高速鐵路混凝土岔枕機械模具制作分析

摘 要：該岔枕機械模具是根據最高速度350km/h高速鐵路及250km/h客運專線對岔枕的要求而制作的，適用于標準軌距鋪設鋼軌無縫線路的鐵路軌道系統。結合我國高速鐵路的前期科研成果及工程實踐，使性能指標與國際接軌并滿足客運專線的要求。

關鍵詞：高速鐵路；岔枕；模具；制作分析

引言

“十二五”期間，中國鐵路建設繼續加快推進，新線投產總規模達3萬公里，安排鐵路投資2.8萬億元，全國鐵路運營里程將達12萬公里左右，其中2013年鐵路固定資產投資為6000億元，其中基本建設投資4500億元以上，并在12月底相繼開通10條高速鐵路?！笆濉蹦?，以高速鐵路為主骨架的快速鐵路網將達到4.5萬公里。根據《中國鐵路中長期發展規劃》，到2020年為滿足快速增長的旅客運輸需求，建立省會城市及大中城市間的快速客運通道，規劃“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統。建設客運專線1.2萬公里以上，客車速度目標值達到每小時200公里及以上。預計到2020年，中國200公里及以上時速的高速鐵路建設里程將超過1.8萬公里，將占世界高速鐵路總里程的一半以上[1]。

1.高速鐵路平穩運行的關鍵因素

1.1列車車廂間之間的無縫連接

普通火車車廂之間是靠掛鉤連接，而高鐵的車廂連接處都是無縫連接，增加了車廂之間連接的平穩性，高鐵起步、停車做到了所有車廂為一整體，運行就更加平穩。

1.2無砟軌道設計保障運行平穩

高鐵的平穩運行，除了列車車廂間之間無縫連接外，其道床也非常特殊，為預制整體道床，叫無砟軌道（或無碴軌道），整個道床沒有障礙物，保障了高鐵的平穩性。無砟軌道的軌枕是混凝土澆灌而成，路基也不用碎石，鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上，保證了平整度。

1.3鐵路軌道鋪設的混凝土枕（含普通軌枕和岔枕）精度高

岔枕外觀質量和各部尺寸偏差應符合客運專線鐵路無砟軌道道岔用混凝土岔枕技術條件的規定，一是單根平面度（直線度）即測量基點與岔枕頂面支承點的高差每米不大于0.45mm，對于混泥土制品來說幾乎是水平標準，是當前各型岔枕中尺寸要求最為嚴格的；二是靜載抗裂彎矩檢驗應滿足相關要求：正彎矩檢驗荷載50KN，負彎矩檢驗荷載40KN，且試驗時不應出現裂縫；三是預應力鋼絲不得出現任何斷絲且上下排鋼絲之間距離±3mm，保證鋼絲分布均勻，有良好的抗壓性；四是軌距的兩套管中心距離偏差（-1.5，+1）mm，確保安裝的精度和軌距的精確性；五是同一鐵墊板位置的兩相鄰套管中心距離±1mm，既限制了水平度的要求，又保證了垂直度的精確[2]。以上因素中，最重要的就是岔枕的上表面水平度，只有它誤差很小才可以保持運行的絕對平穩。

2.高速岔枕模具的制作工藝過程及材料選擇

2.1制作工藝過程

2.1.1 剪切下料工藝

剪切下料是制作岔枕模具的第一步，決定以后各工藝的開展。剪切下料需要按照圖紙要求進行，關鍵是提高精確，保證長度、寬度、倒角大小等尺寸符合要求，原則上10000mm主槽鋼的長度偏差為（-10，+5）mm，旁彎值不大于4mm；主槽鋼對接時每側接頭數不得多于一個，接頭處應避免在主槽鋼長度的中央，并用增加補強板；對接時要保證平直，不得出現歪斜；接口處應開斜口，其傾斜角小于75°；兩主槽鋼接頭要錯開300mm以上，避免兩焊縫在同一橫截面上；要求有150mm的斜口焊接，并采用氣體保護焊滿焊，且焊縫寬度不得小于12mm。

2.1.2 對接成型工藝

對接成型工藝是影響模具成型的最關鍵工藝，由于為較大型模具，將殼體按照圖紙放到對接操作平臺的模板上，用規定夾具將模具夾好，確保旁彎值不大于4mm，整體扭曲不大于8mm；然后使用螺旋千斤頂施壓，保證殼體與模板密貼，用塞尺測量，兩者縫隙不得超過1mm才可以焊接，當殼體壓至適當位置后，相鄰兩殼體背面用鋼尺測量比照，保證兩殼體之間高低落差不超過1mm；張拉端托板距主槽鋼上緣高度尺寸的極限偏差為（0，+2）mm；上底部加強梁之前，調整好鋼模整體寬度，兩主槽鋼的內、外側凈尺寸極限偏差為（-2，+4）mm，不得超差。以上各種尺寸都要嚴格控制才可以保證模具的精確性。

2.1.3 焊接定型工藝

焊接是一種以加熱方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術。焊接工藝主要根據被焊工件的材質、牌號、化學成分，焊件結構類型，焊接性能要求來確定。該工藝決定了模具最終的狀態和精度。

模具在焊接時根據環境條件要進行預熱，預熱有利于降低中碳鋼熱影響區的最高硬度，防止產生冷裂紋，這是焊接中碳鋼的主要工藝措施，預熱還能改善接頭塑性，減小焊后殘余應力。通常的預熱溫度為150～250℃。由于焊件較大，整體預熱有一定困難，可進行局部預熱，局部預熱的加熱范圍為焊口兩側各150～200mm。

2.1.4 端頭安裝工藝

端頭安裝工藝決定了張拉中心的高度，直接影響岔枕的靜載能力，是保證岔枕質量的關鍵要素。制作端頭時按照圖紙要求，需要保證端頭的尺寸和質量，特別是固定端下鋼絲凹槽與模具底板垂直，各種孔洞采用半自動切割機剪切，保證美觀；端頭由鋼板拼焊而成，加強板等制作材料放置不得歪斜，焊縫不得出現漏焊，焊縫要平整光滑，不留較大的疙瘩，不得出現堆焊現象，杜絕漏焊現象，保證符合焊接要求。

2.1.5 銑（刨）削加工工藝

為保證高速岔枕模具每節岔枕底面的平面度，模具底板在龍門銑（刨）床進行平面加工，由于模具本身存在殼體變形、焊接形成拱度和扭曲變形以及殼體拼接和裝配誤差，殼體底面在加工后存在以下問題：一是部分模具相鄰兩節岔枕底板有錯層，大約為0.5-2.5mm；二是采用盤銑刀加工的鋼模，部分存在接刀面連接不平整；三是銑（刨）削加工后，個別模具部分底板保留量太小，有的甚至小于3mm。因此，要對上述問題進行維修，以保證模具的表面質量。

2.1.6 打磨拋光工藝

打磨工藝是為了保證銑（刨）削加工后留下的過度邊角、錯層、刀紋部分也達到平面度的要求，進行適當維修，進一步提高模具的質量和精度。當打磨水平位置時，不要磨到底板，要保證平整光滑，避免出現高低不平的現象，當打磨底板、側板過度圓角、殼體與主槽鋼接觸位置等非水平面時，打磨時要形成過度圓弧，不能出現溝痕和明顯的凹凸現象；打磨后檢查是否出現少數小坑、砂眼等情況，如有缺陷補焊后重新打磨。

2.2材料選擇

機械模具主要用來生產高速鐵路混凝土岔枕，加工工藝過程需要焊接，因此使用的材料應具有較好的焊接性能。槽鋼屬于建造用和機械用碳素結構鋼，在使用中要求其具有較好的焊接、鉚接性能及綜合機械性能，該模具主要使用32號或36號槽鋼。Q235普通碳素結構鋼含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛，模具的其它部分都使用該種板材[3]。

3.高速岔枕模具的優勢和發展前景

3.1 岔枕模具的優勢

岔枕模具具有技術含量高、加工難度大、工藝流程多等特點，為高速鐵路的建設提供了強力支持，成為眾多廠家開發的重點項目。該公司僅僅用了22天時間就完成了從生產設計到產品發運的過程，采用了先訂單后開發的辦法，在銷售決策、產品開發、物資采購、工裝模具制造、生產組織、產品檢驗、產品發運等統協調，集中推進，成功研發了時速350公里高速鐵路無渣岔枕模具，為企業實施技術創新積累了寶貴經驗。

3.2 岔枕模具的發展前景

無砟岔枕主要用于時速350公里左右的高速鐵路無砟軌道，供往國家重點工程京滬、石武等客運專線，隨著國家“四橫四縱”高速鐵路網的逐步修建，無砟岔枕可廣泛應用于高速鐵路建設中，因此岔枕模具也將不斷發展，具有良好的市場前景。

4.結束語

本文通過對高速鐵路混凝土岔枕機械模具的制作進行分析，闡述了制作的工藝流程，重點強調了模具的制作是精度和質量要求，設計滿足了要求，對高速鐵路岔枕的生產具有重要意義。

參考文獻：

[1]張喜榮，王冬，劉愛霞，高照良.中國高速鐵路建設的現狀及其中長期發展研究[J]，2010.

[2]張振興.鐵路軌枕制造技術[M].西安交通大學出版社，2008.

[3]相俞才.工程材料及機械制造基礎[M].高等教育出版社，2004：22-23.

作者簡介：

朱榮耀（1985-），男，河南平頂山人，開發部經理，工商管理碩士（MBA），主要從事產品研發、市場開發和項目投資等工作。