一种变截面零部件的一体成型加工工艺
阅读说明：本技术 一种变截面零部件的一体成型加工工艺 (Integrated forming processing technology of variable cross-section parts ) 是由 关铁 于 2019-02-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种变截面零件的一体成型加工工艺,其变截面辊锻成形包括以下具体步骤：a.根据变截面零件的形状制定轧制工艺,并按照轧制工艺安排轧机先后顺序进行多道次辊锻成形；b.将金属材料预先加热,送至轧机后,经过变截面加工,按照金属材料输送方向进行辊锻,所述金属材料从一个轧机转移到另一个轧机前,进行补热处理,重新加热,然后送进下一个轧机进行轧制。本发明提供了一种变截面零件的加工工艺,采用变截面辊锻一体化成形技术,所制备变截面零件,相对于组合式或焊接式的变截面零部件,具有较高力学性能和使用寿命。(The invention discloses an integrated forming processing technology of a variable cross-section part, wherein the variable cross-section roll forging forming comprises the following specific steps: a. a rolling process is established according to the shape of the variable cross-section part, and the rolling mill is arranged to perform multi-pass roll forging forming in sequence according to the rolling process; b. preheating a metal material, feeding the metal material to a rolling mill, performing variable cross-section processing, performing roll forging according to the conveying direction of the metal material, performing heat supplementing treatment before transferring the metal material from one rolling mill to another rolling mill, reheating the metal material, and feeding the metal material to the next rolling mill for rolling. The invention provides a processing technology of a variable cross-section part, which adopts a variable cross-section roll forging integrated forming technology to prepare the variable cross-section part, and compared with a combined or welded variable cross-section part, the variable cross-section part has higher mechanical property and longer service life.)
技术领域
本发明涉及材料制备领域，尤其是涉及一种一种变截面零部件的一体成型加工工艺。
背景技术
轨道交通系统中，道岔连接线路和交叉股道，使机车车辆从一条股道转入另一条股道，是保障列车正常、安全、高效运行的重要基础设备，且数量巨大。据统计，城市地铁系统中平均每公里里程对应1套道岔。统计了国内10家铁路变轨道岔生产厂家，2017年大型货运铁路全年产量3万组，年产值100亿元以上，加上近年来快速发展的市域铁路和高速铁路，总市场需求在200亿元以上。道岔主要由辙叉、尖轨、护轨、转辙器等构成，包括均匀截面和大型变截面两种类型零部件。其中，辙叉、尖轨、护轨等大型变截面零部件的结构和工况导致其受载不均，易发生局部失效，寿命远低于均匀截面的工字型钢轨，是轨道结构中损伤最严重的部位，其使役性能影响和决定了轨道安全和运行效率，成为制约我国轨道交通向客运高速、货运重载方向快速发展的瓶颈。鉴于此，突破现有材料、技术和装备，开发高寿命的大型变截面轨道零部件的新材料、新技术、新工艺和新装备迫在眉睫。
针对变截面轨道零部件易局部过载过早失效的特点，目前的研发主要采用合金钢局部增强后装配组合或焊接等手段，从而提高变截面轨道零部件的整体服役寿命。以道岔中的辙叉部分为例，主要使用固定型辙叉，有高锰钢组合式、高密度整铸锰钢辙叉、钢轨组合式等，国外高锰钢组合辙叉占正线使用辙叉数量的80%以上。目前广泛使用的高锰钢整铸辙叉，生产效率高、整体性能好、价格低廉，但是耐磨性差、使用寿命离散性较高。为提高耐磨性和抗接触疲劳，进一步开发了局部增强的高强度贝氏体合金钢辙叉。1996年，美国研发出J9贝氏体钢制造了具有较好耐磨性的拼装辙叉。随后，2001年起，德国联邦铁路公司（DB）与奥钢联（BWG）挑选出世界范围内使用的17种贝氏体钢进行比较测试，并在2009年得到高强度贝氏体钢适用于铁路辙叉的结论。尽管力学性能优异足以满足铁路重载要求，使用贝氏体钢辙叉的道岔在制备上主要采用拼装结构，其加工复杂，整体性差。特别是，由于辙叉与钢轨合金成分不一致，安装和更换时对焊接提出了较为严苛的要求。
高强度贝氏体增强的变截面轨道零部件由于具有较高力学性能和使用寿命，在轨道交通中的应用逐步增加，但是受限于目前的制造工艺，只能采用组合式或焊接式，组合或焊接连接处又成为薄弱环节，服役过程中这些薄弱部位很容易发生局部磨损疲劳失效，影响了整体寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，而提供一种变截面零件的一体成型加工工艺，利用该工艺制造出服役寿命长、可焊接性强、可靠性高的轨道交通用大型变截面零件。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种变截面零件的一体成型加工工艺，其中变截面辊锻成形包括以下具体步骤：
a.根据变截面零件的形状制定轧制工艺，并按照轧制工艺安排轧机先后顺序进行多道次辊锻成形，所述轧机包括多组辊轮变截面成型单元，所述辊轮对之间的轧辊距独立可调节设置；
b.将金属材料送至轧机后，经过变截面加工，按照金属材料输送方向，轧制、锻造一体化成型，所述金属材料从一个轧机转移到另一个轧机前，进行补热处理，然后送进下一个轧机进行轧制。
进一步的，所述材料坯料为单体单种、单体双种以及单体多种，所述种为市面上所有的金属。
进一步的，所述变截面零件金属包括但不限于辙叉、尖轨、护轨。
进一步的，所述每组辊轮变截面成型单元至少包括两个辊轮。
进一步的，所述辊轮变截面成型单元包括顶部辊轮、底部辊轮、左侧辊轮和右侧辊轮。
进一步的，所述具体步骤还包括金属材料的制备。
进一步的，所述金属材料的制备包括以下步骤：
a. 首先将水冷结晶器的内外表面清理干净，去除表面的金属氧化皮，清理完毕后开始电渣熔铸；
b. 开启电渣炉电源，先将一对石墨电极安装在机械摇臂上，然后利用石墨电极通电熔化渣料形成渣池，升起摇臂，换下石墨电极，换上轨道钢电极棒作为自耗电极,在渣池中通电熔化电极棒,全部熔化后换上新的轨道钢电极棒，重复上述过程，直至达到规定重量，当所有金属液滴穿过渣池时，即电极棒熔化完毕形成熔池，保温一段时间，随即在循环水的强制冷却下于结晶器中形成金属材料坯料。
进一步的，所述辊轮与金属材料接触的工作表面分别设置凹槽或凸槽。
本发明可以获得以下有益效果是：
（1）本发明提供了一种变截面零件的一体成型加工工艺，采用变截面辊锻一体化成形技术，所制备变截面零件，相对于组合式或焊接式的变截面零部件，具有较高力学性能和使用寿命，能更好的满足实际生产的要求；
（2）本发明提供了一种变截面零件的一体成型加工工艺，可根据凸轮的不同形状，设计生产不同宽度、不同高度、不同截面的产品，具有灵活性强、简单易行、生产成本低、质量好的优点，适应性更强。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的奥贝体合金钢及其制备方法做详细的说明。
实施例1
一种变截面零件的一体成型加工工艺，包括以下具体步骤：
（1）金属材料的制备：
a. 首先将水冷结晶器的内外表面用砂纸打磨清理干净，去除表面的金属氧化皮，清理完毕后开始电渣熔铸；
b. 开启电渣炉电源，先将一对石墨电极安装在机械摇臂上，然后利用石墨电极通电熔化渣料形成渣池，升起摇臂，换下石墨电极，换上轨道钢电极棒作为自耗电极,在渣池中通电熔化电极棒,全部熔化后换上新的轨道钢电极棒，重复上述过程，直至达到规定重量，当所有金属液滴穿过渣池时，即电极棒熔化完毕形成熔池，保温一段时间，随即在循环水的强制冷却下于结晶器中形成金属材料坯料。
（2）变截面辊锻成形：
a.根据变截面零件的形状制定轧制工艺，并按照轧制工艺安排轧机先后顺序进行多道次辊锻成形，每个轧机上安有四个辊轮，四个轧辊可拆卸，可水平、垂直移动，依照变截面零件的形状，调节辊轮位置，可加工成对称变截面的零件与不对称变截面的零件，可选择至少一个辊轮到四个辊轮加工变截面零件，每个辊轮表面的形状复杂，形状呈现凸起、凹槽；所述轧辊中的成形轧辊对之间的道次间距为固定值，每个道次的成形轧辊对之间的轧辊间距独立可调节设置；
b.将金属材料预先加热到900~1200℃，依次送进各个轧机，将金属材料加工成变截面零件，实现轧制、锻造一体化成型，金属材料从一个轧机转移到另一个轧机会造成热量的损耗，温度显著下降，需要将金属材料送入电渣炉中进行补热处理，重新加热到900~1200℃，然后送进下一个轧机进行轧制。
所述金属材料坯料为单体单钢种、单体双钢种以及单体多钢种，所述钢种为市面上所有的碳素钢和合金钢。
所述变截面零件为道岔上所使用的变截面零件，包括尖轨、护轨。
实施例2
一种变截面零件铁路辙叉的一体成型加工工艺，包括以下具体步骤：
（1）金属材料的制备；包括以下两个步骤：
a. 首先将水冷结晶器的内外表面清理干净，去除表面的金属氧化皮，清理完毕后开始电渣熔铸；
b. 开启电渣炉电源，先将一对石墨电极安装在机械摇臂上，然后利用石墨电极通电熔化渣料形成渣池，升起摇臂，换下石墨电极，换上轨道钢电极棒作为自耗电极,在渣池中通电熔化电极棒,全部熔化后换上新的轨道钢电极棒，重复上述过程，直至达到规定重量，当所有金属液滴穿过渣池时，即电极棒熔化完毕形成熔池，保温一段时间，随即在循环水的强制冷却下于结晶器中形成金属材料坯料。
（2）变截面辊锻成形：
a.根据变截面零件的形状制定轧制工艺，并按照轧制工艺安排轧机先后顺序进行七道次辊锻成形，所述轧机包括七组辊轮变截面成型单元，所述辊轮对之间的轧辊距独立可调节设置，所述辊轮与金属材料接触的工作表面分别设置凹槽或凸槽；通过这种特殊结构的辊轮形状，可实现传统定截面辊弯成形无法实现的深窄截面形状，形成截面深窄及高度可变的变截面板材零件，使生产高度、宽度可变的异形件成为可能；
b.将金属材料进行铣面，预先加热到900-1200℃，送至轧机后，经过等截面或变截面加工，按照金属材料输送方向，依次得到粗辊锻、精辊锻，实现轧制、锻造一体化成型，所述金属材料从一个轧机转移到另一个轧机前，进行补热处理，重新加热到900-1200℃，然后送进下一个轧机进行轧制。
根据需要，所述金属材料坯料为单体单钢种、单体双钢种以及单体多钢种，所述钢种为市面上所有的碳素钢和合金钢。
根据需要，所述每组辊轮变截面成型单元至少包括顶部辊轮、底部辊轮、左侧辊轮和右侧辊轮。
根据需要，所述第一道次顶部辊轮、底部辊轮、左侧辊轮和右侧辊轮的工作表面均为等直径的凹槽。
根据需要，变截面零件铁路辙叉的加工工艺中还包括切削加工步骤。
上述变截面零件铁路辙叉的化学成分和残留元素按照GB/T 4336进行。
上述变截面零件铁路辙叉的拉伸性能按照GB/T 228.1进行检验。
上述变截面零件铁路辙叉的冲击性能按照GB/T 229进行检验，常温和-40℃下各取3个冲击试样取平均值，采用10×10×55mm的标准U型缺口试样，缺口开在侧面，深度2mm。
表1 变截面零件铁路辙叉检验基本项点
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
（1）本发明提供了一种变截面零件的一体成型加工工艺，采用变截面辊锻一体化成形技术，所制备变截面零件，相对于组合式或焊接式的变截面零部件，具有较高力学性能和使用寿命，能更好的满足实际生产的要求；
（2）本发明提供了一种变截面零件的一体成型加工工艺，可根据凸轮的不同形状，设计生产不同宽度、不同高度、不同截面的产品，具有灵活性强、简单易行、生产成本低、质量好的优点，适应性更强。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。