铁道工务·铁路道岔

铁道工务

铁路道岔

中国国家铁路集团有限公司工电部

中国铁道学会工务委员会

中国铁道出版社有限公司

年北京

2022·

图书在版编目CIP数据

()

铁道工务铁路道岔中国国家铁路集团有限公司

·/

工电部中国铁道学会工务委员会编著北京中国

,.—:

铁道出版社有限公司

,2022.8

ISBN978-7-113-29367-3

铁中中铁路工程文集

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…Ⅲ.①-

道岔文集

②-Ⅳ.①U2-53

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2022)113897

编辑委员会

主任:曾宪海

副主任:杨厚昌吴细水赵有明

委员:曾宪海杨厚昌吴细水赵有明

姚冬杨桉韩自力吕关仁

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李付军杜晓燕

主编:曾宪海

副主编:姚冬

书名:铁道工务·铁路道岔

作者:中国国家铁路集团有限公司工电部中国铁道学会工务委员会

责任编辑:高楠

编辑助理:李昕

封面设计:尚明龙

封面供图:罗春晓

责任校对:苗丹

责任印制:高春晓

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

http://www.tdpress.com

印刷:国铁印务有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202281202281

开本:印张字数千

880mm×1230mm1/16:7.75:232

书号:

ISBN978-7-113-29367-3

定价:元

23.00

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,、、,。

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基于的钢轨跟端活块模锻工艺研究张立军

1DEFORM-3D60AT1

客货共线铁路钢轨号道岔主要问题原因与对策王璞杨东升王琨淇赵振华王树国

760kg/m9、

提速道岔钢岔枕动力学性能试验研究易强王璞王猛王树国

11

基于声发射的铁路道岔尖轨伤损识别黄振

16

高速道岔制造与应用常见问题分析及措施冯毅

21

高速道岔可动心轨辙叉结构优化王阿利

25

道岔弹性夹的主要问题与解决对策王琨淇王猛王璞赵振华王树国

29

高锰钢辙叉翼轨轨头裂纹形成原因分析严则会

33

重载铁路用高锰钢组合辙叉的结构设计闫旭辉

37

客专线号道岔技术特点及维管对策曹明

3918

技术引进法国高速道岔主要病害及整治袁宝军

43

基于薄弱点分析全面提高道岔使用寿命许瑾

47

高铁道岔运营状况分析及对策研究屈文胜

53CN

铁路道岔尖轨断轨监测技术现状及发展趋势分析黄坤亮

60

铁路道岔病害原因与维修养护措施解析郑昌德

64

高速铁路道岔滑床台板减摩防锈方法的研究姚宏强

67

钢轨道岔减磨装置的研究及应用效果分析王兵张卓欣

71

道岔全生命周期管理与故障预测冷朝阳

74

高铁转辙机新型防护装置邓佳威白林张川

77

朔黄铁路恢河特大桥线桥偏心原因分析及施工整治实践李跃鹏

79

浅析普通单开道岔护轨磨耗原因齐会昊

87

浅析大数据管理思维在工务设备质量分析中的应用杨建锋于洋

89

岔区小机廓形打磨技术的探讨与实践郭林泉

96

道岔钢轨廓形连续检测仪的研制及效果分析王凯

99

普速铁路道岔轨件伤损机理与服役寿命提升技术许宝宋朋超

104

一改二拨三捣四打磨道岔精准作业法王新春李小雷骈俊勇

107、、、

浅谈津霸客专高铁钢轨伸缩调节器的养护与维修孙凯

111

道岔内各种钢轨侧向硬弯判断及整治方法的探讨李帅郭肃

113

高原普速铁路道岔质量缺陷分析和养护管理赵江波

118

基于的钢轨跟端活块模锻工艺研究

DEFORM-3D60AT11

基于DEFORM-3D的60AT1钢轨

跟端活块模锻工艺研究

铁科北京轨道装备技术有限公司张立军

()

摘要:为验证现有钢轨跟端锻压生产工艺的合理性

60AT1

并进一步优化锻压过程,本文利用热力

Gleeble-3500

模拟试验机获得了在、

U75V850~1150℃0.1~

-1条件下的流变应力曲线,并通过有限元软件

5.0s

对钢轨跟端活块模锻热成型工

DEFORM-3D60AT1

艺过程进行数值仿真模拟。不仅对工艺方案和模具

设计的合理性进行了验证,指导实际生产出合格锻

件,而且试验件各尺寸与仿真结果基本吻合,为

AT1

钢轨跟端锻件的生产提供了理论依据。

关键词:钢轨;跟端;工艺研究

60AT1

钢轨道岔中尖轨长心轨是我国主型

60kg/m、

道岔的重要部件采用矮型特种断面钢

,60AT1()

轨制造为与线路连接跟端要锻压成钢

。,60kg/m

轨断面钢轨跟端的锻造工艺是道岔制造

。60AT1

的关键技术之一目前国内很多企业仍采用活块

。

模进行跟端锻造因此本文对活块模成型过程进

,

行研究

。

图和钢轨断面示意单位

160AT1钢轨跟端产品结构260AT160kg/m(:mm)

表160AT1与60kg/m钢轨断面面积对比2

钢轨跟端是以钢轨为母材在一(cm)

60AT160AT1,项目头部面积腰部面积底部面积总面积

端范围内经锻造成为有成型段和

600mm,450mm

过渡段的结构轨头轨底经机加工满足标断面

150mm,、60AT134.3733.0737.31104.75

准要求轨腰型面直接锻造成型如图所示断面

,,1。60kg/m29.0219.5928.8477.45

差值

5.3513.488.4727.30

通过对图和表进行分析可以得知

21,60AT1

钢轨跟端模锻工艺有以下特点

:

该产品属于局部锻压存在过渡区的问题

(1),。

由于工件较大成型段质量为

图钢轨跟端三维模型(2),60~70kg,

160AT1属大型模锻件应采用较大设备进行生产

,。

钢轨跟端模锻成型生产工艺流程

260AT1钢轨跟端模锻工艺分析2.260AT1

跟端模锻生产的工艺流程如图所示

,3。

钢轨跟端模锻工艺特点锻件图制定

2.160AT12.2.1

与钢轨断面如图所示两种根据机加工要求和本产品的应用特点跟端

60AT160kg/m2,,

钢轨的面积对比见表轨头顶面留余量轨头两侧各留

1。2.5mm,1.5mm

余量多余金属留在轨底经计算轨底余量为

,,7~

8mm。

作者简介:张立军,男,高级工程师。此外考虑到金属冷缩现象热锻件图上尺寸

,,

铁道工务铁路道岔

2·

图钢轨跟端模锻工艺流程示意

360AT1

应比冷锻件尺寸大跟端锻件如图所示

,4。

图钢轨跟端终锻模具结构示意

560AT1

360AT1轨跟端活块模锻成型的数值模拟

锻造成型的主要过程包括采用钢厂轧制的钢

:

轨为原始坯料加热至再经过预锻一次施

,1150℃,

压终锻三次施压最终成型用活块模锻法对预锻

、。

和终锻两个过程的多次施压进行数值模拟考察金

,

属在锻造成型过程的流动规律

。

材料模型

3.1

近几年来我国铁路重轨及以上材

,(60kg/m)

质已经逐渐采用钢它具有更高强度的特点

U75V,,

σ达到以上化学成分见表

b980MPa,2。

表2U75V钢化学成分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

数值模拟要求有材料的流动应力特性曲线应

(

力应变曲线借助型热模拟试验机

—),Gleeble-3500

对钢进行热压缩试验材料的弹性模量取常数

U75V。

E5泊松比导热性系数热容量辐射

=2.06×10MPa。、、、

率等参数按材料库中进行设置试验采用

AISI-1078。

ϕ试样取自攀钢热轧钢轨获

10mm×15mm,60AT1,

得了四个不同温度

图钢轨跟端终锻件示意单位850℃、950℃、1050℃、1150℃、

460AT1(:mm)不同应变速率下的应力应变曲线如图所示

—,6。

锻件模具结构

2.2.2

现有活块模具结构形式如图所示上模座

5。

上下运动通过斜楔使左右模水平运动使轨腰成

,,

型称为腰模一块模静止使轨头成型称为头

,;,,

模一块模进行竖直运动使轨底成型称为轨

;,,

底模

。

预锻时不安装轨底板轨腰自由展高终锻时

,,;

头模腰模与轨底模共同作用给工件挤压力使工

、,,

件成型通过斜楔将压力机的竖直力转化为水

。30°

平力推动腰模工作

,。

图

6

基于的钢轨跟端活块模锻工艺研究

DEFORM-3D60AT13

图预锻模具模型

7

终锻模具设计

3.2.2

终锻模的结构与预锻模基本相同与预锻共用

,

头模即工件放置在头模中不动只移走预锻长短

,,、

肢腰模更换为终锻长短肢腰模终锻还要用轨底

,、,

模使轨底成型终锻模的三维模型如图所示

,。8。

图终锻模具模型

8

预锻数值模拟

3.3

预锻有限元模型

图钢在不同温度应变速率下的3.3.1

6U75V、坯料选取长度的钢轨采用三

应力应变曲线示意800mm60AT1,

—维四面体等单元对坯料进行离散化网格划分如

,

模具设计图所示坯料被离散成由初始网格

3.29,100320,

预锻模具设计个单元的变形体其表面多边形数为

3.2.186774,20792

预锻模主要是由头模预锻长短肢腰模组个模具被设置为刚体模具温度为

、(),,150℃。60AT1

成应用三维软件进行实体建模设计出预锻各模钢轨初始网格如图所示预锻工序三维几何模型

,9,

块预锻模具模型如图所示如图所示

,7。10。

图图钢轨初始网格

7960AT1

铁道工务铁路道岔

4·

图预锻工序三维几何模型

10

预锻时两腰模水平运动速度为至两

,5mm/s,

腰模距离为时程序模拟终止

20mm。图预锻温度场

本模型将模具定义为刚体坯料为高温变形刚13

,

塑性体模具与坯料之间摩擦采用剪切摩擦模型下运动终锻腰模水平相对运动使工件轨腰轨底

,,、,、

即τmk式中m润滑状态热锻为摩擦因同时发生变形第二步头模静止轨底板不参与工

f=,=0.3();,,

子k为剪切屈服强度作终锻腰模水平相对运动使工件轨腰变形第三

,。,,;

预锻成型结果步头模静止轨底板做向下运动终锻腰模水平相

3.3.2,,、

坯料初始温度为开始预锻过程的模对运动使工件最终成型

1150℃,,。

拟计算得到整个预锻过程水平方向的行程载荷计算垂直载荷时对模型进行简化斜楔与模

,—,,

曲线如图所示预锻成型如图所示温度场具间摩擦忽略不计得到公式

,11,12,,(1)。

如图所示PPPP

13。≈1+0.577(C+D)(1)

式中P总载荷

———;

P轨底板垂直载荷

1———;

P长肢终锻腰模水平载荷

C———;

P短肢终锻腰模水平载荷

D———。

终锻有限元模型

3.4.1

根据模具几何结构确定终锻腰模头模轨底

,、、

板之间的位置关系如图所示

,14。

图预锻成型过程行程载荷曲线示意

11—

图终锻工序三维几何模型

14

终锻的坯料模型由预锻完成后的工件模型直

接导入温度为模具预热温度为

,669~1151℃,

根据几何关系设置块模具的相对运动速

150℃。3

度腰模速度为轨底板向下运动速度为

,5mm/s,

图预锻成型完成

12

8.66mm/s。终锻成型结果

3.4.2

终锻数值模拟终锻三个工步成型段形状变化如图所示各

3.415,

钢轨跟端在经过预锻后直接进行终锻工步载荷如图图所示温度场变化如图

60AT1,。16~18,19

终锻模拟分为三步第一步头模静止轨底板做向所示

:,,。

基于的钢轨跟端活块模锻工艺研究

DEFORM-3D60AT15

图终锻成型过程成型段截面变化情况

15

图终锻第三步行程载荷曲线示意

18—

图终锻第三步温度场

19

图终锻第一步行程载荷曲线示意

16—由图可以看出到成型结束时水平载荷达到

18,,

垂直载荷达到超出设备能力范

44.4MN,46.7MN,

围实际生产时往往采取分段施压的办法即用小

。,

轨底模代替整体轨底模分两次压下的办法来解决

,

设备能力的问题

。

4工艺试验

试验设备及工艺条件

4.1

利用热模锻油压机图对本

60MN(20)

跟端锻造成型进行生产试验验证锻前加

60AT1。

热设备为中频感应加热炉图锻后在

350kW(21),

电阻炉内进行正火处理达到均匀组织消

75kW,,

除内应力的作用使金相组织和机械性能满足标

图终锻第二步行程载荷曲线示意,

17—准要求

。

铁道工务铁路道岔

6·

因是轨腰在试验时控制值与理论值有一定偏差造成

,

轨腰偏厚中心高度偏低最大高度和两点高度差值

、。

偏差的原因是实际试验时模具轨底润滑较好利于

,,

轨底边长高

。

终锻结果及分析

4.3

终锻后工件如图所示终锻成型段试验与模

23,

拟截面尺寸对比见表由表可知轨头宽度轨

4。4、

腰厚度中心高度差别不大轨底宽度差别较大分

、,,

析原因是轨底飞边的影响造成的由于试验时飞边

,

冷却较快造成合模状态与模拟时有偏差实际生

图热模锻油压机,。

2060MN产中应确定合理的轨底板宽度

。

图终锻后工件

23