一种铁路垫板的新型加工方法以及模具与流程

本发明涉及铁路垫板的加工技术领域，具体是一种铁路垫板的新型加工方法以及模具。

背景技术：

铁垫板是固定钢轨的重要扣件之一，放置于钢轨与轨枕之间，是支撑轨道的主要受力部件。随着列车的提速，对轨道线路的稳定性要求也越来越高，需要铁垫板具有更好的减震性、耐冲击性和更长的使用寿命。

铁垫板的生产加工方法主要有：焊接、铸造、锻造等加工方法。其中组焊垫板因焊接原因使得垫板的力学性能减弱，该类型产品已逐渐淡出市场；目前铁垫板市场主要以锻造和铸造生产加工方法为主，其中铸造铁垫板的材质主要采用球墨铸铁或可锻铸铁，虽然拥有良好的强度、韧性和减震性，但是随着高速铁路的快速发展，对铁垫板要求也越来越高，此外，铸件内部组织致密程度相对于轧制和锻造较差，而且常会出现砂眼、气孔、浇不足、变形等缺陷问题，成品率不高，此外，铸造易产生较多的气体污染，水污染等。锻造虽然可以消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，锻造后的铁垫板具有更好的组织结构、力学性能和综合性能等。但是锻造对设备的依赖性高，生产效率低，成本高，模具损伤大，不适合大批量生产。

轧制加工方法优点在于劳动强度低、材料和工具消耗少；轧件连续静压变形，易于实现机械化和自动化。缺点在于为了控制轧件轧件的力学性能和轧件的厚度及尺寸精度，需要投入专用设备和精细模具，因此单一的轧制加工方法不适用于非一致性截面铁垫板的生产。

因此，为了提升效率和降低成本，需要研发一种低成本、高效率的铁垫板新的加工方法。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明结合轧制与模锻的加工方法优势，进行铁垫板加工生产，本发明提供一种铁路垫板的间歇性轧制模具和终锻精整模具组合和一种高质量、低成本、高效率的铁垫板间歇性轧制和精整复合的加工方法。具体方案如下：

一种铁路垫板的轧制和精整模具，包括间歇性轧制模具和终锻精整模具，间歇性轧制模具包括间歇性轧制模具上模和间歇性轧制模具下模，所述间歇性轧制模具上模和间歇性轧制模具下模分别为圆柱形，同时转动，在接触面分别设置相互配合的凹凸面，凹凸面之间具有空腔，将板材放入间歇性轧制模具上模和间歇性轧制模具下模之间空腔进行轧制，形成规定的形状。终锻精整模具包括上模部和下模部，其中，所述上模部包括上模板、冲头、上楔、终锻顶料杆和紧固螺栓，冲头紧固于上模部上；所述下模部包括下模板、定位块、下楔和紧固螺栓，所述终锻精整模具上模部和下模部接触面分别设置相互配合的凹凸面，凹凸面之间具有空腔，对放入终锻精整模具上模部和下模部之间空腔的坯料进行锻压精整。

优选的，根据所述间歇性轧制模具圆柱体表面凹凸纹组合的数量，经轧制制得的产品可以一次为两个、三个、四个或者五个，实现一出二、一出三、一出四或者一出五，大大提高了生产效率。

所述终锻模具具有两个腔室，可以同时加工两件产品。

同时，本发明还提供一种铁路垫板的新型加工方法。本发明的技术效果通过以下技术方案实现：

步骤a、选材：根据要求及产品尺寸，定制符合规格的板材；

步骤b、加热：将板材运至感应加热设备加热；

步骤c、间歇性轧制：包括预轧制和终轧；

步骤d、冷却：轧制后，将坯料冷却至常温，

步骤e、在锯床上锯切，加工成成品要求的尺寸；

步骤f、模锻精整；

步骤g、冲孔；

步骤h、包装入库。

优选的，所述步骤a中，选择q235b的定尺板材。

优选的，所述步骤b中，采用中频感应电炉加热，加热温度范围为1100-1300℃，加热时间为35-60秒。

优选的，所述步骤c具体为将坯料用输送机输送至轧辊直径500-1200mm的轧制机预轧制，而后利用机械手加持反向送入轧辊直径500-1200mm的轧制机，进行终轧。

进一步的，所述步骤c预轧制和终轧过程中控制温度范围1100-1150℃，轧制时间分别为1.0～1.5秒和1.0～1.5秒。

优选的，所述步骤d中，将坯料放置于冷床上进行空冷至常温。

优选的，所述步骤f中，常温下，采用200-1600t压力机进行模锻精整。

优选的，所述步骤g中，以左、上两面为基准，人工放入200-1600t压力机冷冲，采用这种方式冲压出的工件不需要进一步机械加工，尺寸精度较高。

优选的，在步骤g冲孔完毕后，采用超声无损探伤检查，主要检查是否存在内部裂纹缺陷。

更进一步，在步骤g冲孔完成后，进行拉伸和折弯性能检查。

本发明采用间歇性轧制和精整复合的加工方法生产，生产效率大幅度提高，每次轧制根据铁垫板长度可制作3-5件，从加热、两道次轧制、锯切等工序均可使用工业机器人实现自动化操作，减少了人力投入，同时提升了效率；轧制模具与普通模锻模具成本接近；轧制变形是连续的静压成型，在轧制过程中，没有冲击与振动保证了铁垫板良好的金属流线；残余变形和附加应力相对较小，产品的力学性能更加稳定；坯料与模具之间的相对滑动较小，因此模具磨损小，降低了模具损耗，延长了的模具使用寿命，也保证了铁垫板尺寸的稳定性。

精整后产品的力学性能和疲劳性能均达到了设计需求。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的间歇性轧制模具结构截面示意图；

图2为本发明实施例2的间歇性轧制模具第一道次轧制的剖面图；

图3为本发明实施例3的间歇性轧制模具第一道次轧制的一种剖面图；

图4为本发明实施例3的间歇性轧制模具第二道次轧制的一种剖面图；

图5为本发明实施例4的间歇性轧制模具第一道次轧制的一种剖面图；

图6为本发明实施例4的间歇性轧制模具第二道次轧制的一种剖面图；

图7为本发明实施例5的间歇性轧制模具第一道次轧制的一种剖面图；

图8为本发明实施例5的间歇性轧制模具第二道次轧制的一种剖面图；

图9为本发明实施例2的一种铁路垫板的终锻精整模具结构横截面图；

图10为本发明实施例2的一种铁路垫板的终锻精整模具结构俯视图；

图11为本发明实施例3的一种铁路垫板的终锻精整模具结构俯视图；

图12为本发明实施例4的一种铁路垫板的终锻精整模具结构俯视图；

图13为本发明实施例5的一种铁路垫板的终锻精整模具结构俯视图；

图14为本发明实施例2的冲孔模具结构示意图；

图15为本发明实施例3的冲孔模具结构示意图；

图16为本发明实施例2的一种铁路垫板的结构正视图；

图17为本发明实施例2的一种铁路垫板的结构俯视图；

图18为本发明实施例3的一种铁路垫板的结构正视图；

图19为本发明实施例3的一种铁路垫板的结构俯视图；

图20为本发明实施例4的一种铁路垫板的结构俯视图；

图21为本发明实施例5的一种铁路垫板的结构俯视图；

图22为本发明提供的一种铁路垫板的新型加工方法的工艺流程图。

图中，1-1为间歇性轧制模具上模，1-2为间歇性轧制模具下模；2-1为下模板，2-2为下楔，2-3为下模，2-4为上楔，2-5为上模，2-6为紧固螺栓，2-7为上模板，2-8为终锻顶料杆，2-9为定位块，3-1为下模板，3-2为下模，3-3为冲头,3-4为导向装置，3-5为压板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例中所述的间歇性轧制包括预轧和终轧，在轧制工序只有两步时，分别可以叙述为第一道次轧制和第二道次轧制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在成品率不高、生产效率低，成本高等不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种铁路垫板的新型加工方法。

实施例1：

一种铁路垫板的轧制和精整模具，包括间歇性轧制模具和终锻精整模具，如图1、图2所示，间歇性轧制模具包括间歇性轧制模具上模1-1和间歇性轧制模具下模1-2，所述间歇性轧制模具上模1-1和间歇性轧制模具下模1-2分别为圆柱形，同时转动，在接触面分别设置相互配合的凹凸面，凹凸面之间具有空腔，将板材放入间歇性轧制模具上模1-1和间歇性轧制模具下模1-2之间空腔进行轧制，形成规定的形状。终锻精整模具包括上模部2-5和下模部2-3，其中，所述上模部2-5包括上模板2-7、冲头、上楔2-4、终锻顶料杆2-8和紧固螺栓2-6，冲头紧固于上模部2-5上；所述下模部2-3包括下模板2-1、定位块2-9、下楔2-2和紧固螺栓2-6，所述终锻精整模具上模部2-5和下模部2-3接触面分别设置相互配合的凹凸面，凹凸面之间具有空腔，对放入终锻精整模具上模部2-5和下模部2-3之间空腔的坯料进行锻压精整。

本发明的又一个实施例中，根据所述间歇性轧制模具圆柱体表面凹凸纹组合的数量，经轧制制得的产品可以一次为两个、三个、四个或者五个，实现一出二、一出三、一出四或者一出五，大大提高了生产效率。

如图10～13所示，所述终锻模具具有两个腔室，可以同时加工两件产品。

将间歇性轧制模具和终锻精整模具分别放入轧制机和压力机中，加热到相应温度后，对坯料进行轧制或者锻压精整。

实施例2～5中用到的设备包括潍坊科华电炉制造有限公司公司生产的型号为kgps-1250的中频感应电炉；中机锻压江苏股份有限公司生产的zgd-500、zgd-800和zgd--1200轧制机；重庆江东有限公司生产的ysk-800、ysk-200和ysk-1600压力机。

实施例2：

图22为本发明提供的一种铁路垫板的新型加工方法的工艺流程图。

本发明的一种典型的实施方式中，目标加工尺寸为46.97×117.8×185.76(厚×长×宽，单位mm)的铁垫板产品，产品示意图为图16、17，轧制模具截面如图1横截面图所示，剖面如图2所示，示意图10和图9分别为终锻模具的俯视图和横截面图。根据产品长度和轧机规格，确定每批次量4件。

本发明一种铁路垫板的新型加工方法的技术方案包括以下步骤：

步骤a、选材，采用厚度为20mm的q235b材质的定尺板材；

步骤b、将板材运至中频感应电炉，在1100-1200℃范围内加热50秒，得到坯料；

步骤c、出炉后，坯料经输送机输送至轧辊直径500mm轧制机轧制，轧制截面参照图1a-1、a-2所示，温度控制范围1130-1150℃，轧制时间1.5s；预轧后通过机械手加持反向送入轧辊直径500mm的轧制机，进行终轧，温度控制范围1100-1130℃，轧制时间1.5s；

步骤d、轧制完成后，将坯料转移至冷床上进行空冷至常温；

步骤e、在距床上锯切，加工成成品要求的尺寸，本实施例中为46.97×117.8×185.76(厚×长×宽，单位mm)；

步骤f、常温下，采用200t的ysk-200压力机进行模锻精整，精整模具参照图2所示，包装各尺寸公差以及底面平整度。

步骤g、以左、上两面为基准，采用参照图14所示的冲孔模具，所述冲孔模具包括下模板3-1，下模部3-2，冲头3-3,导向装置3-4，压板3-5；人工放入另一台ysk-200压力机冷冲孔。

步骤h、包装入库。

实施例3：

本发明的一种典型的实施方式中，铁垫板结构如图18和图19所示，预、终轧制模具分别如图3和图4所示，终锻模具如图9和图11所示，冲孔模具参照图15所示。按照以下步骤制备：

步骤a、选择，采用厚度为20mm的q235b材质的定尺板材；

步骤b、将板材运至中频感应电炉，在1100-1200℃范围内加热60秒，得到坯料；

步骤c、出炉后，坯料经输送机输送至轧辊直径1200mm轧制机轧制，轧制截面参照图1a-1、a-2所示，温度控制范围1100-1130℃，轧制时间1.5s；预轧后通过机械手加持反向送入轧辊直径1200mm轧制机，进行终轧，温度控制范围1130-1150℃，轧制时间1.0s；

步骤d、轧制完成后，将坯料转移至冷床上进行空冷至常温；

步骤e、在距床上锯切，加工成成品要求的尺寸，本实施例中为46.97×117.8×185.76(厚×长×宽，单位mm)；

步骤f、常温下，采用800t的ysk-800压力机进行模锻精整，精整模具参照图2所示，包装各尺寸公差以及底面平整度。

步骤g、以左、上两面为基准，采用参照图14所示的冲孔模具，所述冲孔模具包括下模板3-1，下模部3-2，冲头3-3,导向装置3-4，压板3-5；人工放入另一台ysk-800压力机冷冲孔。

步骤h、包装入库。

实施例4：

本发明的一种典型的实施方式中，铁垫板结构如图18和图20所示，预、终轧制模具分别如图5和图6所示，终锻模具如图9和图12所示，冲孔模具参照图15所示。

按照以下步骤制备：

步骤a、选择，采用厚度为20mm的q235b材质的定尺板材；

步骤b、将板材运至中频感应电炉，在1200-1300℃范围内加热35秒，得到坯料；

步骤c、出炉后，坯料经输送机输送至轧辊直径800mm轧制机轧制，轧制截面参照图1的a-1、a-2所示，温度控制范围1130-1150℃，轧制时间1.0s；预轧后通过机械手加持反向送入轧辊直径800mm轧制机，进行终轧，温度控制范围1130-1150℃，轧制时间1.0s；

步骤d、轧制完成后，将坯料转移至冷床上进行空冷至常温；

步骤e、在距床上锯切，加工成成品要求的尺寸，本实施例中为46.97×117.8×185.76(厚×长×宽，单位mm)；

步骤f、常温下，采用1600t的ysk-1600压力机进行模锻精整，精整模具参照图2所示，包装各尺寸公差以及底面平整度。

步骤g、以左、上两面为基准，采用参照图14所示的冲孔模具，所述冲孔模具包括下模板3-1，下模部3-2，冲头3-3,导向装置3-4，压板3-5；人工放入另一台ysk-1600压力机冷冲孔。

步骤h、包装入库。

实施例5：

本发明的一种典型的实施方式中，铁垫板结构如图18和图21所示，其基本生产过程如实例1，预、终轧制模具分别如图7和图8所示，终锻模具如图9和图13所示，冲孔模具参照图15所示。

本发明的另一种实施例中，在步骤g冲孔完毕后，采用超声无损探伤检查，主要检查是否存在内部裂纹缺陷。经检查不存在内部裂纹缺陷的产品随后采用木箱包装入库。

本发明的又一种实施例中，在步骤g冲孔完成后，进行拉伸、折弯性能检查及金属流线试验。

1.材料拉伸试验：

采用型号为wew600c万能试验机，测定q235b材料加工后的拉伸性能，结果如下表所示：

拉伸性能测试试验结果表明，材料强度达到了gb/t700-2006《碳素结构钢》标准要求。

2.折弯试验：

将加工完成的垫板进行120°角的弯曲试验，试验结果表明垫板未出现任何裂纹。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本发明的采用轧制手段，轧制变形是连续的静压成型，在轧制过程中，没有冲击与振动保证了铁垫板良好的金属流线；残余变形和附加应力相对较小，产品的力学性能更加稳定；坯料与模具之间的相对滑动较小，因此模具磨损小，降低了模具损耗，延长了的模具使用寿命，也保证了铁垫板尺寸的稳定性。

2)、精整后产品的力学性能和疲劳性能均达到了设计需求。对铁垫板做120°折弯实验后，其表面及折弯部位没有裂纹等缺陷；将铁垫板纵向剖切，在断面上有完整清晰的金属流线，确保了产品的强度和韧性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。