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进口轨材质分析及切割、钻孔试验
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进口轨材质分析及切割、钻孔试验

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近几年来, 随着我国铁路建设事业的发展,进口钢轨不断增加, 据不完全统计, 就上海铁路局而言, 标准断面50 k g / m 和6 0k g / tn 的进口钢轨累计数量已超过7 o ok m , 国别已达八个国家九种钢种, 其中大部分为合金轨和高强度轨。由于这类进口轨机械强度高、硬度大, 因此锯轨和钻孔作业十分困难。给施工作业带来了很大的影响。某些单位用乙炔切割和烧孔, 破坏了钢轨的组织, 在列车运行中极易产生钢轨脆断, 酿成行车事故。在《铁路线路维修规则》中规定,“ 严禁使用乙炔切割或烧孔” , 这是必须遵照执行的。针对这个问题, 结合我局1 9 9 4 年初进口的一批加拿大钢轨, 进行了试验研究, 并取得了一定的效果。在沪杭线和浙赣线的复线建设中,铺设了一批加拿大s o k g / m 钢轨。采用现有锯轨机配高速钢锯条, 锯轨时只冒白烟不能下锯,改用手工锯, 两名工人用一个班时间, 且更换7 0 余根锯条才锯了一个头。
用现有的钻孔机配高速钢锯头, 用几个小时, 刃磨钻头数十次, 还是钻不成一个孔, 而且孔底面的硬度越钻越硬,超过了钻头的硬度, 以致钢刃磨过的钻头只钻了几秒钟就冒烟磨钝了。因此, 必须对进口钢轨进行认真的分析和操作试验。1 材质分析加拿大5k0 g / m 钢轨与常用国产U l7 M n5 k0 g / m 钢轨的化学成分和机械性能列于表1 和表2。

铂〔M。〕、钒〔V 〕三种元素。其中铬可以提高钢的淬透性和抗氧化脱碳能力; 钥可以与碳形成各种特殊耐磨的碳化物, 具有极高的硬度; 钒可以提高钢的回火抗力, 具有热硬性, 增强钢的耐磨性。由于增加了这三种元素, 使钢轨调质处理后性能大为提高。

说明: 以上数据系根据钢材检验证书中的数据取平均值。由表2 可见, 加拿大钢轨的抗拉强度和延伸率均超过国产轨, 硬度也比国产轨高。因此加拿大轨就具有了较强的坚韧性、耐磨性和热硬性, 而且具有很强的冷作硬化倾向。所以加拿大钢轨难于切割和钻孔。
2 钻孔试验在分析了加拿大轨的材质情况后, 根据金属切削原理的要求。我们首先进行了钻孔试验取巾32 高速钢钻头, 先后从改变钻头切削刃角度和形状; 改变钻头材质; 改变钻削速度三个方面着手进行。
( l) 改变钻头角度和形状钻削不同的材料, 必须刃磨不同的钻头角度, 将钻头按要求刃磨成顶角为1 1 8a、横刃角为35。、两棱边后角为6o 的角度, 用功率为 k w, 转速为1 7 5 r /m in 的钢轨钻孔机、配以冷却水冷却, 进行试钻。首次能顺利地钻成一孔,检查钻头时, 发现钻头的横刃严重磨损, 两切削刃也有轻微磨损。继续用此钻头钻第二孔时, 约在钻进7 ~ s m m 处( 钢轨中腰厚15.sm m ) , 进刀困难, 钻头冒烟, 此时退出钻头检查, 刃口严重磨损, 不能继续钻削。如此反复刃磨钻进十余次, 孔底尚存3 一4 m m 厚, 无法将此孔钻通。再将钻头修磨成“ 群钻” 形状, 减小横刃量, 减小钻头两主后面( 也即减小两主后面与孔底面的摩擦), 进行试钻, 也没有丝毫改善。原因分析: 第一孔钻成后, 切削刃磨钝, 未及时修磨, 又钻第二孔, 则钻削的阻力增大, 被切削钢轨的底面抗力也随之增大, 钻头的两主后面和孔底面发生强磨擦, 使孔底面产生加工硬化层, 已加工的表面层的硬度为工件材料硬度的1.2 一2 倍, 硬化层深度可达0.07 一0.s m m, 且硬化层的硬度也超过了钻头的硬度。所以在切削刃第一次磨钝后未能钻成的孔以后也不可能再钻通。
( 2) 改变钻头材质由于钢轨钻孔时易产生硬化层, 硬度超过高速钢( H R C 6 3 ) 采用硬度高的硬质合金钻头试钻。选用了Y T S ( 钨钦钻合金) 硬度H双A 8 9.5 和Y G 1 5 ( 钨钻合金) 硬度H R A 87这二种钻头。先在未能钻成孔的已硬化的孔试钻, 能顺利钻穿。但检查发现切削刃有小量崩刃。再钻新孔试验, 开始钻进轻快, 钻进s m m后发出尖叫声, 但能钻进, 退出检查发现有较大的崩刃。直到钻通检查, 发现钻头有4 ~ s m m深的崩刃, 已无法再用了。试验中发现Y T S 合金崩刃较Y G 15 更大。原因分析: Y T 和Y G 类硬质合金虽硬度高, 但抗拉、抗弯强度低, 导热性差, 故容易崩刃。
所以一支硬质合金钻头只能钻1~ 2 个孔。
( 3) 改变钻孔速度刀具耐用度是标志刀具磨损快慢的一个参数, 也是决定切削速度是否合理的一个依据。根据这个道理, 我们又采用了不同的速度进行试钻。将高速工具钢钻头刃磨成标准角度, 依次选用Z o o r / m in 、1 4 Or / m i n 、I OOr / m in 试钻, 钻头均只能钻通一个孔就磨钝, 选用7 Or / m in 孔时,钻6 个孔才发现横刃有较大磨损。再选用5 0r / m in 钻孔时, 也能钻6 个孔, 且磨损程度与前者相似。但因转速低钻进的时间长, 过低的速度也无法切削, 故再低的速度不再试钻。 原因分析: 由于降低了速度减轻了钻头的 机械磨损; 速度低了, 切削温度也随之降低, 减 轻了钻头与切屑 、钻头与工件之间的粘结磨损, 同时可避免钻头在高速运转中的变软, 钻头的 强度和硬度没有显著下降。 另外加工硬化是由 切削变形和强烈磨擦产生, 并随着变形和磨擦 的程度不同, 其硬度和深度也不同。降低了速 度, 使钻头磨损减小 , 变形和磨损减轻, 钢轨的 硬化层及其深度也自然减轻。经实际试钻, 使用 钢轨钻孔机采取转速为s o r / m in 一7 o r / m i五时, 对加拿大轨的中32 孔进行钻眼作业异厂当的。
3 锯轨试验
( l) 采用薄片砂轮锯轨可以顺利锯断进「J 钢轨。
( 2) 调节锯轨机的速度, 由7 5 r / m in 调为 4 0r / m in , 能顺利地锯断进口轨。原锯一个轨头 需4 5m i n , 现需9 0 m i n 。
4 结论
( 1) 进口轨的切割处理
①采用薄片砂轮机锯轨可以顺利切割进口 轨, 但砂轮片磨损较快, 成本较高;
② 适当降低锯轨速度也可顺利切割进口 轨, 但所需时间较长些。
( 2) 进口轨的钻孔处理
① 在不降低速度钻孔时, 钻头需磨成钻合 金钢的角度, 且磨一次只能钻一个孔; 为方便省 时, 可预先准备一定数量已磨好的钻头, 按施工 要求操作。
② 在不降低速度且采用合金钢钻头钻孔 时, 因合金钢钻头每次可钻二个孔, 也要预先准 备一定数量的钻头。但合金钢钻头比高速工具 钢钻头价格贵一倍以上, 故不经济。
③ 降低转速在50 ~ 7 0 r / m in , 则可提高钻 头的使用效率, 每次可钻六个孔, 但钻孔的时间 要相对长一些 。 

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