宋大琪

（北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司二七宏豐公司，北京 100072）

我公司生產(chǎn)的路基處理車每列有16條輸送帶，公司將輸送帶的生產(chǎn)任務(wù)交給了二七宏豐機(jī)械有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)完成。其中第一至第四列車輸送帶的關(guān)鍵配件由國外進(jìn)口，從第五列車開始二七公司要求部份關(guān)鍵配件進(jìn)行國產(chǎn)化自制，其中，耐磨導(dǎo)軌試制就在國產(chǎn)化項(xiàng)目中，進(jìn)口耐磨導(dǎo)軌價(jià)格為1 853 358元/列。耐磨導(dǎo)軌作為路基處理車的關(guān)鍵部件，具有一定的技術(shù)難度，為了確保順利實(shí)現(xiàn)耐磨導(dǎo)軌的國產(chǎn)化工作，二七宏豐公司立足現(xiàn)有的設(shè)備，結(jié)合北京地區(qū)的科研院校優(yōu)勢(shì)，開展技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過2個(gè)多月的連續(xù)試驗(yàn)，解決了多項(xiàng)技術(shù)難題，終于完成了產(chǎn)品試制任務(wù)，并進(jìn)行了小批量的生產(chǎn)。

1 產(chǎn)品分析

耐磨導(dǎo)軌是路基處理車輸送帶中的重要部件，其為砂石料傳送帶滾輪提供導(dǎo)向和支撐。導(dǎo)軌工作條件為滴油潤滑滾動(dòng)摩擦，滾輪間或有側(cè)向竄動(dòng)和顛簸。沙礫灰塵附著在導(dǎo)軌上，被滾輪碾壓，會(huì)加速導(dǎo)軌的磨損，路基車服役時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)軌需進(jìn)行一次大修。經(jīng)過分析，進(jìn)口導(dǎo)軌是采用真空釬焊多片拼接硬質(zhì)合金的方法加工而成，為了確保零件的品質(zhì)，試制產(chǎn)品依然采用該工藝。每根導(dǎo)軌成品尺寸為1 500 mm×30 mm×14 mm。導(dǎo)軌局部模型，如圖1所示。

圖1 導(dǎo)軌示意圖

為了進(jìn)一步明確進(jìn)口導(dǎo)軌硬質(zhì)合金牌號(hào)，對(duì)其進(jìn)行掃描電鏡和能譜分析。進(jìn)口導(dǎo)軌硬質(zhì)合金金相照片，如圖2所示。

圖2 進(jìn)口導(dǎo)軌硬質(zhì)合金金相照片

在圖2中，淺色部分為碳化鎢，深色部分為鈷。硬質(zhì)合金顆粒直徑1～9 um，3 um以上大顆粒所占面積大于70%，屬于高品級(jí)粗顆粒硬質(zhì)合金。

通過對(duì)該區(qū)域進(jìn)行能譜掃描，其硬質(zhì)合金能譜分析，如圖3所示，數(shù)據(jù)分析如表1所列。

圖3 硬質(zhì)合金能譜

表1 硬質(zhì)合金能譜分析

能譜分析表明，該硬質(zhì)合金含鈷16.8%。為了確保產(chǎn)品品質(zhì)，將國產(chǎn)化硬質(zhì)合金的韌性等級(jí)提高一個(gè)牌號(hào)，采用GM50。

1.2 釬焊材料分析

進(jìn)口導(dǎo)軌釬焊層金相照片如圖4所示，進(jìn)口導(dǎo)軌釬焊層能譜分析如圖5所示，數(shù)據(jù)分析如表2所列。

圖4 進(jìn)口導(dǎo)軌釬焊層金相照片

圖5 進(jìn)口導(dǎo)軌釬焊層能譜

表2 進(jìn)口導(dǎo)軌釬焊層能譜分析表

能譜分析表明，進(jìn)口導(dǎo)軌采用銀銅鋅鎘合金作為釬料。通過查閱手冊(cè)，這種釬料的抗拉強(qiáng)度為350～400 MPa，熔化溫度630～650℃。我們采用了國內(nèi)現(xiàn)有各項(xiàng)參數(shù)基本相同或略高于進(jìn)口牌號(hào)的焊料并搭配了適當(dāng)?shù)暮竸?焊料熔化溫度650～680℃，焊接強(qiáng)度400～460 MPa。

1.3 基材分析

基材采用化學(xué)分析法測(cè)定元素含量，測(cè)量結(jié)果如表3所列。

表3 采用化學(xué)分析法測(cè)定基材元素含量（品質(zhì)%）

采用顯微硬度計(jì)檢驗(yàn)，基材硬度HV170=HB180。上述參數(shù)可以判定基材為普通退火態(tài)低碳鋼。經(jīng)研究決定采用Q235A冷軋鋼板作為基材，在焊接前進(jìn)行必要的熱處理，消除基材應(yīng)力，并使其具有一定的剛度。釬焊時(shí)基材的變形是不可避免的，這也是我們面臨解決的最關(guān)鍵問題。在焊接后基材需要矯直，最后進(jìn)行熱定型。

2 試制過程

2.1 工作進(jìn)度

（1）確定試制方案，設(shè)計(jì)釬焊工裝。

（2）訂制硬質(zhì)合金片，將大片硬質(zhì)合金片線切割成導(dǎo)軌要求的尺寸，并進(jìn)行釬焊試驗(yàn)。

（3）進(jìn)行第一輪釬焊試驗(yàn)，試驗(yàn)釬料厚度、焊劑加入量和釬焊溫度，檢驗(yàn)變形量；出第一批樣品。

第一批樣品出現(xiàn)以下問題：硬質(zhì)合金片之間間隙過大；變形大；釬料溜掛；硬質(zhì)合金側(cè)邊不齊。針對(duì)這些問題，采取的措施為：改進(jìn)工裝；調(diào)整釬焊參數(shù)；調(diào)整仟料厚度；將真空釬焊改為氬氣+氫氣保護(hù)焊。

（4）進(jìn)行第二輪釬焊試驗(yàn)，調(diào)整釬焊工藝參數(shù)，摸索冷壓矯直工藝參數(shù)。第二批樣品出來后，檢查發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)合金片之間間隙有所減小，但還未完全消除，經(jīng)分析認(rèn)為是兩種材料的受熱后伸縮率不同。針對(duì)這一問題，進(jìn)一步調(diào)整低碳鋼焊前預(yù)處理工藝，使兩種材質(zhì)的伸縮率接近同時(shí)完善工裝卡具。

（5）第三輪釬焊試驗(yàn)，通過進(jìn)一步完善釬焊前、后處理工藝，試制出第三批樣品；線切割加工摩擦學(xué)試驗(yàn)樣品。

（6）送清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行SRV試驗(yàn)，出具試驗(yàn)報(bào)告。

2.2 工藝流程

經(jīng)過二七宏豐公司員工長(zhǎng)達(dá)70天的不懈努力，經(jīng)過多次試驗(yàn)，多次更改方案，終于確定了耐磨導(dǎo)軌的加工流程，如圖6所示。

圖6 導(dǎo)軌試制工藝流程

關(guān)鍵步驟說明：

（1）A2焊前對(duì)基材退火，可以顯著降低殘余應(yīng)力。實(shí)踐證明，焊前退火可使釬焊變形降低30～35%。

（2）C2因?yàn)槲夜镜拟F焊爐可以編程控制，所以釬焊過程可以精確控制升溫和冷卻速度，這一點(diǎn)對(duì)于減小釬焊變形極為重要。

（3）C3釬焊變形控制在15 mm以內(nèi)，否則矯直過程會(huì)對(duì)硬質(zhì)合金片造成損害。

（4）C4矯直后必須立即進(jìn)行熱定型處理，可有效防止回彎。

（5）C5由于磨削產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)軌精磨后，還會(huì)產(chǎn)生少量撓度（小于3 mm），所以部分導(dǎo)軌需要進(jìn)行二次矯直。

3 檢驗(yàn)分析

樣品試制完成后，對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)：尺寸檢驗(yàn)達(dá)到圖紙要求，同時(shí)表面粗糙度檢驗(yàn)達(dá)到圖紙要求。硬質(zhì)合金材質(zhì)對(duì)比，如圖7、圖8所示。

圖7 進(jìn)口導(dǎo)軌硬質(zhì)合金片金相照片

圖8 二七公司硬質(zhì)合金片金相照片

由金相照片可以看出，進(jìn)口導(dǎo)軌合金片存在孔隙，而二七宏豐公司的合金片較為致密。這種孔隙是由于燒結(jié)壓力不夠引起的。孔隙的存在會(huì)造成合金片沖擊韌性降低。

3.1 耐磨性檢驗(yàn)

（1）SRV試驗(yàn)

在正常工況下，滾輪與導(dǎo)軌是油潤滑滾動(dòng)摩擦，對(duì)導(dǎo)軌的磨損微乎其微。只有當(dāng)滾輪發(fā)生橫向竄動(dòng)，或?qū)к壣细街猩车[灰塵，才會(huì)對(duì)導(dǎo)軌造成較嚴(yán)重的磨損。根據(jù)這種工況，采用清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的SRV摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，考核進(jìn)口硬質(zhì)合金與二七宏豐公司硬質(zhì)合金的相對(duì)耐磨性。下試樣由導(dǎo)軌取樣制成直徑24 mm，高7.88 mm的圓柱，硬質(zhì)合金為圓柱頂面，朝上放置；上試樣用硬質(zhì)合金制成直徑15 mm，高22 mm圓柱（GCr15的耐磨性相對(duì)較差，不能用來做上試樣），圓柱面與下試樣接觸。在垂直方向?qū)ο略嚇舆M(jìn)行加載，載荷100 N；由電磁力驅(qū)動(dòng)上試樣在下試樣表面進(jìn)行水平往復(fù)滑動(dòng)；接觸面用20#機(jī)油潤滑，為了模擬沙礫灰塵，在機(jī)油中加入0～1 um多晶金剛石微粉，如圖9所示。

圖9 SRV試驗(yàn)示意圖

（2）試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)參數(shù)如表4所示。

表4 試驗(yàn)參數(shù)

（3）試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果，如圖10所示。

圖10 試驗(yàn)結(jié)果

以進(jìn)口試樣為基準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

磨痕寬度差異=|(W1-W2)|/W1×100%=2.8%

磨痕深度差異=|(H1-H2)|/H1×100%=0.5%

（4）結(jié)論：兩種硬質(zhì)合金磨痕沒有明顯差別，耐磨性相當(dāng)。

3.2 磨耗比試驗(yàn)

用SRV試驗(yàn)機(jī)模擬均勻載荷的磨損情況，其實(shí)際工況更加惡劣，可能有較強(qiáng)的沖擊。采用二七宏豐公司磨耗比試驗(yàn)儀，模擬沖擊較大的磨粒磨損。用碳化硅砂輪直接磨削導(dǎo)軌試樣，用砂輪失重除以試樣失重，得出磨耗比，表征試樣的抗沖擊磨粒磨損性能。經(jīng)檢測(cè)，進(jìn)口導(dǎo)軌硬質(zhì)合金磨耗比是1.47，我公司采用的硬質(zhì)合金的磨耗比是1.85。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在沖擊較大的磨粒磨損條件下，二七宏豐公司的硬質(zhì)合金磨耗比略優(yōu)于進(jìn)口合金，說明二七宏豐公司合金的沖擊韌性略好于進(jìn)口合金。

結(jié)論：上述檢驗(yàn)分析表明，二七宏豐公司試制的耐磨導(dǎo)軌各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到進(jìn)口導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)核算，國產(chǎn)化后的耐磨導(dǎo)軌價(jià)格降為900 000元/列。價(jià)格節(jié)約了50%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。經(jīng)二七軌道公司質(zhì)量保證部組織有關(guān)部門并邀請(qǐng)部駐廠驗(yàn)收室等單位參加的廠級(jí)簽定會(huì)，一致同意裝車使用。

4 結(jié)束語

通過這次路基處理車輸送帶耐磨導(dǎo)軌的國產(chǎn)化研制工作，鍛煉了我公司的職工隊(duì)伍，提高了企業(yè)科技人員的創(chuàng)新能力，解決了生產(chǎn)中的困難，使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。此項(xiàng)成果還可以推廣到礦山、冶金等相關(guān)行業(yè)中去，在生產(chǎn)實(shí)踐去運(yùn)用和完善發(fā)揮。在耐磨導(dǎo)軌的研制中得到了清華大學(xué)等院校及有關(guān)企業(yè)的支持、專家的指導(dǎo)，我表示感謝！

[1]王文斌，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]吳毅雄，等.焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.