一種美標鐵墊板生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)工藝

劉冬冬

(馬鋼集團有限公司 安徽馬鞍山 243000)

鐵墊板是鐵路線上用料規(guī)模最大的6大產(chǎn)品(鋼軌、道岔、魚尾板、鐵墊板、軌枕、扣件)之一，鋼軌和軌枕之間的鐵墊板是軌道結(jié)構(gòu)中的重要部件，在輪軌動力系統(tǒng)中起著重要的減振作用。隨著重載鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，軸重日益增加，在鋼軌逐漸重型化的同時對鐵墊板的性能提出了更高要求。要求鐵墊板的減振性能好、耐沖擊、使用壽命長。

1 工藝概況

原料由汽車運入廠房，合格的連鑄坯由行車吊運到上料臺架上，由推鋼機將坯料推入加熱爐內(nèi)加熱。坯料在加熱爐內(nèi)加熱到1150 ℃-1250 ℃，由推鋼機推出加熱爐。鋼坯經(jīng)過10道次的軋制后由剪斷機剪斷后上冷床冷卻。軋件在冷床上冷卻到80 ℃以下時進入矯直機進行矯直。矯直后的軋件由鋸機鋸切成定尺。再進入二次加熱爐加熱，加熱到900 ℃左右由機械手送入壓力機中進行沖孔、平整。經(jīng)過平整的鐵墊板冷卻到常溫后人工打包入庫。

1.1 產(chǎn)品規(guī)格

產(chǎn)品規(guī)格為寬度為220 mm到400 mm的鐵路墊板，產(chǎn)品樣品圖見圖1。機組年產(chǎn)量約3萬t，能滿足美國非正線鐵墊板市場需求。

圖1 產(chǎn)品樣品圖

1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)

整個生產(chǎn)線包括軋制單元和熱沖壓單元。

軋制單元由推鋼機、加熱爐、移鋼機組、軋機組、剪斷機、冷床、鋸機構(gòu)成。如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)線軋制單元結(jié)構(gòu)圖

熱沖壓單元由坯料裝載垛料臺、二軸拆垛機械手、中轉(zhuǎn)臺、爐內(nèi)加料機械手、箱式加熱爐、爐內(nèi)取料機械手、壓機進料機械手、快速液壓機、壓機出料機械手構(gòu)成。如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)線熱沖壓單元結(jié)構(gòu)圖

1.3 主要設(shè)備及特點

1.3.1 軋機組成及型式

全線共4架軋機，均由交流變頻電機單獨傳動。軋機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 軋機技術(shù)參數(shù)

1.3.2 拆垛系統(tǒng)(含1 套拆垛機械手、2 套垛料小車)

拆垛系統(tǒng)布有兩個獨立的拆垛小車，可替換使用保證連續(xù)生產(chǎn)，拆垛料盤由叉車或天車送到拆垛小車上。當(dāng)料盤需要裝載料片時，拆垛小車移出工作區(qū)域，板料裝載完畢后，移進工作區(qū)域，在工作區(qū)域內(nèi)設(shè)有檢測開關(guān)，保證了重復(fù)定位精度，位置檢測信號同時和拆垛機械手聯(lián)鎖，機械手可在平臺上精確定位和采用手指抓取料。拆垛小車不在工作位置時．機械手不會在該料垛上進行操作。拆垛小車的裝料區(qū)域和工作區(qū)域用電動門進行隔離，電動門信號和與操作安全信號聯(lián)鎖，保證了系統(tǒng)的安全性。在拆垛的時候，小車垛料是不動的，拆垛機械手自動適應(yīng)所來垛料的高度開始拆垛(H < 800 mm，不含托盤高度)，并能夠自動適應(yīng)料垛高度的變化。拆垛小車大小滿足工件的最大尺寸。小車最大載重負荷1000 KG ，拆垛小車上面有定位裝置，托盤在小車臺面上采用靠角定位的方式。工件托盤可通過行車或叉車在拆垛料盤的臺面上定位。

拆垛機械手：采用二軸伺服控制，機械手X 軸快速運行至堆料臺上方，Z 軸快速下行，手指式抓手進入工件上方取料，Z 軸上升，X 軸快速移動至中轉(zhuǎn)臺，z 軸下降將工件放置中轉(zhuǎn)臺，待爐內(nèi)加料機械手取料。

1.3.3 爐內(nèi)加料機械手

采用四軸伺服控制，爐內(nèi)加料機械手X 軸快速運行至爐前，R 旋轉(zhuǎn)軸將工件旋轉(zhuǎn)90°-270°，爐門自動打開，Y 軸快速運行，鏟取式抓手進入爐內(nèi)，Z 軸下降，工件放置爐底，Y 軸快速移出，X 軸快速后退同時R 旋轉(zhuǎn)軸復(fù)位。

1.3.4 多層箱式加熱爐

圖4 爐體整體結(jié)構(gòu)示意圖

多層箱式加熱爐為五層分離箱式爐膛疊加成一箱體式結(jié)構(gòu),連續(xù)作業(yè)的工作性質(zhì)，非標電加熱的中溫爐；額定爐溫為1000 ℃。該爐由爐體(爐殼、爐襯)、爐門及爐門啟閉機構(gòu)、爐底板、加熱元件、爐子密封裝置、保護氣氛系統(tǒng)、排廢氣裝置及自控系統(tǒng)等部分所組成。

1.3.5 爐內(nèi)取料機械手

采用四軸伺服控制。按運行控制程序，取料機械手運行至爐前，爐門自動打開，Y 軸快速運行，取料抓進入工件底部，Z 軸上升，工件離開爐底，Y 軸快速移出，工件進入機械手溫度保持裝置內(nèi)，X 軸快速前進同時R 旋轉(zhuǎn)軸將工件旋轉(zhuǎn)90°，Y 軸移出送至壓機進料機械手前端位置。

1.3.6 壓機進料機械手

采用二軸伺服控制，與送到位爐內(nèi)取料機械手對接，夾持器采用手指式夾持加熱的工件，Y 軸快速移入壓機模內(nèi)，Z 軸下降，抓手放下工價至下模；Z 軸上升，Y 軸快速移出。

1.3.7 模內(nèi)冷卻系統(tǒng)

工件經(jīng)沖壓完成后表面溫度約在700 ℃左右，此時需上下模內(nèi)快速通入冷卻水，使模具快速降溫。該機配有模具水冷系統(tǒng)。

1.3.8 下料機械手

采用二軸伺服控制機械手，機械手安裝在液壓機后端(懸掛式)，端拾器采用手指式。壓機上模打開，液壓頂料器上升到位，機械手Y 軸運行進入下模上平面，z 軸下降抓取料，Z 軸上升，Y 軸快速移出，放入出料輸送帶。

1.3.9 出料傳送帶

出料機械手夾持經(jīng)壓制、保壓淬火后的工件放置于成品出料傳送帶上，該傳送帶為耐熱材料，由電機控制輸出。輸送鏈為套簡滾子鏈，連續(xù)斗式結(jié)構(gòu)，用于成型件的水平輸送。

1.3.10 快速沖壓液壓機

機身采用整體框架結(jié)構(gòu)，均為鋼板焊接件，材料為Q235-B，采用二氧化碳氣體保護焊，焊后熱處理消除應(yīng)力。上梁內(nèi)裝有主工作油缸，上面裝有安全維修平臺，液壓傳動裝置和油箱，四周采用安全護欄，外形美觀。工作臺內(nèi)裝有頂出缸，工作臺上布有T 形槽。

1.4 生產(chǎn)工藝

下面以加工工件尺寸最大尺寸(長×寬×高：330.2×196.85×32.54)結(jié)合附圖對本生產(chǎn)工藝作詳細描述，沖 8 方孔。采取先后二級沖壓方式(一次工序完成先沖內(nèi)四孔，后沖外四孔)為例說明整條生產(chǎn)線的工作情況。生產(chǎn)工藝流程如下：

1.4.1 原材料進廠：原材料由汽車運入廠房；

表2 快速沖壓液壓機技術(shù)參數(shù)

1.4.2 檢查與表面清理：對原材料進行檢查與表面清理，合格的連鑄坯由行車吊到上料臺架上，由推鋼機將坯料推入加熱爐內(nèi)加熱；

1.4.3 加熱：坯料在加熱爐內(nèi)加熱到1150 ℃-1250 ℃，由推鋼機推出加熱爐；

1.4.4 軋制：鋼坯在軋機中經(jīng)過10道次的軋制；

1.4.5 冷卻、矯直：軋制后的鋼坯由剪斷機剪斷后上冷床冷卻，軋件在冷床上冷卻到80 ℃以下時進入矯直機進行矯直，矯直后的軋件由鋸機鋸切成定尺；

1.4.6 抓料：二軸拆垛機械手，在兩個垛料臺上部分別進行手指式抓取料，放入中轉(zhuǎn)臺；

1.4.7 二次加熱：爐內(nèi)加料機械手從中轉(zhuǎn)臺鏟取料后快速運行至加熱爐前，待爐門打開，該機械手將工件送入爐內(nèi)加熱，配置兩個箱式加熱爐(每個 5 層)，工件分別在各層內(nèi)加熱至 900 ℃，并采用氮氣保護，避免氧化；

1.4.8 熱沖孔：壓機進料機械手與爐內(nèi)取料機械手進行精確定位對接，采用手指式夾持方式，夾持工件后迅速送入壓機模內(nèi)。采用630 t快速液壓機進行熱沖孔；

1.4.9 冷卻：在熱沖孔的同時啟動模內(nèi)冷卻系統(tǒng)快速對模具降溫處理；

1.4.10 出料：壓機開模后，下料機械手進入模內(nèi)進行抓取料，并快速移出放置于出料傳送帶上，出料傳送帶為耐熱材料，由電機控制輸出，將產(chǎn)品送至成品料作業(yè)區(qū)。

1.4.11 清理：對成品進行進一步的清理加工；

1.4.12 檢驗包裝：對成品進行包裝；

1.4.13 入庫：把包裝好的產(chǎn)品入庫。

圖5 生產(chǎn)工藝流程圖

2 結(jié)論

針對現(xiàn)有技術(shù)中鑄件在鑄態(tài)及經(jīng)過退火處理后，受沖擊時均易發(fā)生斷裂，會造成大量產(chǎn)品不合格，廢品率較高。以及現(xiàn)有市場上沒有能生產(chǎn)出美標鐵墊板的生產(chǎn)線。本文提供了一種美標鐵墊板生產(chǎn)線及其生產(chǎn)工藝，包括軋制單元和熱沖壓單元，總結(jié)如下：

合格的坯料通過軋制單元軋制出整體性能良好的鐵墊板本體，這就有效地避免了鑄件在鑄態(tài)及退火處理后，受沖擊時易發(fā)生斷裂，會造成大量產(chǎn)品不合格，廢品率較高的問題。

鐵墊板本體通過熱沖壓單元的壓模與沖孔成形工藝，解決了現(xiàn)有市場上沒有生產(chǎn)美標鐵墊板的工藝的問題。