鐵道工務(wù)·鐵路道岔

鐵道工務(wù)

鐵路道岔

中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工電部

中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)工務(wù)委員會(huì)

中國(guó)鐵道出版社有限公司

年北京

2022·

圖書(shū)在版編目CIP數(shù)據(jù)

()

鐵道工務(wù)鐵路道岔中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司

·/

工電部中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)工務(wù)委員會(huì)編著北京中國(guó)

,.—:

鐵道出版社有限公司

,2022.8

ISBN978-7-113-29367-3

鐵中中鐵路工程文集

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①-

道岔文集

②-Ⅳ.①U2-53

中國(guó)版本圖書(shū)館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2022)113897

編輯委員會(huì)

主任:曾憲海

副主任:楊厚昌吳細(xì)水趙有明

委員:曾憲海楊厚昌吳細(xì)水趙有明

姚冬楊桉韓自力呂關(guān)仁

趙志剛楊夢(mèng)蛟徐其瑞朱瑞龍

王敏柯在田邵丕彥蔡德鉤

李付軍杜曉燕

主編:曾憲海

副主編:姚冬

書(shū)名:鐵道工務(wù)·鐵路道岔

作者:中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工電部中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)工務(wù)委員會(huì)

責(zé)任編輯:高楠

編輯助理:李昕

封面設(shè)計(jì):尚明龍

封面供圖:羅春曉

責(zé)任校對(duì):苗丹

責(zé)任印制:高春曉

出版發(fā)行:中國(guó)鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門(mén)西街號(hào)

(100054,8)

網(wǎng)址:

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印刷:國(guó)鐵印務(wù)有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202281202281

開(kāi)本:印張字?jǐn)?shù)千

880mm×1230mm1/16:7.75:232

書(shū)號(hào):

ISBN978-7-113-29367-3

定價(jià):元

23.00

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,、、,。

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基于的鋼軌跟端活塊模鍛工藝研究張立軍

1DEFORM-3D60AT1

客貨共線鐵路鋼軌號(hào)道岔主要問(wèn)題原因與對(duì)策王璞楊東升王琨淇趙振華王樹(shù)國(guó)

760kg/m9、

提速道岔鋼岔枕動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)研究易強(qiáng)王璞王猛王樹(shù)國(guó)

11

基于聲發(fā)射的鐵路道岔尖軌傷損識(shí)別黃振

16

高速道岔制造與應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題分析及措施馮毅

21

高速道岔可動(dòng)心軌轍叉結(jié)構(gòu)優(yōu)化王阿利

25

道岔彈性?shī)A的主要問(wèn)題與解決對(duì)策王琨淇王猛王璞趙振華王樹(shù)國(guó)

29

高錳鋼轍叉翼軌軌頭裂紋形成原因分析嚴(yán)則會(huì)

33

重載鐵路用高錳鋼組合轍叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閆旭輝

37

客專(zhuān)線號(hào)道岔技術(shù)特點(diǎn)及維管對(duì)策曹明

3918

技術(shù)引進(jìn)法國(guó)高速道岔主要病害及整治袁寶軍

43

基于薄弱點(diǎn)分析全面提高道岔使用壽命許瑾

47

高鐵道岔運(yùn)營(yíng)狀況分析及對(duì)策研究屈文勝

53CN

鐵路道岔尖軌斷軌監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析黃坤亮

60

鐵路道岔病害原因與維修養(yǎng)護(hù)措施解析鄭昌德

64

高速鐵路道岔滑床臺(tái)板減摩防銹方法的研究姚宏強(qiáng)

67

鋼軌道岔減磨裝置的研究及應(yīng)用效果分析王兵張卓欣

71

道岔全生命周期管理與故障預(yù)測(cè)冷朝陽(yáng)

74

高鐵轉(zhuǎn)轍機(jī)新型防護(hù)裝置鄧佳威白林張川

77

朔黃鐵路恢河特大橋線橋偏心原因分析及施工整治實(shí)踐李躍鵬

79

淺析普通單開(kāi)道岔護(hù)軌磨耗原因齊會(huì)昊

87

淺析大數(shù)據(jù)管理思維在工務(wù)設(shè)備質(zhì)量分析中的應(yīng)用楊建鋒于洋

89

岔區(qū)小機(jī)廓形打磨技術(shù)的探討與實(shí)踐郭林泉

96

道岔鋼軌廓形連續(xù)檢測(cè)儀的研制及效果分析王凱

99

普速鐵路道岔軌件傷損機(jī)理與服役壽命提升技術(shù)許寶宋朋超

104

一改二撥三搗四打磨道岔精準(zhǔn)作業(yè)法王新春李小雷駢俊勇

107、、、

淺談津霸客專(zhuān)高鐵鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的養(yǎng)護(hù)與維修孫凱

111

道岔內(nèi)各種鋼軌側(cè)向硬彎判斷及整治方法的探討李帥郭肅

113

高原普速鐵路道岔質(zhì)量缺陷分析和養(yǎng)護(hù)管理趙江波

118

基于的鋼軌跟端活塊模鍛工藝研究

DEFORM-3D60AT11

基于DEFORM-3D的60AT1鋼軌

跟端活塊模鍛工藝研究

鐵科北京軌道裝備技術(shù)有限公司張立軍

()

摘要:為驗(yàn)證現(xiàn)有鋼軌跟端鍛壓生產(chǎn)工藝的合理性

60AT1

并進(jìn)一步優(yōu)化鍛壓過(guò)程,本文利用熱力

Gleeble-3500

模擬試驗(yàn)機(jī)獲得了在、

U75V850~1150℃0.1~

-1條件下的流變應(yīng)力曲線,并通過(guò)有限元軟件

5.0s

對(duì)鋼軌跟端活塊模鍛熱成型工

DEFORM-3D60AT1

藝過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真模擬。不僅對(duì)工藝方案和模具

設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證,指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)出合格鍛

件,而且試驗(yàn)件各尺寸與仿真結(jié)果基本吻合,為

AT1

鋼軌跟端鍛件的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:鋼軌;跟端;工藝研究

60AT1

鋼軌道岔中尖軌長(zhǎng)心軌是我國(guó)主型

60kg/m、

道岔的重要部件采用矮型特種斷面鋼

,60AT1()

軌制造為與線路連接跟端要鍛壓成鋼

。,60kg/m

軌斷面鋼軌跟端的鍛造工藝是道岔制造

。60AT1

的關(guān)鍵技術(shù)之一目前國(guó)內(nèi)很多企業(yè)仍采用活塊

。

模進(jìn)行跟端鍛造因此本文對(duì)活塊模成型過(guò)程進(jìn)

,

行研究

。

圖和鋼軌斷面示意單位

160AT1鋼軌跟端產(chǎn)品結(jié)構(gòu)260AT160kg/m(:mm)

表160AT1與60kg/m鋼軌斷面面積對(duì)比2

鋼軌跟端是以鋼軌為母材在一(cm)

60AT160AT1,項(xiàng)目頭部面積腰部面積底部面積總面積

端范圍內(nèi)經(jīng)鍛造成為有成型段和

600mm,450mm

過(guò)渡段的結(jié)構(gòu)軌頭軌底經(jīng)機(jī)加工滿足標(biāo)斷面

150mm,、60AT134.3733.0737.31104.75

準(zhǔn)要求軌腰型面直接鍛造成型如圖所示斷面

,,1。60kg/m29.0219.5928.8477.45

差值

5.3513.488.4727.30

通過(guò)對(duì)圖和表進(jìn)行分析可以得知

21,60AT1

鋼軌跟端模鍛工藝有以下特點(diǎn)

:

該產(chǎn)品屬于局部鍛壓存在過(guò)渡區(qū)的問(wèn)題

(1),。

由于工件較大成型段質(zhì)量為

圖鋼軌跟端三維模型(2),60~70kg,

160AT1屬大型模鍛件應(yīng)采用較大設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)

,。

鋼軌跟端模鍛成型生產(chǎn)工藝流程

260AT1鋼軌跟端模鍛工藝分析2.260AT1

跟端模鍛生產(chǎn)的工藝流程如圖所示

,3。

鋼軌跟端模鍛工藝特點(diǎn)鍛件圖制定

2.160AT12.2.1

與鋼軌斷面如圖所示兩種根據(jù)機(jī)加工要求和本產(chǎn)品的應(yīng)用特點(diǎn)跟端

60AT160kg/m2,,

鋼軌的面積對(duì)比見(jiàn)表軌頭頂面留余量軌頭兩側(cè)各留

1。2.5mm,1.5mm

余量多余金屬留在軌底經(jīng)計(jì)算軌底余量為

,,7~

8mm。

作者簡(jiǎn)介:張立軍,男,高級(jí)工程師。此外考慮到金屬冷縮現(xiàn)象熱鍛件圖上尺寸

,,

鐵道工務(wù)鐵路道岔

2·

圖鋼軌跟端模鍛工藝流程示意

360AT1

應(yīng)比冷鍛件尺寸大跟端鍛件如圖所示

,4。

圖鋼軌跟端終鍛模具結(jié)構(gòu)示意

560AT1

360AT1軌跟端活塊模鍛成型的數(shù)值模擬

鍛造成型的主要過(guò)程包括采用鋼廠軋制的鋼

:

軌為原始坯料加熱至再經(jīng)過(guò)預(yù)鍛一次施

,1150℃,

壓終鍛三次施壓最終成型用活塊模鍛法對(duì)預(yù)鍛

、。

和終鍛兩個(gè)過(guò)程的多次施壓進(jìn)行數(shù)值模擬考察金

,

屬在鍛造成型過(guò)程的流動(dòng)規(guī)律

。

材料模型

3.1

近幾年來(lái)我國(guó)鐵路重軌及以上材

,(60kg/m)

質(zhì)已經(jīng)逐漸采用鋼它具有更高強(qiáng)度的特點(diǎn)

U75V,,

σ達(dá)到以上化學(xué)成分見(jiàn)表

b980MPa,2。

表2U75V鋼化學(xué)成分w%

(t,)

CSiMnP

0.70~0.780.50~0.700.75~1.05≤0.025

SVAl

0.008~0.0050.04~0.08≤0.004

數(shù)值模擬要求有材料的流動(dòng)應(yīng)力特性曲線應(yīng)

(

力應(yīng)變曲線借助型熱模擬試驗(yàn)機(jī)

—),Gleeble-3500

對(duì)鋼進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)材料的彈性模量取常數(shù)

U75V。

E5泊松比導(dǎo)熱性系數(shù)熱容量輻射

=2.06×10MPa。、、、

率等參數(shù)按材料庫(kù)中進(jìn)行設(shè)置試驗(yàn)采用

AISI-1078。

?試樣取自攀鋼熱軋鋼軌獲

10mm×15mm,60AT1,

得了四個(gè)不同溫度

圖鋼軌跟端終鍛件示意單位850℃、950℃、1050℃、1150℃、

460AT1(:mm)不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖所示

—,6。

鍛件模具結(jié)構(gòu)

2.2.2

現(xiàn)有活塊模具結(jié)構(gòu)形式如圖所示上模座

5。

上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)斜楔使左右模水平運(yùn)動(dòng)使軌腰成

,,

型稱(chēng)為腰模一塊模靜止使軌頭成型稱(chēng)為頭

,;,,

模一塊模進(jìn)行豎直運(yùn)動(dòng)使軌底成型稱(chēng)為軌

;,,

底模

。

預(yù)鍛時(shí)不安裝軌底板軌腰自由展高終鍛時(shí)

,,;

頭模腰模與軌底模共同作用給工件擠壓力使工

、,,

件成型通過(guò)斜楔將壓力機(jī)的豎直力轉(zhuǎn)化為水

。30°

平力推動(dòng)腰模工作

,。

圖

6

基于的鋼軌跟端活塊模鍛工藝研究

DEFORM-3D60AT13

圖預(yù)鍛模具模型

7

終鍛模具設(shè)計(jì)

3.2.2

終鍛模的結(jié)構(gòu)與預(yù)鍛模基本相同與預(yù)鍛共用

,

頭模即工件放置在頭模中不動(dòng)只移走預(yù)鍛長(zhǎng)短

,,、

肢腰模更換為終鍛長(zhǎng)短肢腰模終鍛還要用軌底

,、,

模使軌底成型終鍛模的三維模型如圖所示

,。8。

圖終鍛模具模型

8

預(yù)鍛數(shù)值模擬

3.3

預(yù)鍛有限元模型

圖鋼在不同溫度應(yīng)變速率下的3.3.1

6U75V、坯料選取長(zhǎng)度的鋼軌采用三

應(yīng)力應(yīng)變曲線示意800mm60AT1,

—維四面體等單元對(duì)坯料進(jìn)行離散化網(wǎng)格劃分如

,

模具設(shè)計(jì)圖所示坯料被離散成由初始網(wǎng)格

3.29,100320,

預(yù)鍛模具設(shè)計(jì)個(gè)單元的變形體其表面多邊形數(shù)為

3.2.186774,20792

預(yù)鍛模主要是由頭模預(yù)鍛長(zhǎng)短肢腰模組個(gè)模具被設(shè)置為剛體模具溫度為

、(),,150℃。60AT1

成應(yīng)用三維軟件進(jìn)行實(shí)體建模設(shè)計(jì)出預(yù)鍛各模鋼軌初始網(wǎng)格如圖所示預(yù)鍛工序三維幾何模型

,9,

塊預(yù)鍛模具模型如圖所示如圖所示

,7。10。

圖圖鋼軌初始網(wǎng)格

7960AT1

鐵道工務(wù)鐵路道岔

4·

圖預(yù)鍛工序三維幾何模型

10

預(yù)鍛時(shí)兩腰模水平運(yùn)動(dòng)速度為至兩

,5mm/s,

腰模距離為時(shí)程序模擬終止

20mm。圖預(yù)鍛溫度場(chǎng)

本模型將模具定義為剛體坯料為高溫變形剛13

,

塑性體模具與坯料之間摩擦采用剪切摩擦模型下運(yùn)動(dòng)終鍛腰模水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件軌腰軌底

,,、,、

即τmk式中m潤(rùn)滑狀態(tài)熱鍛為摩擦因同時(shí)發(fā)生變形第二步頭模靜止軌底板不參與工

f=,=0.3();,,

子k為剪切屈服強(qiáng)度作終鍛腰模水平相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件軌腰變形第三

,。,,;

預(yù)鍛成型結(jié)果步頭模靜止軌底板做向下運(yùn)動(dòng)終鍛腰模水平相

3.3.2,,、

坯料初始溫度為開(kāi)始預(yù)鍛過(guò)程的模對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件最終成型

1150℃,,。

擬計(jì)算得到整個(gè)預(yù)鍛過(guò)程水平方向的行程載荷計(jì)算垂直載荷時(shí)對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化斜楔與模

,—,,

曲線如圖所示預(yù)鍛成型如圖所示溫度場(chǎng)具間摩擦忽略不計(jì)得到公式

,11,12,,(1)。

如圖所示PPPP

13?！?+0.577(C+D)(1)

式中P總載荷

———;

P軌底板垂直載荷

1———;

P長(zhǎng)肢終鍛腰模水平載荷

C———;

P短肢終鍛腰模水平載荷

D———。

終鍛有限元模型

3.4.1

根據(jù)模具幾何結(jié)構(gòu)確定終鍛腰模頭模軌底

,、、

板之間的位置關(guān)系如圖所示

,14。

圖預(yù)鍛成型過(guò)程行程載荷曲線示意

11—

圖終鍛工序三維幾何模型

14

終鍛的坯料模型由預(yù)鍛完成后的工件模型直

接導(dǎo)入溫度為模具預(yù)熱溫度為

,669~1151℃,

根據(jù)幾何關(guān)系設(shè)置塊模具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速

150℃。3

度腰模速度為軌底板向下運(yùn)動(dòng)速度為

,5mm/s,

圖預(yù)鍛成型完成

12

8.66mm/s。終鍛成型結(jié)果

3.4.2

終鍛數(shù)值模擬終鍛三個(gè)工步成型段形狀變化如圖所示各

3.415,

鋼軌跟端在經(jīng)過(guò)預(yù)鍛后直接進(jìn)行終鍛工步載荷如圖圖所示溫度場(chǎng)變化如圖

60AT1,。16~18,19

終鍛模擬分為三步第一步頭模靜止軌底板做向所示

:,,。

基于的鋼軌跟端活塊模鍛工藝研究

DEFORM-3D60AT15

圖終鍛成型過(guò)程成型段截面變化情況

15

圖終鍛第三步行程載荷曲線示意

18—

圖終鍛第三步溫度場(chǎng)

19

圖終鍛第一步行程載荷曲線示意

16—由圖可以看出到成型結(jié)束時(shí)水平載荷達(dá)到

18,,

垂直載荷達(dá)到超出設(shè)備能力范

44.4MN,46.7MN,

圍實(shí)際生產(chǎn)時(shí)往往采取分段施壓的辦法即用小

。,

軌底模代替整體軌底模分兩次壓下的辦法來(lái)解決

,

設(shè)備能力的問(wèn)題

。

4工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備及工藝條件

4.1

利用熱模鍛油壓機(jī)圖對(duì)本

60MN(20)

跟端鍛造成型進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證鍛前加

60AT1。

熱設(shè)備為中頻感應(yīng)加熱爐圖鍛后在

350kW(21),

電阻爐內(nèi)進(jìn)行正火處理達(dá)到均勻組織消

75kW,,

除內(nèi)應(yīng)力的作用使金相組織和機(jī)械性能滿足標(biāo)

圖終鍛第二步行程載荷曲線示意,

17—準(zhǔn)要求

。

鐵道工務(wù)鐵路道岔

6·

因是軌腰在試驗(yàn)時(shí)控制值與理論值有一定偏差造成

,

軌腰偏厚中心高度偏低最大高度和兩點(diǎn)高度差值

、。

偏差的原因是實(shí)際試驗(yàn)時(shí)模具軌底潤(rùn)滑較好利于

,,

軌底邊長(zhǎng)高

。

終鍛結(jié)果及分析

4.3

終鍛后工件如圖所示終鍛成型段試驗(yàn)與模

23,

擬截面尺寸對(duì)比見(jiàn)表由表可知軌頭寬度軌

4。4、

腰厚度中心高度差別不大軌底寬度差別較大分

、,,

析原因是軌底飛邊的影響造成的由于試驗(yàn)時(shí)飛邊

,

冷卻較快造成合模狀態(tài)與模擬時(shí)有偏差實(shí)際生

圖熱模鍛油壓機(jī),。

2060MN產(chǎn)中應(yīng)確定合理的軌底板寬度

。

圖終鍛后工件

23