一种钢轨焊缝加固夹板制造工艺及其夹板的制作方法

本发明涉及钢轨制造技术领域，具体涉及一种钢轨焊缝加固夹板制造工艺及其夹板。

背景技术：

铁路轨道线路在铺设时，主要依靠焊接来衔接钢轨达到连成轨道线路的目的。焊接作为一个常用的制造工艺，主要存在焊接缝断裂的失效形式；而一旦焊缝出现此类失效，其维护成本通常都会非常高昂，而焊缝接头夹板作为一款易生产、安装相对简单的焊缝加固产品，极大地降低了针对焊接缝一系列失效模式进行维护的成本，因此在行业内得到了较为广泛的应用。

目前钢轨焊缝加固主要应用的产品为普通焊缝接头夹板和鼓包型焊缝接头夹板。普通焊缝接头夹板，使用的是机加工成型工艺，存在因夹板中间部分材料损失带来的强度损失问题，强度的损失表现为断裂、变形等失效形式，而这些情况为铁路轨道线日常运行带来了严重的安全隐患。鼓包型焊缝接头夹板，采用的是热轧的成型工艺，在不损失材料的情况下加工出产品的设计型式，但存在加工尺寸难以保证、内部残余应力过大等工艺问题，在实际铁路上使用时往往需要经常性地对其进行检验和更换，维护效率低，维护成本高。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出一种钢轨焊缝加固夹板制造工艺及其夹板，以便解决或者部分解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明一方面提供一种钢轨焊缝加固夹板制造工艺，所述工艺包括：

步骤1，下料，切割定制的合金钢棒形成预设长度的锻压毛坯；

步骤2，锻压，根据预制的模具对所述锻压毛坯进行锻压，锻压出所述夹板的避空结构、加强凸台和顶部开槽；

步骤3，机加工，采用铣削加工出所述夹板与钢轨贴合的承重曲面，并加工出所述夹板上的连接通孔；

步骤4，胶结，将带有玻纤布层的胶结结构通过压合的方式固定在所述夹板上。

优选地，所述步骤2具体包括：

步骤201，选取天然气炉将所述锻压毛坯加热至1000-1200摄氏度；

步骤202，选取4kt压力机对所述锻压毛坯进行初锻，锻造时的温度为1080摄氏度，偏差在上下50摄氏度；

步骤203，选取4kt压力机对所述锻压毛坯进行二锻，锻造温度为850摄氏度以上；

步骤204，选取400t热冲压机对所述锻压毛坯进行切边处理。

优选地，所述步骤2还包括：

步骤205，选取空气锤对所述锻压毛坯进行校直；

步骤206，利用抛丸机进行抛丸。

优选地，所述步骤3具体包括：

步骤301，选取立式铣床对所述夹板与所述钢轨的结合的一侧进行铣平面加工；

步骤302，选取双面铣床对所述夹板的上述侧的上下部铣斜面加工；

步骤303，选取卧式铣床在上述斜面处进行铣圆弧面加工；

步骤304，利用卧式铣床对上述侧进行铣大弧侧端面加工，从而加工出所述承重曲面；

步骤305，利用加工中心加工所述夹板上的通孔。

优选地，所述步骤3还包括：

步骤306，利用摇臂钻床对所述夹板承重曲面的另一侧进行倒角处理；

步骤307，选取喷砂机对所述夹板进行喷砂处理。

优选地，所述步骤4具体包括：

步骤401，将若干层玻纤布双面刷胶，叠加对齐胶连在一起，在所述若干层玻纤布的一侧粘贴一层pet膜；

步骤402，将所述若干层玻纤布的另一侧粘贴在所述夹板承重曲面一侧上，采用上模具进行压合；

步骤403，对所述夹板进行烘干，烘干温度为85-105摄氏度，烘干时间为60-80分钟，从而形成所述胶结结构。

优选地，所述步骤4还包括：

步骤404，选取手持角磨机对所述夹板进行整形处理，并选取摇臂钻床对所述胶结结构进行打孔处理；

步骤405，将所述夹板利用打标机进行打标，然后包装并入库。

优选地，在所述步骤3的铣削加工中，各所述铣床主轴转速为180-200r/min，铣刀进给量为0.20-0.28mm/r。

优选地，所述合金钢棒采用40cr合金钢。

本发明另一方面提供一种钢轨焊缝加固夹板，根据上述任一项的加工工艺进行加工，所述夹板包括基体、顶部开槽、避空结构、通孔、加强凸台、胶结结构和承重曲面，所述夹板与所述钢轨贴合的一侧设置有承重曲面和胶结结构和避空结构，所述夹板顶部设置有顶部开槽，所述避空结构与所述加强凸台分别设置在所述夹板的两侧，所述夹板通过所述通孔固定在所述钢轨上。

本发明的具有以下优点：

一、传统焊缝夹板存在强度较低、内部有残余应力、装配困难等缺点，直接影响产品的使用寿命和维护成本，本发明通过变更产品的加工方式来达到更高的强度，使用寿命大大延长；

二、传统焊缝夹板在使用时经常出现顶部开槽处根部断裂的情况，本发明在优化根部圆弧的同时，增加了一个斜度用以支撑负载，因此具有更好的支撑负载能力；

三、传统焊缝夹板通常在避开焊缝焊筋的同时选择不增加此处材料或者选取热轧折弯的方式保留材料，分别有强度不足且使用寿命低和成型精度差且不利于安装、存在残余应力且使用寿命低的缺点，本发明创新性地采用了机械加工方法在凹槽背部加工出加强凸台，既避开了焊缝，又弥补了材料不足的强度损失，同时成型精度也有了保证；

四、本发明采用贴合钢轨的弧形面设计，并通过机械加工的方式更精确地加工出弧面轮廓，因而对钢轨有更好的支撑作用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板的立体示意图；

图2是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板的俯视图；

图3是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板的正视图；

图4是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板机加工中铣平面的工艺简图；

图5是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板机加工中铣斜面的工艺简图；

图6是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板机加工中铣圆弧面的工艺简图；

图7是本发明一个实施例中的钢轨焊缝加固夹板机加工中铣大弧侧端面的工艺简图；

图中各附图标记分别表示：1、顶部开槽，2、避空结构，3、通孔，4、加强凸台，5、胶结结构，6、承重曲面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

本发明实施例1公开了一种钢轨焊缝加固夹板制造工艺，该工艺包括：

步骤1，下料，切割定制的合金钢棒形成预设长度的锻压毛坯，优选地，切割成的锻压毛坯长度为870mm。

步骤2，锻压，选取预制的模具对锻压毛坯进行锻压，锻压出夹板的避空结构2、加强凸台4和顶部开槽1。锻压加工夹板，成型工艺简单，且避免了因热轧成形带来的平直度差、残余应力集中等问题。

步骤3，机加工，采用铣削的方式加工出夹板与钢轨贴合的承重曲面6，并加工出夹板上的连接通孔3。

机加工可以更好地控制夹板外形精度，保证安装尺寸和外形轮廓，使夹板更好地贴合钢轨并对其进行加固。避空结构2部位不进行机加工，最大限度保留金属流线面纤维，进而保障夹板避空结构2的强度。

步骤4，胶结，将带有玻纤布层的胶结结构5通过压合的方式固定在夹板上。

进一步地，步骤2具体包括：

步骤201，选取天然气炉将锻压毛坯加热至1000-1200摄氏度，最优加热温度为1050-1120摄氏度，加热时间为1.5小时到2小时，当然，也可以选择其他加热炉对毛坯进行加热。

步骤202，选取4kt压力机对锻压毛坯进行初锻，锻造时的温度为1080摄氏度，偏差在上下50摄氏度。其中锻压的模具根据需要进行独特设计，满足了形状和尺寸公差等需要。

步骤203，采用4kt压力机对锻压毛坯进行二锻，锻造温度为850摄氏度以上。

步骤204，选取400t热冲压机对锻压毛坯进行切边处理，切除多余脚料。

进一步地，步骤2的机加工中还包括如下的步骤：

步骤205，利用空气锤对锻压毛坯进行校直。

步骤206，利用抛丸机进行抛丸，以提高夹板的寿命。

进一步地，步骤3具体包括如下步骤：

步骤301，选取立式铣床对夹板与钢轨的结合的一侧进行铣平面加工，如图4所示。

步骤302，选取双面铣床对夹板的上述侧的上下部铣斜面加工，其加工部位参见图5所示。

步骤303，选取卧式铣床在上述斜面处进行铣圆弧面加工，如图6所示，铣圆弧刀具为独特性设计，可一次性铣出所需圆弧。

步骤304，利用卧式铣床对上述侧进行铣大弧侧端面加工，从而加工出承重曲面6，如图7所示。

步骤305，利用加工中心加工夹板上的通孔3，圆孔直径为12.5mm，孔间距为120-140mm，钻头转速为742r/min，进给量74mm/min。

进一步地，步骤3还包括：

步骤306，利用摇臂钻床对夹板承重曲面6的另一侧进行倒角处理，去除零件上因机加工产生的毛刺，便于零件装配。其中，刀具的转速为398r/min，进给量39mm/min。

步骤307，采用喷砂机对夹板进行喷砂处理，使夹板的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使夹板表面的机械性能得到改善，因此提高夹板的抗疲劳性，同时也便于夹板的胶装。喷砂气压为0.6mpa。

进一步地，步骤4具体包括如下步骤：

步骤401，将若干层玻纤布双面刷胶，叠加对齐胶连在一起，在若干层玻纤布的一侧粘贴一层pet膜。当胶连的玻纤布为3层时，既可以达到所需绝缘效果，又不影响夹板的使用，因此玻纤布层优选为3层。

步骤402，将若干层玻纤布的另一侧粘贴在夹板承重曲面6一侧上，利用上模具进行压合，使胶连层和夹板贴合更加紧实，压合压力为1000-2000n·m。

步骤403，利用烘箱对夹板进行烘干，烘干温度为85-105摄氏度，烘干时间为60-80分钟，从而形成胶结结构5。

进一步地，步骤4还包括如下步骤：

步骤404，选取手持角磨机对夹板进行整形处理，并选取摇臂钻床对胶结结构5进行打孔处理，使夹板的通孔3处无胶结结构。

步骤405，将夹板选取打标机进行打标，然后包装并入库。

进一步地，在步骤3的铣削加工中，各铣床主轴转速为180-200r/min，铣刀进给量为0.24-0.25mm/r。

进一步地，合金钢棒材质优选为40cr合金钢，当然，也可以采用其他的合金钢材质。

实施例2

如图1-图3所示，本发明的实施例还公开了一种钢轨焊缝加固夹板，夹板包括基体、顶部开槽1、避空结构2、通孔3、加强凸台4、胶结结构5和承重曲面6，其中，避空结构2、加强凸台4和顶部开槽1根据锻压模具锻压形成。

夹板与钢轨贴合的一侧设置有承重曲面6和胶结结构5和避空结构2，夹板顶部设置有顶部开槽1，避空结构2与加强凸台4分别设置在夹板的两侧，夹板通过通孔3固定在钢轨上。夹板基体的厚度为60mm。顶部开槽1为钝角，顶部开槽1的设计可以避开车轮，减少磨损；增加圆弧结构和斜度使其能承受更高负载。避空结构2可以有效避开钢轨焊接处的焊筋，并选取良好的圆弧结构优化减少应力集中。通孔3的设计便于夹板固定在钢轨上。加强凸台4的长度为135mm，比其所在夹板侧的端面高10mm，加强凸台4的设计增加了凸台设置弥补损失掉的材料，并选取机械加工的方式成型，更高精度的外形尺寸更利于现场安装和减少金属疲劳断裂的发生概率。

胶结结构5的设计使夹板和钢轨之间通过绝缘层接触，达到绝缘效果。承重曲面6的设计使夹板与钢轨更加贴合，对钢轨起到一定的支撑作用，更加利于分担来自钢轨的负载，更好地提高了钢轨的负载强度。

进一步地，避空结构2中间形成有平面或曲面，平面或曲面两侧通过弧面与夹板的承重曲面6连接，通过该结构进一步降低了应力的产生。

进一步地，胶结结构5包括若干层玻纤布，各层玻纤布的两侧均设置有胶黏剂，胶结结构的顶部设置有pet膜，pet膜可防止在胶结压合时胶结结构和压合模具粘黏，pet膜可在安装在钢轨时去除。

进一步地，胶粘剂优选为高温固化环氧胶粘剂。高温固化环氧胶粘剂固化温度为85-120℃，固化时间为60-80分钟。

进一步地，夹板与钢轨通过螺栓穿过通孔3连接固定，通过螺栓和螺母固定。

进一步地，合金钢棒材质优选为40cr钢，当然，也可以采用其他的合金钢材质。

综上，本发明公开了一种钢轨焊缝加固夹板制造工艺及其夹板。工艺包括首先，下料，切割定制的合金钢棒形成预设长度的锻压毛坯；其次，锻压，选取预制的模具对锻压毛坯进行锻压，锻压出夹板的避空结构、加强凸台和顶部开槽；再次，机加工，选取铣削加工出夹板与钢轨贴合的承重曲面，并加工出夹板上的连接通孔；最后，胶结，将带有玻纤布的胶结结构通过压合的方式固定在夹板上。通过上述工艺制造的夹板强度高、残余应力小，提高了成型的精度，且对钢轨具有更好的支撑负载能力。本发明提供的夹板通过变更产品的加工方式来达到更高的强度，使用寿命大大延长；本产品在优化根部圆弧的同时，增加了一个斜度用以支撑负载，因此具有更好的支撑负载能力；本产品创新性地选取了机械加工方法在凹槽背部加工出加强凸台，即避开了焊缝，又弥补了材料不足的强度损失，同时成型精度也有了保证；本产品选取贴合钢轨的弧形面设计，并通过机械加工的方式更精确地加工出弧面轮廓，因而对钢轨有更好的支撑作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。