繼電器接點架冷軋碳素結構扁鋼工藝方法探究

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(西安鐵路信號有限責任公司，陜西西安，710048)

1 引言

接點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能，研究應用新工藝技術達到降本增效勢在必行。

2 影響接點架降本增效的內因

接點架是鐵路信號繼電器中的一個沖壓結構件，設計要求可承受的最大靜態壓力為1400N，我們做了大量的工藝改進試驗和分析，取得了顯著的效果。目前影響接點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因，主要集中在接點架備料階段，原備料方法是將4mm厚的Q235B熱軋碳素結構鋼板在剪板機上裁剪成條料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，為后續沖孔變形做準備。由于在裁剪過程中有搭邊要求，經測算實際材料利用率不足70%。

通過調研市場，我們選擇冷軋工藝方法，把熱軋碳素結構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生的材料損耗，經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]，經試驗在軋制過程中，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性能起決定作用。

3 冷軋工藝試驗

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：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碳素結構扁鋼。從試樣中抽取樣品做了以下工藝試驗。

a)冷軋碳素結構扁鋼力學性能試驗

使用Q195熱軋碳素結構線材，經測試抗拉強度為抗拉強度Rm(MPa)372.5，延伸率為34%，測試數據曲線見圖一，按照上述三組工藝試驗方案，加工了冷軋碳素結構扁鋼，然后進行硬度測試和力學性能測試，測試數據見表1：

從拉伸試驗數據分析可以發現，三組試樣經冷軋加工后，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碳素結構鋼的抗拉強度Rm為370-500MPa，延伸率A不小于26%，兩者的力學性能相比差異不大。說明Q195熱軋碳素結構線材經過冷軋工藝方法軋制成扁鋼后的力學性能和Q235的熱軋碳素結構鋼的力學性能相當。

表1 不同軋制量下的材料性能試驗結果

注：表中抗拉強度和延伸率分別為三組試樣中每個試樣的對應值。

圖1 試樣拉伸試驗曲線圖

b)金相分析

根據上述力學性能試驗數據分析，我們對三組試樣分別進行了金相分析，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，冷軋碳素結構扁鋼的組織結構為鐵素體+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的組織結構狀態，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)接點架結構強度測試分析

結合上述試驗數據分析，我們優先選擇試樣3做為進一步試驗的材料。按照接點架的工藝要求，分別使用Q235B熱軋板和Q195冷軋扁鋼(試樣3)加工了接點架，并按繼電器產品設計要求進行了強度模擬試驗。

將接點架組裝在整機上，模擬工作狀態下承受靜態壓力的狀態，在DNS100電子萬能試驗機上按一定的速度，從0 N開始施加壓力，逐漸增加壓力，壓力達到2500N時停止施加壓力。其中接點架強度測試曲線Ⅰ(見圖8)，使用的是4mm厚的Q235B熱軋碳素結構鋼板加工的接點架；接點架強度測試曲線Ⅱ(見圖9)，使用的是4×32mm的冷軋碳素結構扁鋼加工的接點架，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，經分析研究測試數據可以發現，在壓力機從0N到2500N的施加靜態壓力的過程中，使用冷軋碳素結構扁鋼加工的接點架，其結構強度的測試曲線的離散程度較集中，當施加壓力為1400N時，形變位移波動范圍不大于0.3mm；當壓力為2500N時，形變位移波動范圍不大于0.4mm。而使用Q235B碳素結構鋼板加工的接點架，當壓力為1400N時，形變位移波動范圍不大于0.5mm，當壓力大于1400N后，其離散程度迅速增大，達到2500N時，形變位移波動范圍達到1.2mm。說明使用冷軋Q195碳素結構扁鋼加工的接點架，其力學性能一致性好，結構強度要優于Q235熱軋碳素結構鋼板加工的接點架。

圖8 接點架強度測試曲線Ⅰ

圖9 接點架強度測試曲線Ⅱ

4 結論

a)繼電器接點架原材料由熱軋Q195碳素結構線材經過冷軋加工成型材，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架的結構強度也符合繼電器產品設計的要求。

b)通過工藝試驗和強度試驗分析，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冷扎碳素結構扁鋼，其力學性能得到明顯提升，且延伸率損傷較小。