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道岔轨件机加工发蓝的影响及预防措施

2023-08-22 123 上传者：管理员

摘要：道岔是铁路线路的重要组成部分，包含基本轨、尖轨、长心轨、短心轨、翼轨、护轨在内的多种轨件。这些轨件多数需要经过铣削、钻孔等机加工后才能组装使用。在机加工过程中，轨件薄弱部位及其他加工面会出现颜色变化，使轨件表面失去金属光泽，形成蓝色表面，这种现象称为机加工发蓝。分析机加工发蓝可能对道岔轨件产生的影响，并提出相应预防措施。

关键词：
机加工发蓝
轨件
道岔
金相组织
预防措施
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近年来，我国道岔制造业从设计研发到生产都有了很大的进步，尤其是高速道岔。道岔包括基本轨、尖轨、翼轨、长心轨、短心轨、护轨等多种类型的轨件。这些轨件经钻孔铣削后，通过紧固件组装在一起，发挥各自的作用，保障列车安全平稳地从一股轨道进入到另一股轨道。

在道岔轨件生产过程中，机加工所占比例非常大，除导曲线部分外，所有轨件都要经过机加工处理，因此，机加工的水平在很大程度上影响着道岔的整体质量。道岔中使用的钢轨多为高碳钢，高碳钢硬度高，切削性能差，导热性差，加工中易产生马氏体组织，破坏轨件内部组织的连续性、均匀性，留下安全隐患。在钻孔和铣削过程中，轨件薄弱部位及其他加工面会出现颜色变化，使轨件表面失去金属光泽，形成蓝色表面，这种现象称为机加工发蓝。各类轨件都出现过机加工发蓝现象，并且出现几率较大。机加工发蓝是否会影响道岔性能，如何预防机加工发蓝，是道岔生产单位致力解决的问题。

1、机加工发蓝产生原因

在机加工过程中，当切削热较高时，会使原本具有金属光泽的亮面，因氧化失去原有颜色，进而在加工面局部形成蓝色。由于切削热不同，机加工发蓝对道岔轨件产生的影响不同。为避免在机加工过程中发生这种情况，可降低切削速度，在条件允许的情况下，使用冷却液。

道岔中轨件种类较多，但机加工工艺基本相同。以道岔尖轨为例，其加工工序为：下料—倒角—钻轨腰孔—铣削轨头—铣削轨底—倒角。最主要的机加工工序为钻孔和铣削，钻孔的目的是将各类轨件或者轨件与零部件，通过螺栓组装到一起。道岔生产单位多采用数控钻床对轨腰中间部位钻孔。铣削的目的是保证机加后轨件组装的密贴和线形，多采用数控铣床对钢轨的轨头和轨底铣削加工。最后按标准要求对加工部位倒角，打磨掉机加工产生的飞边毛刺，降低应力集中的风险。目前，钻孔和铣削的设备均采用硬质合金刀片和刀头，加工过程中不使用切削液。这样，加工设备不必配置切削液循环系统，有利于改善加工环境，也可以消除切削液对轨件的腐蚀。

钻孔属于内表面加工，钻头的切削部位始终处于半封闭状态，切屑难以排出，加工产生的热量也不能及时散发，导致切削区温度很高，不配置切削液循环系统加剧了热量的堆积。在钻孔即将钻透的时候，钻孔区局部受力最大，孔壁温度达到最高，这时在钻头对侧孔壁一定范围内极易产生机加工发蓝现象。铣削过程中，虽然切屑不会堆积，但在加工过程中无切削液，进给速度过快时，会在加工到小断面时导致轨件局部温度骤增，易产生发蓝现象，尤其在小断面的轨头位置。这时，要及时调整铣削转速和进给速度，避免机加工发蓝持续发生，对已经发蓝的轨件，应及时分析影响，判断其是否可以继续使用。

2、机加工发蓝对轨件金相组织的影响

2.1金属材料的相变条件

金属材料内部组织的变化，依赖于材料的热处理和其他热加工工艺，材料性能的变化又取决于材料内部组织的变化。金属材料的热处理过程主要包括加热、保温、冷却。在加热过程中，按照加热温度的高低，加热可以分为2个阶段：一种是在临界点A1以下，此时一般不发生相变；另一种是在A1以上，目的是获得均匀的奥氏体组织，然后冷却结晶，得到珠光体和渗碳体组织。所以，金属材料发生相变的条件是受热，而且受热温度要达到A1以上。

2.2道岔轨件机加工过程中的组织变化

在钻孔和铣削等机加工过程中，经过测温仪测量，切削热最高可达到的温度为400℃～500℃。在这个过程中，轨件表面层金相组织会发生一定变化，材料表面容易产生塑性变形，导致材料的晶格发生扭曲或者晶粒间发生滑移，使材料表面层金属硬度升高。道岔钢轨为高碳钢，根据铁碳合金相图，高碳钢开始奥氏体化的温度为727℃，完全奥氏体化的温度要达到950℃左右，所以切削热一般不会使轨件的金相组织奥氏体化后再结晶，也就不会改变轨件原有的金相组织。将轨件机加工发蓝的轨头、轨腰部位取样后做金相检验，结果显示，机加工发蓝并没有改变钢轨内部金相组织。说明这种情况下，发蓝部位金相组织和结构并未改变，打磨抛光即可。轨件发蓝部位金相试验报告如图1所示。

图1轨件发蓝部位金相试验报告

当出现刀片损坏、设备转速异常等情况时，刀片和轨件间瞬时摩擦骤增，摩擦热导致的发蓝可能使轨件内部产生马氏体等不同于珠光体和铁素体的组织，影响道岔性能和使用寿命。

3、机加工发蓝预防措施

道岔轨件机加工发蓝主要由于切削热无法及时散出，使轨件局部温度过高在其表面发生氧化反应所致。由于道岔轨件机加工发蓝现象可能导致的结果不同，所以仍要采取措施，预防机加工发蓝。

3.1增加切削液循环系统

为机加工设备增加切削液循环系统，在钻孔和铣削过程中，切削液通过与刀具、轨件间的对流，把切削热从刀具和轨件处带走，从而有效降低切削温度，避免轨件局部温度过高。选择合适的切削液，可以有效避免切削液对环境的污染，也可以避免轨件与环境介质，以及切削液组份分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而被腐蚀。加工验证结果表明，使用切削液加工的轨件比不使用切削液加工的轨件，表面温度可降低150℃以上。

3.2选择适当铣削刀具

选择合适的刀盘和刀片，刀盘的设计决定了铣刀的主偏角。主偏角为切削刃与切削平面的夹角，对径向切削力和切削深度的影响非常大。主偏角选择不好会造成刀具与轨件间的摩擦力非常大，使加工时产生的热量较多。机加工过程中，刀片多采用硬质合金材质，不同质量、形状的刀片会在很大程度上影响切削产生的热量，甚至加工质量，所以选择适当的刀具也能有效避免轨件发蓝现象。

3.3优化转速、吃刀量和进给速度

轨件加工过程中，为了提高生产率，会选择比较大的主轴转速、吃刀量和进给速度。若三者选择不好或配合不好，就会使机加工抗力增大，刀具和轨件产生高热。所以，在机加工过程中，根据加工对象的不同，优化转速、吃刀量和进给速度，能大大降低切削热的产生，避免轨件机加工发蓝。在加工过程中，选择比较大的主轴转速、吃刀量和进给速度，会出现刀片碎裂情况，在这个过程中，会产生很大的切削热。当主轴转速、吃刀量和进给速度选择合适的时候，轨件加工面的切削热得到有效控制，采用测温仪测量，温度一般在200℃以下。

4、结论及建议

道岔中需要机加工的轨件占比较大，正常机加工过程中不会产生发蓝现象，偶尔切削热量聚集，无法及时散出产生的发蓝也不会导致轨件金相组织的变化。但是，发蓝现象会造成金属加工面内部的晶格扭曲变形，晶间结构变化，导致加工表面产生硬化层。当出现刀片损坏、设备转速等情况时，可能使轨件内部产生马氏体等组织，影响道岔的性能和使用寿命。所以，在轨件机加工过程中，还是应该采用适当的措施，减少切削热的产生和聚集，尽量避免出现发蓝现象，消除道岔轨件使用的安全隐患。

参考文献:

[1]范贵海.浅谈机械加工质量的影响因素及其控制[J] .机械管理开发, 2010,25(3):90-92 .

[2]艾勇军.机械加工表面质量影响因素及对策分析[J] .机电信息, 201(21):195-196 .

[3]张宜.高速铁路道岔尖轨加工过程质量控制[J] .山西建筑, 2019,45(20):137-138 .

[4]赵新胜.高速铁路道岔生产过程质量检查工作现状及优化建议[J] .铁道技术监督, 2020,48(11):43-47｡

[5]田超宁. 200 km/h铁路单开道岔制造工艺优化及质量监督(上) [J] .铁道技术监督, 2019.47(10):36-39 .

[6]田超宁. 200 km/h铁路单开道岔制造工艺优化及质量监督(下) [J] .铁道技术监督, 2019,47(11):46-48.

文章来源:王伟超.机加工发蓝对道岔轨件的影响及预防措施[J].铁道技术监督,2023,51(08):37-39.