高速鐵路混凝土岔枕機(jī)械模具制作分析

摘 要：該岔枕機(jī)械模具是根據(jù)最高速度350km/h高速鐵路及250km/h客運(yùn)專線對(duì)岔枕的要求而制作的，適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距鋪設(shè)鋼軌無(wú)縫線路的鐵路軌道系統(tǒng)。結(jié)合我國(guó)高速鐵路的前期科研成果及工程實(shí)踐，使性能指標(biāo)與國(guó)際接軌并滿足客運(yùn)專線的要求。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；岔枕；模具；制作分析

引言

“十二五”期間，中國(guó)鐵路建設(shè)繼續(xù)加快推進(jìn)，新線投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)3萬(wàn)公里，安排鐵路投資2.8萬(wàn)億元，全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)12萬(wàn)公里左右，其中2013年鐵路固定資產(chǎn)投資為6000億元，其中基本建設(shè)投資4500億元以上，并在12月底相繼開通10條高速鐵路?！笆濉蹦愿咚勹F路為主骨架的快速鐵路網(wǎng)將達(dá)到4.5萬(wàn)公里。根據(jù)《中國(guó)鐵路中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年為滿足快速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸需求，建立省會(huì)城市及大中城市間的快速客運(yùn)通道，規(guī)劃“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道以及三個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)。建設(shè)客運(yùn)專線1.2萬(wàn)公里以上，客車速度目標(biāo)值達(dá)到每小時(shí)200公里及以上。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)200公里及以上時(shí)速的高速鐵路建設(shè)里程將超過(guò)1.8萬(wàn)公里，將占世界高速鐵路總里程的一半以上[1]。

1.高速鐵路平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素

1.1列車車廂間之間的無(wú)縫連接

普通火車車廂之間是靠掛鉤連接，而高鐵的車廂連接處都是無(wú)縫連接，增加了車廂之間連接的平穩(wěn)性，高鐵起步、停車做到了所有車廂為一整體，運(yùn)行就更加平穩(wěn)。

1.2無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)保障運(yùn)行平穩(wěn)

高鐵的平穩(wěn)運(yùn)行，除了列車車廂間之間無(wú)縫連接外，其道床也非常特殊，為預(yù)制整體道床，叫無(wú)砟軌道（或無(wú)碴軌道），整個(gè)道床沒有障礙物，保障了高鐵的平穩(wěn)性。無(wú)砟軌道的軌枕是混凝土澆灌而成，路基也不用碎石，鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上，保證了平整度。

1.3鐵路軌道鋪設(shè)的混凝土枕（含普通軌枕和岔枕）精度高

岔枕外觀質(zhì)量和各部尺寸偏差應(yīng)符合客運(yùn)專線鐵路無(wú)砟軌道道岔用混凝土岔枕技術(shù)條件的規(guī)定，一是單根平面度（直線度）即測(cè)量基點(diǎn)與岔枕頂面支承點(diǎn)的高差每米不大于0.45mm，對(duì)于混泥土制品來(lái)說(shuō)幾乎是水平標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前各型岔枕中尺寸要求最為嚴(yán)格的；二是靜載抗裂彎矩檢驗(yàn)應(yīng)滿足相關(guān)要求：正彎矩檢驗(yàn)荷載50KN，負(fù)彎矩檢驗(yàn)荷載40KN，且試驗(yàn)時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)裂縫；三是預(yù)應(yīng)力鋼絲不得出現(xiàn)任何斷絲且上下排鋼絲之間距離±3mm，保證鋼絲分布均勻，有良好的抗壓性；四是軌距的兩套管中心距離偏差（-1.5，+1）mm，確保安裝的精度和軌距的精確性；五是同一鐵墊板位置的兩相鄰套管中心距離±1mm，既限制了水平度的要求，又保證了垂直度的精確[2]。以上因素中，最重要的就是岔枕的上表面水平度，只有它誤差很小才可以保持運(yùn)行的絕對(duì)平穩(wěn)。

2.高速岔枕模具的制作工藝過(guò)程及材料選擇

2.1制作工藝過(guò)程

2.1.1 剪切下料工藝

剪切下料是制作岔枕模具的第一步，決定以后各工藝的開展。剪切下料需要按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行，關(guān)鍵是提高精確，保證長(zhǎng)度、寬度、倒角大小等尺寸符合要求，原則上10000mm主槽鋼的長(zhǎng)度偏差為（-10，+5）mm，旁彎值不大于4mm；主槽鋼對(duì)接時(shí)每側(cè)接頭數(shù)不得多于一個(gè)，接頭處應(yīng)避免在主槽鋼長(zhǎng)度的中央，并用增加補(bǔ)強(qiáng)板；對(duì)接時(shí)要保證平直，不得出現(xiàn)歪斜；接口處應(yīng)開斜口，其傾斜角小于75°；兩主槽鋼接頭要錯(cuò)開300mm以上，避免兩焊縫在同一橫截面上；要求有150mm的斜口焊接，并采用氣體保護(hù)焊滿焊，且焊縫寬度不得小于12mm。

2.1.2 對(duì)接成型工藝

對(duì)接成型工藝是影響模具成型的最關(guān)鍵工藝，由于為較大型模具，將殼體按照?qǐng)D紙放到對(duì)接操作平臺(tái)的模板上，用規(guī)定夾具將模具夾好，確保旁彎值不大于4mm，整體扭曲不大于8mm；然后使用螺旋千斤頂施壓，保證殼體與模板密貼，用塞尺測(cè)量，兩者縫隙不得超過(guò)1mm才可以焊接，當(dāng)殼體壓至適當(dāng)位置后，相鄰兩殼體背面用鋼尺測(cè)量比照，保證兩殼體之間高低落差不超過(guò)1mm；張拉端托板距主槽鋼上緣高度尺寸的極限偏差為（0，+2）mm；上底部加強(qiáng)梁之前，調(diào)整好鋼模整體寬度，兩主槽鋼的內(nèi)、外側(cè)凈尺寸極限偏差為（-2，+4）mm，不得超差。以上各種尺寸都要嚴(yán)格控制才可以保證模具的精確性。

2.1.3 焊接定型工藝

焊接是一種以加熱方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號(hào)、化學(xué)成分，焊件結(jié)構(gòu)類型，焊接性能要求來(lái)確定。該工藝決定了模具最終的狀態(tài)和精度。

模具在焊接時(shí)根據(jù)環(huán)境條件要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱有利于降低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產(chǎn)生冷裂紋，這是焊接中碳鋼的主要工藝措施，預(yù)熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。通常的預(yù)熱溫度為150～250℃。由于焊件較大，整體預(yù)熱有一定困難，可進(jìn)行局部預(yù)熱，局部預(yù)熱的加熱范圍為焊口兩側(cè)各150～200mm。

2.1.4 端頭安裝工藝

端頭安裝工藝決定了張拉中心的高度，直接影響岔枕的靜載能力，是保證岔枕質(zhì)量的關(guān)鍵要素。制作端頭時(shí)按照?qǐng)D紙要求，需要保證端頭的尺寸和質(zhì)量，特別是固定端下鋼絲凹槽與模具底板垂直，各種孔洞采用半自動(dòng)切割機(jī)剪切，保證美觀；端頭由鋼板拼焊而成，加強(qiáng)板等制作材料放置不得歪斜，焊縫不得出現(xiàn)漏焊，焊縫要平整光滑，不留較大的疙瘩，不得出現(xiàn)堆焊現(xiàn)象，杜絕漏焊現(xiàn)象，保證符合焊接要求。

2.1.5 銑（刨）削加工工藝

為保證高速岔枕模具每節(jié)岔枕底面的平面度，模具底板在龍門銑（刨）床進(jìn)行平面加工，由于模具本身存在殼體變形、焊接形成拱度和扭曲變形以及殼體拼接和裝配誤差，殼體底面在加工后存在以下問(wèn)題：一是部分模具相鄰兩節(jié)岔枕底板有錯(cuò)層，大約為0.5-2.5mm；二是采用盤銑刀加工的鋼模，部分存在接刀面連接不平整；三是銑（刨）削加工后，個(gè)別模具部分底板保留量太小，有的甚至小于3mm。因此，要對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行維修，以保證模具的表面質(zhì)量。

2.1.6 打磨拋光工藝

打磨工藝是為了保證銑（刨）削加工后留下的過(guò)度邊角、錯(cuò)層、刀紋部分也達(dá)到平面度的要求，進(jìn)行適當(dāng)維修，進(jìn)一步提高模具的質(zhì)量和精度。當(dāng)打磨水平位置時(shí)，不要磨到底板，要保證平整光滑，避免出現(xiàn)高低不平的現(xiàn)象，當(dāng)打磨底板、側(cè)板過(guò)度圓角、殼體與主槽鋼接觸位置等非水平面時(shí)，打磨時(shí)要形成過(guò)度圓弧，不能出現(xiàn)溝痕和明顯的凹凸現(xiàn)象；打磨后檢查是否出現(xiàn)少數(shù)小坑、砂眼等情況，如有缺陷補(bǔ)焊后重新打磨。

2.2材料選擇

機(jī)械模具主要用來(lái)生產(chǎn)高速鐵路混凝土岔枕，加工工藝過(guò)程需要焊接，因此使用的材料應(yīng)具有較好的焊接性能。槽鋼屬于建造用和機(jī)械用碳素結(jié)構(gòu)鋼，在使用中要求其具有較好的焊接、鉚接性能及綜合機(jī)械性能，該模具主要使用32號(hào)或36號(hào)槽鋼。Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛，模具的其它部分都使用該種板材[3]。

3.高速岔枕模具的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景

3.1 岔枕模具的優(yōu)勢(shì)

岔枕模具具有技術(shù)含量高、加工難度大、工藝流程多等特點(diǎn)，為高速鐵路的建設(shè)提供了強(qiáng)力支持，成為眾多廠家開發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目。該公司僅僅用了22天時(shí)間就完成了從生產(chǎn)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品發(fā)運(yùn)的過(guò)程，采用了先訂單后開發(fā)的辦法，在銷售決策、產(chǎn)品開發(fā)、物資采購(gòu)、工裝模具制造、生產(chǎn)組織、產(chǎn)品檢驗(yàn)、產(chǎn)品發(fā)運(yùn)等統(tǒng)協(xié)調(diào)，集中推進(jìn)，成功研發(fā)了時(shí)速350公里高速鐵路無(wú)渣岔枕模具，為企業(yè)實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3.2 岔枕模具的發(fā)展前景

無(wú)砟岔枕主要用于時(shí)速350公里左右的高速鐵路無(wú)砟軌道，供往國(guó)家重點(diǎn)工程京滬、石武等客運(yùn)專線，隨著國(guó)家“四橫四縱”高速鐵路網(wǎng)的逐步修建，無(wú)砟岔枕可廣泛應(yīng)用于高速鐵路建設(shè)中，因此岔枕模具也將不斷發(fā)展，具有良好的市場(chǎng)前景。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)高速鐵路混凝土岔枕機(jī)械模具的制作進(jìn)行分析，闡述了制作的工藝流程，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了模具的制作是精度和質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)滿足了要求，對(duì)高速鐵路岔枕的生產(chǎn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張喜榮，王冬，劉愛霞，高照良.中國(guó)高速鐵路建設(shè)的現(xiàn)狀及其中長(zhǎng)期發(fā)展研究[J]，2010.

[2]張振興.鐵路軌枕制造技術(shù)[M].西安交通大學(xué)出版社，2008.

[3]相俞才.工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2004：22-23.

作者簡(jiǎn)介：

朱榮耀（1985-），男，河南平頂山人，開發(fā)部經(jīng)理，工商管理碩士（MBA），主要從事產(chǎn)品研發(fā)、市場(chǎng)開發(fā)和項(xiàng)目投資等工作。