闪光焊机上进行,先进行轨端打磨除锈,焊接以工作边和轨顶面为基准,保证轨顶和工作边直线度。焊接后进行焊缝推凸、正火,冷却后进行焊缝打磨、超声波探伤。为焊接时推凸工艺考虑,将原有翼轨成形段前60kg/m 钢轨插入段长度由最初的84mm 改为100mm 。314　咽喉加工工艺

翼轨咽喉处加工如图2所示,咽喉需加工出折线,密贴段做内1∶8藏尖加工

。

图2　咽喉加工示意

方案一:咽喉加工在铣床上完成,可采取两种方

法:(1)铣削前不顶弯,即钢轨轨腰中心为直线,先加工Q P 、M P 外1∶8斜,最后做K N 内1∶8斜铣削,但在咽喉位置要对铣削线形进行修正,以解决由于顶弯圆弧的影响。该方法要求对加工线形计算准确,否则,顶弯后咽喉位置线形将与图纸不符,影响工作边直线度和心轨密贴。(2)铣削前顶弯,咽喉处轨腰中心线为折

线,直接加工内外1∶8斜。该方案较为理想,符合图纸加工要求,但需要对数控铣床夹具进行改动。由于可

动心轨辙叉型号较多,结构和尺寸各不相同,所以夹具调整非常复杂。

方案二:咽喉加工在刨床上完成,按图示支距和圆弧对咽喉进行顶弯后,沿Q P 、M P 作外1∶8斜的工作边水平刨切,沿K N 作内1∶8的藏尖刨切。由于加工量小,装卡简单,比较适合现有的设备。

方案三:先在在铣床上完成外1∶8斜P M 、内1∶8斜K N 加工,然后顶弯,弯折点适当前移,最后在刨床完成咽喉前部外1∶8斜Q P 加工,并消除顶弯圆弧的影响。由于装卡次数多,生产组织过于复杂,生产效率不高。

现有可动心轨道岔多为12号、18号道岔,刨口长度在2000mm 左右,用方案二比较合理。大号码可动心轨道岔翼轨密贴段长度长,应尽可能采用铣削完成。315　调顶工艺

调顶是翼轨组装前的最后一道工序,顶弯的好坏

对最后可动叉心的整体质量影响很大。焊缝后段还要进行整体扭转,为此,设计了专用顶弯镐头,用专用样板测量扭转的角度。在几个大矢度弯折点,顶弯前进行适当预热,降低脆性,防止折断。4　出现的问题及改进措施

该工艺生产的翼轨大量上道后,曾出现变截面处压塌、焊缝处不平顺、工电配合安装精度不高等问题。为此在厂内采取如下措施:加大锻压段轨顶加工量,保证彻底去除脱碳层;严格焊缝打磨制度,保证焊缝区的轨顶直线度要求;翼轨锻压段外侧采用轨头、轨腰、轨底三部位全加工的工艺方法,保证电务外锁闭框的安装要求。这些新的工艺方法在后来的250km /h 客运专线道岔和G LC 系列道岔生产中投入使用。5　结论

新型可动心轨辙叉翼轨采用了全新的结构形式,采用该工艺生产的可动心轨道岔如SC325、CZ2516、G LC 系列、250km /h 客运专线道岔等已经近2000组,

满足了铁路第6次大提速的要求。

虽然该翼轨仍存在一些问题,但在钢厂轧制翼轨未批量生产之前,该翼轨仍是200k m /h 道岔的最优形式。参考文献:

[1]　沈长耀.我国铁路道岔整体技术发展的新阶段[J ].铁道工程学

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[2]　徐安友.可动心轨辙叉翼轨断面的优化研究[J ].铁道标准设计,

2003(10).

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岔(SC325)[Z].河北山海关:2001.