高速铁路混凝土岔枕机械模具制作分析

摘 要：该岔枕机械模具是根据最高速度350km/h高速铁路及250km/h客运专线对岔枕的要求而制作的，适用于标准轨距铺设钢轨无缝线路的铁路轨道系统。结合我国高速铁路的前期科研成果及工程实践，使性能指标与国际接轨并满足客运专线的要求。

关键词：高速铁路；岔枕；模具；制作分析

引言

“十二五”期间，中国铁路建设继续加快推进，新线投产总规模达3万公里，安排铁路投资2.8万亿元，全国铁路运营里程将达12万公里左右，其中2013年铁路固定资产投资为6000亿元，其中基本建设投资4500亿元以上，并在12月底相继开通10条高速铁路。“十二五”末，以高速铁路为主骨架的快速铁路网将达到4.5万公里。根据《中国铁路中长期发展规划》，到2020年为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上。预计到2020年，中国200公里及以上时速的高速铁路建设里程将超过1.8万公里，将占世界高速铁路总里程的一半以上[1]。

1.高速铁路平稳运行的关键因素

1.1列车车厢间之间的无缝连接

普通火车车厢之间是靠挂钩连接，而高铁的车厢连接处都是无缝连接，增加了车厢之间连接的平稳性，高铁起步、停车做到了所有车厢为一整体，运行就更加平稳。

1.2无砟轨道设计保障运行平稳

高铁的平稳运行，除了列车车厢间之间无缝连接外，其道床也非常特殊，为预制整体道床，叫无砟轨道（或无碴轨道），整个道床没有障碍物，保障了高铁的平稳性。无砟轨道的轨枕是混凝土浇灌而成，路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上，保证了平整度。

1.3铁路轨道铺设的混凝土枕（含普通轨枕和岔枕）精度高

岔枕外观质量和各部尺寸偏差应符合客运专线铁路无砟轨道道岔用混凝土岔枕技术条件的规定，一是单根平面度（直线度）即测量基点与岔枕顶面支承点的高差每米不大于0.45mm，对于混泥土制品來说几乎是水平标准，是当前各型岔枕中尺寸要求最为严格的；二是静载抗裂弯矩检验应满足相关要求：正弯矩检验荷载50KN，负弯矩检验荷载40KN，且试验时不应出现裂缝；三是预应力钢丝不得出现任何断丝且上下排钢丝之间距离±3mm，保证钢丝分布均匀，有良好的抗压性；四是轨距的两套管中心距离偏差（-1.5，+1）mm，确保安装的精度和轨距的精确性；五是同一铁垫板位置的两相邻套管中心距离±1mm，既限制了水平度的要求，又保证了垂直度的精确[2]。以上因素中，最重要的就是岔枕的上表面水平度，只有它误差很小才可以保持运行的绝对平稳。

2.高速岔枕模具的制作工艺过程及材料选择

2.1制作工艺过程

2.1.1 剪切下料工艺

剪切下料是制作岔枕模具的第一步，决定以后各工艺的开展。剪切下料需要按照图纸要求进行，关键是提高精确，保证长度、宽度、倒角大小等尺寸符合要求，原则上10000mm主槽钢的长度偏差为（-10，+5）mm，旁弯值不大于4mm；主槽钢对接时每侧接头数不得多于一个，接头处应避免在主槽钢长度的中央，并用增加补强板；对接时要保证平直，不得出现歪斜；接口处应开斜口，其倾斜角小于75°；两主槽钢接头要错开300mm以上，避免两焊缝在同一横截面上；要求有150mm的斜口焊接，并采用气体保护焊满焊，且焊缝宽度不得小于12mm。

2.1.2 对接成型工艺

对接成型工艺是影响模具成型的最关键工艺，由于为较大型模具，将壳体按照图纸放到对接操作平台的模板上，用规定夹具将模具夹好，确保旁弯值不大于4mm，整体扭曲不大于8mm；然后使用螺旋千斤顶施压，保证壳体与模板密贴，用塞尺测量，两者缝隙不得超过1mm才可以焊接，当壳体压至适当位置后，相邻两壳体背面用钢尺测量比照，保证两壳体之间高低落差不超过1mm；张拉端托板距主槽钢上缘高度尺寸的极限偏差为（0，+2）mm；上底部加强梁之前，调整好钢模整体宽度，两主槽钢的内、外侧净尺寸极限偏差为（-2，+4）mm，不得超差。以上各种尺寸都要严格控制才可以保证模具的精确性。

2.1.3 焊接定型工艺

焊接是一种以加热方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。该工艺决定了模具最终的状态和精度。

模具在焊接时根据环境条件要进行预热，预热有利于降低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常的预热温度为150～250℃。由于焊件较大，整体预热有一定困难，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150～200mm。

2.1.4 端头安装工艺

端头安装工艺决定了张拉中心的高度，直接影响岔枕的静载能力，是保证岔枕质量的关键要素。制作端头时按照图纸要求，需要保证端头的尺寸和质量，特别是固定端下钢丝凹槽与模具底板垂直，各种孔洞采用半自动切割机剪切，保证美观；端头由钢板拼焊而成，加强板等制作材料放置不得歪斜，焊缝不得出现漏焊，焊缝要平整光滑，不留较大的疙瘩，不得出现堆焊现象，杜绝漏焊现象，保证符合焊接要求。

2.1.5 铣（刨）削加工工艺

为保证高速岔枕模具每节岔枕底面的平面度，模具底板在龙门铣（刨）床进行平面加工，由于模具本身存在壳体变形、焊接形成拱度和扭曲变形以及壳体拼接和装配误差，壳体底面在加工后存在以下问题：一是部分模具相邻两节岔枕底板有错层，大约为0.5-2.5mm；二是采用盘铣刀加工的钢模，部分存在接刀面连接不平整；三是铣（刨）削加工后，个别模具部分底板保留量太小，有的甚至小于3mm。因此，要对上述问题进行维修，以保证模具的表面质量。

2.1.6 打磨抛光工艺

打磨工艺是为了保证铣（刨）削加工后留下的过度边角、错层、刀纹部分也达到平面度的要求，进行适当维修，进一步提高模具的质量和精度。当打磨水平位置时，不要磨到底板，要保证平整光滑，避免出现高低不平的现象，当打磨底板、侧板过度圆角、壳体与主槽钢接触位置等非水平面时，打磨时要形成过度圆弧，不能出现沟痕和明显的凹凸现象；打磨后检查是否出现少数小坑、砂眼等情况，如有缺陷补焊后重新打磨。

2.2材料选择

机械模具主要用来生产高速铁路混凝土岔枕，加工工艺过程需要焊接，因此使用的材料应具有较好的焊接性能。槽钢属于建造用和机械用碳素结构钢，在使用中要求其具有较好的焊接、铆接性能及综合机械性能，该模具主要使用32号或36号槽钢。Q235普通碳素结构钢含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛，模具的其它部分都使用该种板材[3]。

3.高速岔枕模具的優势和发展前景

3.1 岔枕模具的优势

岔枕模具具有技术含量高、加工难度大、工艺流程多等特点，为高速铁路的建设提供了强力支持，成为众多厂家开发的重点项目。该公司仅仅用了22天时间就完成了从生产设计到产品发运的过程，采用了先订单后开发的办法，在销售决策、产品开发、物资采购、工装模具制造、生产组织、产品检验、产品发运等统协调，集中推进，成功研发了时速350公里高速铁路无渣岔枕模具，为企业实施技术创新积累了宝贵经验。

3.2 岔枕模具的发展前景

无砟岔枕主要用于时速350公里左右的高速铁路无砟轨道，供往国家重点工程京沪、石武等客运专线，随着国家“四横四纵”高速铁路网的逐步修建，无砟岔枕可广泛应用于高速铁路建设中，因此岔枕模具也将不断发展，具有良好的市场前景。

4.结束语

本文通过对高速铁路混凝土岔枕机械模具的制作进行分析，阐述了制作的工艺流程，重点强调了模具的制作是精度和质量要求，设计满足了要求，对高速铁路岔枕的生产具有重要意义。

参考文献：

[1]张喜荣，王冬，刘爱霞，高照良.中国高速铁路建设的现状及其中长期发展研究[J]，2010.

[2]张振兴.铁路轨枕制造技术[M].西安交通大学出版社，2008.

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

作者简介：

朱荣耀（1985-），男，河南平顶山人，开发部经理，工商管理硕士（MBA），主要从事产品研发、市场开发和项目投资等工作。