高速鐵路WJ-8型扣件軌距擋板注塑模具設計探討

［摘 要］高速鐵路的發展使得對WJ-8型扣件軌距擋板的實際需求量逐漸增大，針對軌距擋板性能方面的要求也愈發嚴格。研究結合WJ-8型扣件軌距擋板注塑過程中出現的問題，分析WJ-8型扣件軌距擋板結構，設計軌距擋板注塑模具結構。通過實踐WJ-8型扣件軌距擋板注塑模具工作流程，證明了本次設計的有效性。該設計能夠顯著提升高速鐵路WJ-8型扣件軌距擋板生產穩定性，大幅降低軌距擋板生產成本，明顯降低了注塑模具維護頻率與難度。

［關鍵詞］高速鐵路；扣件；軌距擋板；注塑模具；設計

［中圖分類號］U238 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）01–0041–03

在大范圍推廣使用注塑成型工藝的過程中，高速鐵路尼龍類產品中的扣件軌距擋板應用采取玻璃纖維增強聚酰胺66 材料注塑而成的加強型軌距擋板，例如WJ-8型扣件軌距擋板。該型號的軌距擋板在WJ-8型扣件系統中承擔彈條所施加的39.38 MPa 壓力和高速列車的疲勞載荷頻次與振幅，將列車荷載傳遞至軌道板或軌枕等下方路基、隧道或橋梁等，以衰減列車振動。因此，高速鐵路WJ-8 型扣件軌距擋板需要在設計上具備一定的剛度，為長期適用性的穩定提供保障，并要求WJ-8 型扣件軌距擋板具備防止脆性斷裂的足夠韌性。

1 高速鐵路WJ-8型扣件軌距擋板結構

在軌距擋板獨特結構、尺寸等制約下，生產軌距擋板的模具成型周期較長，軌距擋板生產效率較低。假如在熱流平衡的條件下，同步注塑模型型腔溫度，將減少熔料固化時間、縮短注塑冷卻時間，出現軌距擋板脫模后避空孔“真空冒料”的情況，這種塑化不良的表現將嚴重干擾軌距擋板性能參數，同時，軌距擋板尺寸也將在這一情況的影響下產生畸變，導致廢件數量驟增，生產成本增加。在軌距擋板注塑成型過程中，一旦注塑模具型腔腔體填充末端出現氣體不能及時，或不能從模具型腔中排除的受困情況，將造成注塑模具型腔內部溫度突然升高，繼續填充將頻繁出現缺料、燒焦等注塑缺陷現象。針對上述問題，文章研究設計了高速鐵路WJ-8型扣件軌距擋板注塑模具。

WJ-8 型扣件是適應高速鐵路鋪設有擋肩的60 kg/m 鋼軌無砟軌道結構過程中，滿足客運專線扣件系統技術要求的常用軌道扣件系統，屬于帶鐵墊板的不分開式彈性扣件。扣件軌距擋板在WJ-8 型扣件系統中位于鋼軌兩側，結構相對復雜，承載彈條扣壓的位置需要以凸起的形態設置，防止彈條出現滑脫現象，同時針對軌枕形狀進行擋板斜面、斜支撐腿的設計，并結合熱軋彈簧圓鋼彈條的14 mm 直徑參數設計出圓弧結構。為提升軌距擋板的韌性，確保產品在生產過程中的單件重量不高于設計標準，需要在軌距擋板底面結構上設置出若干方形、橢圓形的避空孔，對應形狀嵌入鑲柱，以輔助模具排氣。其結構如圖1所示。

高速鐵路WJ-8 型扣件軌距擋板材料為改性注塑級塑料粒子材料，玻璃纖維含量為35%，注塑物料的性能指標要求見表1。

在外形上，WJ-8 型扣件軌距擋板的最大尺寸為180 mm×64 mm×75 mm。

方形避空孔個數為3 個， 設計參數為11 mm×14.5 mm×40 mm。

2 高速鐵路WJ-8型扣件軌距擋板注塑模具結構設計

2.1 成型設計

注塑模具設計采取1 模具4 型腔的設計形式，在型腔排布過程中采取矩形形式。改性注塑級塑料粒子材料在收縮性上較為顯著，且玻璃纖維的比例較高，單一通過成型調整生產工藝并不能促使軌距擋板在尺寸上滿足設計需要。鑒于此，在模流軟件分析軌距擋板模具板壁厚、斷面收縮率的基礎上，進行注塑模具型腔頂出設計。為便于進行軌距擋板維護，需要在軌距擋板模具板厚度較大位置進行楔鐵安裝固定，將墊鐵放入后，穿透螺栓并旋轉觸實，在發生注塑模具型腔型芯斷裂時，可以通過及時更換同型號楔鐵完成鑲件上新，確保生產軌距擋板的穩定性。在確保注塑模具在結構上具備良好的型腔排氣能力的情況下，需要在模具分型面進行排氣槽的設計，以此確保模具閉合過程中，型腔腔體與排氣槽成功連通，避免在排氣過程中出現成型不良、側壁凹痕、熔料熔接痕、披鋒、氣泡、缺陷銀絲等注塑質量問題，干擾軌距擋板生產穩定性。為方便軌距擋板頂出，需要在型芯凸模上設置鑲件、鑲柱，便于凹模與澆注設計部分進行連接。

2.2 澆注設計

為防止澆注過程中出現翹曲變形等成型問題，需要在澆注設計上采取直澆口進行均勻的熔料的澆注填充，需要將WJ-8 型扣件軌距擋板注塑成型的模具直澆口設計在型芯的凹模上。由于模具同時擁有若干方形、橢圓形的避空孔，為有效減少熔料澆注填充過程中承受的阻礙性影響因素，降低模具成型過程中產生的熔料料粑，需要采取熱流道系統提升模具成型質量。該系統由熱噴嘴、分流板、溫控箱共同構成，采用電熱圈對流道和直澆口進行裹覆，以加熱的形式確保流道、直澆口中的改性注塑級塑料粒子材料始終保持熔融形態，該設計能夠在直澆口開閉過程中規避熔料料粑出現。

2.3 推出設計

WJ-8 型扣件軌距擋板注塑模具推出設計使用常規圓形推桿。在單個型腔鑲柱兩側分設1根圓形推桿，增大推出機構的推出能力，在每個結構支撐腿分設1根推桿，共設置10 根推桿。在方形避空孔的鑲柱兩側設置直徑為6 mm 的推桿，在橢圓避空孔鑲柱內設置1 根直徑為5 mm 的推桿，支撐腿設置直徑為4 mm的推桿。在輔助注塑模具型腔排氣過程中，在橢圓避空孔鑲柱外側設置1 根直徑為3.5 mm 推桿，推出機構使用40 根推桿。

2.4 冷卻設計

WJ-8 型扣件軌距擋板注塑模具冷卻設計能夠顯著減小軌距擋板注塑成型過程中的內應力，保證軌距擋板溫度穩定。在設計過程中，①需要在凹模型芯熱流道系統中設計冷卻水路。在熱流道系統的主流道設計1 條8.5 mm 直徑的主流道環狀冷卻水路，在熱流道系統氣缸、熱噴嘴與流道板位置設計直徑8.5 mm 的雙環形冷卻水路。其中，單條環形冷卻水路需要環繞單模具型腔一圈。②需要在凸模型芯上設計4條8.5 mm直徑的環狀冷卻水路，單條環形冷卻水路需要環繞單模具型腔一圈。③在優化凸模方形避空孔鑲柱設計過程中，需要以串聯雙環狀冷卻水路的形式，規劃平行冷卻水路，合計設置6 mm 直徑的冷卻水路。

為提高若干避空孔中的降溫效果，需要在WJ-8型扣件軌距擋板模具的型腔內設置6 mm 回形冷卻水路，主要以方形鑲柱為主，在結構上使用三角形銅質隔片，冷卻水需要從方形鑲柱底部進入鑲柱，熱量吸收后流出并帶走熱量，有效規避軌距擋板脫模后避空孔“真空冒料”的情況，提升模具成型的整體穩定性。在降低鑲柱水路堵塞概率過程中，為提升WJ-8型扣件軌距擋板注塑模具的生產質量與生產效率，將原35℃的循環水更換為20℃的設備冷卻水，調整注塑模具入水溫度，有效改善入水的整體水體質量，保證注塑模具生產的穩定性。通過設計中的冷卻工藝變化，在充分滿足WJ-8 型扣件軌距擋板注塑模具生產需求的前提下，循環周期降至170 s。

2.5 排氣設計

通過分析注塑過程中頻繁出現的缺料、燒焦等注塑缺陷現象，發現其大多數處于注塑模具型腔腔體填充末端。一旦料筒溫度設置過高，在相同注塑壓力與流量的條件下，一旦工藝運行速度過快，將在玻璃纖維增強聚酰胺66 改性注塑級塑料粒子材料填充至模具型腔過程中，出現型腔氣體由排氣槽與推桿等組件排出模具的情況，另一部分未能及時或不能從模具型腔中排出的氣體將出現受困情況，聚集在注塑模具型腔腔體填充末端并釋放局部過高溫度效應，造成該位置的玻璃纖維增強聚酰胺66 物料發生焦化反應。因為氣體找不到從型腔中排出的出路，軌距擋板將受氧化、裂解等影響，導致外觀色澤不符合要求。在生產WJ-8 型扣件軌距擋板過程中需要每天進行排氣槽與推桿等組件的清潔，通過對遠距離澆注位置鑲柱的切割，能夠形成與排氣槽連通的集料槽，顯著緩解排氣壓力，緩解頻繁出現的缺料、燒焦等注塑缺陷現象。

3 高速鐵路WJ-8型扣件軌距擋板注塑模具成型流程

高速鐵路WJ-8 型扣件軌距擋板注塑模具，利用注塑機差動鎖模系統所提供的動力控制軌距擋板尺寸與形狀，在成型過程中達到較高成型精度與穩定性。注塑機差動鎖模系統閉合后，通過注塑機的螺桿式注射機注射系統，以較高壓力和較快速度，將熔融狀態的熔體材料注射到注塑模具的熱流道主流道中。在氣缸充氣后退的條件下，針閥后退并打開直澆口，熔融狀態的熔體材料流動經過熱流道系統各個位置，最終注射進入注塑模具的型腔內。保壓結束后，氣缸排氣前頂，針閥前頂，支澆口封閉。冷卻水完成流動后，注塑機帶動型芯凸模后退，分型面張開，凹模型腔獨立。凸模退后到指定點位后，頂桿帶動推出機構完成軌距擋板的前推，頂桿后退并復位，注塑機差動鎖模系統帶動凸模關閉歸位。

4 結束語

WJ-8 型扣件軌距擋板是高速鐵路中重要的軌道結構組成部分，在確保注塑成型溫度、壓力、速度、時間與位置等條件的基礎上，研究采取1 模具4 型腔的成型設計形式，應用熱流道熱澆注系統，使用常規圓形推桿形成推出機構，以合理的環形、回形冷卻水路設計，對避空孔鑲柱結構予以優化，設計出科學的排氣系統，能有效縮短WJ-8 型扣件軌距擋板生產周期，提高軌距擋板的尺寸美觀度，在外觀品質上保持較為穩健的生產質量。

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