繼電器接點(diǎn)架冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼工藝方法探究

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(西安鐵路信號有限責(zé)任公司，陜西西安，710048)

1 引言

接點(diǎn)架是鐵路信號繼電器的核心零部件之一，伴隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，對鐵路信號繼電器的需求量逐年增長，年需求量超過百萬臺。為了提高公司鐵路信號繼電器的產(chǎn)能，研究應(yīng)用新工藝技術(shù)達(dá)到降本增效勢在必行。

2 影響接點(diǎn)架降本增效的內(nèi)因

接點(diǎn)架是鐵路信號繼電器中的一個沖壓結(jié)構(gòu)件，設(shè)計(jì)要求可承受的最大靜態(tài)壓力為1400N，我們做了大量的工藝改進(jìn)試驗(yàn)和分析，取得了顯著的效果。目前影響接點(diǎn)架降本增效的因素仍然存在很多，但都是外在因素，材料的利用率才是內(nèi)因，主要集中在接點(diǎn)架備料階段，原備料方法是將4mm厚的Q235B熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼板在剪板機(jī)上裁剪成條料77*L(L由鋼板寬度確定)，然后在沖床上按工藝尺寸(32*68)落料，為后續(xù)沖孔變形做準(zhǔn)備。由于在裁剪過程中有搭邊要求，經(jīng)測算實(shí)際材料利用率不足70%。

通過調(diào)研市場，我們選擇冷軋工藝方法，把熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼線材軋制成的扁鋼，即由Φ24的線材軋制成(4±0.05)×32的扁鋼，減少了裁剪過程中由于搭邊所產(chǎn)生的材料損耗，經(jīng)測算材料的利用率可提高至93%。其軋制工藝過程為：線材Φ24→初軋(8*32)→一次退火→二道軋制(5*31.95)→二次退火→精軋→校直切斷[(4±0.05)×32]，經(jīng)試驗(yàn)在軋制過程中，每道軋制量對扁鋼的材料性能起決定性作用，尤其是精軋工序的軋制量對成品的力學(xué)性能起決定作用。

3 冷軋工藝試驗(yàn)

為了確定冷軋扁鋼精軋工序的軋制量，我們做了三組工藝試驗(yàn)：在同樣的軋制速度、軋制壓力下，給精軋工序分別留了1.1mm、0.7mm、0.4mm軋制量，即分別從5.2mm軋制到4.1mm、從4.8mm軋制到4.1mm、從4.5mm軋制到4.1mm，然后校直切斷成定尺長的冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼。從試樣中抽取樣品做了以下工藝試驗(yàn)。

a)冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼力學(xué)性能試驗(yàn)

使用Q195熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)線材，經(jīng)測試抗拉強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度Rm(MPa)372.5，延伸率為34%，測試數(shù)據(jù)曲線見圖一，按照上述三組工藝試驗(yàn)方案，加工了冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼，然后進(jìn)行硬度測試和力學(xué)性能測試，測試數(shù)據(jù)見表1：

從拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，三組試樣經(jīng)冷軋加工后，隨著軋制量的減小，扁鋼的硬度也會下降，抗拉強(qiáng)度也呈下降趨勢，但其延伸率反而會增大，這符合冷軋工藝方法的原理，即提高材料強(qiáng)度的同時，材料的塑性韌性會有所降低。其中試樣3(編號：3-3,3-4,3-5)的抗拉強(qiáng)度Rm均值為385.6MPa，延伸率A均值為25.5%，而GB/T700-2006中要求Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為370-500MPa，延伸率A不小于26%，兩者的力學(xué)性能相比差異不大。說明Q195熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)線材經(jīng)過冷軋工藝方法軋制成扁鋼后的力學(xué)性能和Q235的熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能相當(dāng)。

表1 不同軋制量下的材料性能試驗(yàn)結(jié)果

注：表中抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為三組試樣中每個試樣的對應(yīng)值。

圖1 試樣拉伸試驗(yàn)曲線圖

b)金相分析

根據(jù)上述力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，我們對三組試樣分別進(jìn)行了金相分析，金相圖見圖2-圖7，其中圖2(試樣1)、圖4(試樣2)、圖6(試樣3)是在放大100倍下的金相圖，圖3(試樣1)、圖5(試樣2)、圖7(試樣3)是放大200倍下的金相圖。從金相圖中可以看出，冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼的組織結(jié)構(gòu)為鐵素體+珠光體，晶粒呈帶狀分布，且晶粒大小比較均勻，符合冷軋工藝方法加工材質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，且沒有晶界錯位等缺陷。

圖2 鐵素體+珠光體100X 圖3 鐵素體+珠光體200X

圖6 鐵素體+珠光體100X

圖7 鐵素體+珠光體200X

c)接點(diǎn)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試分析

結(jié)合上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，我們優(yōu)先選擇試樣3做為進(jìn)一步試驗(yàn)的材料。按照接點(diǎn)架的工藝要求，分別使用Q235B熱軋板和Q195冷軋扁鋼(試樣3)加工了接點(diǎn)架，并按繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了強(qiáng)度模擬試驗(yàn)。

將接點(diǎn)架組裝在整機(jī)上，模擬工作狀態(tài)下承受靜態(tài)壓力的狀態(tài)，在DNS100電子萬能試驗(yàn)機(jī)上按一定的速度，從0 N開始施加壓力，逐漸增加壓力，壓力達(dá)到2500N時停止施加壓力。其中接點(diǎn)架強(qiáng)度測試曲線Ⅰ(見圖8)，使用的是4mm厚的Q235B熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼板加工的接點(diǎn)架；接點(diǎn)架強(qiáng)度測試曲線Ⅱ(見圖9)，使用的是4×32mm的冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼加工的接點(diǎn)架，測試曲線如下：

測試曲線圖橫軸最小刻度為0.4mm，縱軸最小刻度為600N，經(jīng)分析研究測試數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在壓力機(jī)從0N到2500N的施加靜態(tài)壓力的過程中，使用冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)扁鋼加工的接點(diǎn)架，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的測試曲線的離散程度較集中，當(dāng)施加壓力為1400N時，形變位移波動范圍不大于0.3mm；當(dāng)壓力為2500N時，形變位移波動范圍不大于0.4mm。而使用Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼板加工的接點(diǎn)架，當(dāng)壓力為1400N時，形變位移波動范圍不大于0.5mm，當(dāng)壓力大于1400N后，其離散程度迅速增大，達(dá)到2500N時，形變位移波動范圍達(dá)到1.2mm。說明使用冷軋Q195碳素結(jié)構(gòu)扁鋼加工的接點(diǎn)架，其力學(xué)性能一致性好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要優(yōu)于Q235熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼板加工的接點(diǎn)架。

圖8 接點(diǎn)架強(qiáng)度測試曲線Ⅰ

圖9 接點(diǎn)架強(qiáng)度測試曲線Ⅱ

4 結(jié)論

a)繼電器接點(diǎn)架原材料由熱軋Q195碳素結(jié)構(gòu)線材經(jīng)過冷軋加工成型材，解決了原工藝材料利用率不足70%的問題，材料利用率提高至93%，材料利用率提高的同時接點(diǎn)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也符合繼電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。

b)通過工藝試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)分析，找到了精軋工序的軋制量為：0.4mm，即從4.5mm軋制4.1mm。按照這樣的精軋量軋制的Q195冷扎碳素結(jié)構(gòu)扁鋼，其力學(xué)性能得到明顯提升，且延伸率損傷較小。