合金鋼轍叉剩磁消除工藝研究與應用

云衛濤

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721000)

1 概述

隨著鐵路及城市軌道交通的迅速發展，合金化產品扮演的角色愈發重要，合金鋼轍叉作為鐵路道岔的關鍵部件，良好產品的質量是列車安全運行的重要前提[1-3]，作為轍叉的核心部件心軌在加工過程中工藝較為復雜，使用到的吊、夾具較多，目前車間廣泛使用的具有強磁性吊、夾具主要有：磁力吊、電磁吸盤和電控永磁吸盤三種。磁力吊又名永磁起重器，主要用于吊裝操作過程中移動導磁材料的工件[4]；電磁吸盤是一種電磁夾具，它通過電磁線圈通電后吸盤體產生的吸力來固定被加工工件；電控永磁吸盤是結合電磁、永磁特性而開發的新型夾具[5]。上述三種輔助生產所用的設備在磁力吸持具有鐵磁性工件后，工件均會產生有不同程度剩磁。若剩磁消除不徹底，會對鐵路精密監測儀器產生不同程度干擾，影響列車行車安全。

2 傳統退磁工藝

2.1 剩磁產生原因

鐵磁性材料被外部磁場磁化后，去掉外磁場后所保留的表面磁感應強度,稱為剩磁特性，其可以通過施加適當的反向磁場、高溫或振動而減弱或者消失[6-7]。通過對同行業調查及文獻分析研究，目前采取的退磁方案均為施加反向磁場，從而實現退磁工藝需要。

2.2 測量設備

特斯拉計也叫高斯計，擁有最重要的霍爾元件探頭，可以永久對磁性材料的表面磁場進行測量，顯示的數值即為該點的磁感應強度，測量范圍0 mT～200 mT。

2.3 測量點選取

現對鐵路線路上使用最廣泛的60 kg/m鋼軌9號單開道岔合金鋼轍叉(如圖1所示)，心軌加工過程中使用三種吊、夾具后，剩磁大小進行跟蹤分析，為了更好地研究工件不同點剩磁特點，對工件選取了不同的測量點，分布范圍如圖2所示，測量點與接觸吊、夾具磁性說明如表1所示。

表1 剩磁測量點位置與剩磁來源

2.4 剩磁分布

以心軌加工工藝及車間流轉過程為依據，通過對30組心軌毛坯到成品的剩磁跟蹤測量，分時段及采用不同裝夾方式加工后進行測量，經多次磁力吊吊夾、電磁吸盤及電控永磁吸盤吸持后，剩磁分布情況如圖3所示。

從圖3剩磁分布情況我們不難發現，工件經過磁力吊、磁力吊與電磁吸盤、磁力吊與電控永磁共同作用后，各測量點剩磁平均值均在10 mT～15 mT范圍內，而只經過電磁吸盤或電控永磁吸持后，剩磁集中在6 mT～9 mT范圍內，同樣，心軌趾端、工作邊以及跟端不接觸這三種吊、夾具，測量點剩磁集中在0 mT～1 mT范圍內。可見，使用不同吊、夾具對心軌剩磁參數影響巨大。

2.5 傳統退磁工藝

傳統消除剩磁工藝布局如圖4所示，消除剩磁主要根據工件的長度，選擇并聯的電磁吸盤數量，通過外接磁盤與電磁吸盤連接，依靠按鈕開關，控制電磁吸盤的充磁與退磁，從而打亂工件的表面磁場度，實現退磁工藝。目前每次退磁周期設定時間是19 s,退去心軌工件一個面的剩磁需至少執行2次～3次退磁循環，待一個面采用按鈕退磁次數達到后，采用無磁吊具將工件從電磁吸盤上吊起來，用高斯計測量，若表面磁性小于理想值，則翻轉工件退下一個面，若磁性還是大于理想值，則繼續循環退磁過程，直至該面剩磁達到理想值。若碰到臺階時，還需要采用墊加墊鐵的方式，才可以去除該臺階面的剩磁。

3 新工藝及設備開發

3.1 退磁設備設計參數

根據車間布局與產品工藝要求，并考慮后期可能出現的其余合金化產品如翼軌、叉跟軌鑲嵌塊等工件，設計退磁設備的相關參數要求見表2。

表2 退磁設備參數

3.2 設備布局

為了生產的連續性，該退磁設備布局在心軌最后加工工序結束機床旁，采用鋼架與地面連接，分為遙控器與設備機身按鈕控制，工作人員在電氣箱側操作按鈕，上下料在設備的另一側，從而實現工件的退磁過程，設備布局圖如圖5所示。

3.3 工作原理

該退磁設備程序通過PLC寫入，接通電源，指示燈亮起，將工件通過輸送線送至框口中，退磁指示燈亮起，停留3 s～5 s后，按下輸送按鈕，從工件進入到內框退磁工序開始，將心軌勻速從框口中輸出，按下停止按鈕，延時3 s～5 s后，退磁自動停止完成，退磁器指示燈熄滅，再用無磁性吊具將工件從輸送線上取下。

4 結果分析

通過對不少于30件工件跟蹤測量，對原有工藝與設備和新開發的工藝與設備對比，首先從較為直觀的計量時間來分析，原退磁工序完成，工件剩磁降到1 mT范圍以下，該數值參考同行業產品剩磁數據，需要兩個人協同工作，一個人負責起吊與翻轉工件，一個人進行測量，順利完成需要10 min，甚至30 min，而現有剩磁消除工藝，只需要單人即可操作完成，從起吊工件至剩磁工藝完成只需要3 min～5 min，兩者剩磁消除工藝完成以后，剩磁對比效果如圖6所示。

從圖6可以看出，執行舊工藝，工件使用三種吊、夾具的位置剩磁分布在0.7 mT～1.5 mT附近，并且測量過程中，由于個別工件C點、D點及H點剩磁超出了設定值，且剩磁消除較為困難，并對該點剩磁測量平均值影響較大，而執行新工藝后，工件分布剩磁在原有基礎上降低了80%，且剩磁分布集中在0.5 mT以下，波動較小，退磁效果明顯。

5 結語

合金鋼轍叉心軌剩磁消除工藝及設備的開發，從根本上解決了吊、卡具使用過程中，工件產生的剩磁，對剩磁進行了最大化的降低，減少了人工的勞動強度及退磁過程耗費的時間，消除了合金鋼轍叉在使用時對鐵路狀態信號檢測設備的干擾，確保了列車過岔運行時的安全穩定性，確保產品質量的同時，提高效率，節約時間成本。該工藝與設備成功的開發不僅可以適用于合金鋼轍叉心軌件，還可適用于鐵路未來可能出現的各種合金化鋼軌件，如尖軌、翼軌等具有合金材質的工件。