道岔墊板是道岔軌道結(jié)構(gòu)中的重要部件之一，在輪軌動(dòng)力系統(tǒng)中起著重要的支撐和減振作用。隨著鐵路客運(yùn)與貨物運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，車輛速度逐漸提高、軸重日益增加，在鋼軌逐漸重型化的同時(shí)，對(duì)墊板的性能提出了更高要求，墊板要做到減振性能好、耐沖擊、適合各種環(huán)境、使用壽命長。鐵路軌下鋼質(zhì)道岔墊板的生產(chǎn)工藝目前有鍛造、鑄造、軋制三種，但是對(duì)最高時(shí)速達(dá)350公里的高鐵用道岔墊板來講，從安全性上考慮必須選擇質(zhì)量最有保障的鍛造件。大連大鍛鍛造有限公司開發(fā)的此款道岔墊板產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性要求高，鍛件毛坯前期為從國外進(jìn)口，經(jīng)過我們技術(shù)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，不厭其煩地反復(fù)進(jìn)行工藝分析和仿真模擬測算，最終實(shí)現(xiàn)了模鍛鍛造成形工藝方案。又經(jīng)過五年多的幾百次的工藝實(shí)踐與模具改進(jìn)，產(chǎn)品順利通過了客戶的產(chǎn)品驗(yàn)收，已經(jīng)大批量進(jìn)行生產(chǎn)供貨。
鍛造工藝分析
從滿足產(chǎn)品使用方面考慮，要求鍛件的加工余量最小、材料利用率最高。通過產(chǎn)品的零件圖，我們技術(shù)團(tuán)隊(duì)做出產(chǎn)品的三維造型（圖1），按照鍛造的最大可能實(shí)現(xiàn)方式，盡可能地減少機(jī)械加工余量，成形后墊板鍛件的復(fù)雜系數(shù)是S4，該復(fù)雜系數(shù)在鍛件中也是很高的。經(jīng)過鍛造成形力分析，根據(jù)鍛件和橋部的投影面積計(jì)算所需打擊力為7800噸左右，結(jié)合我們以往的經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)各個(gè)成形工步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，實(shí)現(xiàn)了打擊力的減少，因此在6300噸熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)上是可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品鍛造的。產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的工藝過程為：下料→加熱→去除氧化皮→分料→制坯→預(yù)鍛→終鍛→切邊→校正。
鍛造工藝難點(diǎn)分析與解決措施
鍛造工藝難點(diǎn)分析
⑴對(duì)鍛件進(jìn)行截面分析，并據(jù)此選擇原材料。墊板最小截面積為3510mm2，最大截面積為7360mm2，為了滿足鍛件成形要求，應(yīng)該按照較大截面積選擇原材料，所以選擇料徑為φ100mm的材料。若不進(jìn)行充分的分料，材料利用率不足50%，浪費(fèi)嚴(yán)重，因此必須對(duì)原材料進(jìn)行局部拔長再加上局部聚料，確保材料利用率70%以上。
墊板鍛件的最大長度為680mm，寬度為210mm，厚度僅為15mm，公差為±1mm，由于不同部位打擊能量吸收是不一樣的，鍛件又較長，因此會(huì)造成鍛件的厚度尺寸超出公差允許值。隧道孔高度與截面積比很大，極易損壞隧道孔沖頭，或者彎曲，或者斷裂，并且隧道孔間距很近（圖2），給制造帶來很大的困難。
如果在模鍛件圖的設(shè)計(jì)中不鍛造隧道孔，后果是：⑴為了確保鍛件的充滿性要求，需要加粗鍛造所用原材料，這就增加了材料投入成本；⑵隧道孔是產(chǎn)品使用所需要的，后期需要通過機(jī)床加工出來，會(huì)增加制造成本；⑶加工出來的隧道孔處金屬流線是斷續(xù)的，會(huì)降低產(chǎn)品性能。解決措施
⑴根據(jù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)分析，后期又經(jīng)過反復(fù)模擬計(jì)算，決定分料方式以拔長為主，并在中間區(qū)域進(jìn)行聚料，最終確定使用直徑為φ95mm的材料進(jìn)行鍛造。1）通過滾擠方式將原材料去除氧化皮、拔長兩端達(dá)到滿足鍛造所需要的料徑以及長度尺寸，這個(gè)可以按照常規(guī)拔長工藝方法來設(shè)計(jì)制造。⑵改善橋部設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成寬度與厚度可變的橋部結(jié)構(gòu)，如圖4所示。我們采用了局部強(qiáng)化技術(shù)，將凸出的三個(gè)楔子模具進(jìn)行了局部堆焊和硬化熱處理，使其凸出的三個(gè)楔子（圖5）具有極高的韌性與強(qiáng)度，確保壽命符合設(shè)計(jì)使用要求。
效果驗(yàn)證
按照設(shè)計(jì)思路制作模具后，在試驗(yàn)階段遇到了一些困難，與理論有較大的誤差，經(jīng)過邊實(shí)踐、邊分析、邊改進(jìn)的艱難過程，我們終于成功地交付了產(chǎn)品（圖6），并且對(duì)模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了固化，目前該產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量一直很穩(wěn)定。
結(jié)束語
通過使用熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)進(jìn)行材料的拔長與聚料、閉式擠壓制坯模具方法的運(yùn)用、模具局部強(qiáng)化技術(shù)的實(shí)踐和模具工藝的細(xì)化，實(shí)現(xiàn)了鐵路道岔墊板的國產(chǎn)化，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，大大提升了我們公司在鐵路道岔墊板生產(chǎn)上的競爭力。
