继电器接点架冷轧碳素结构扁钢工艺方法探究

2018-03-20，

机电元件 2018年1期

关键词：碳素扁钢接点

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(西安铁路信号有限责任公司，陕西西安，710048)

1 引言

接点架是铁路信号继电器的核心零部件之一，伴随着高速铁路的飞速发展，对铁路信号继电器的需求量逐年增长，年需求量超过百万台。为了提高公司铁路信号继电器的产能，研究应用新工艺技术达到降本增效势在必行。

2 影响接点架降本增效的内因

接点架是铁路信号继电器中的一个冲压结构件，设计要求可承受的最大静态压力为1400N，我们做了大量的工艺改进试验和分析，取得了显著的效果。目前影响接点架降本增效的因素仍然存在很多，但都是外在因素，材料的利用率才是内因，主要集中在接点架备料阶段，原备料方法是将4mm厚的Q235B热轧碳素结构钢板在剪板机上裁剪成条料77*L(L由钢板宽度确定)，然后在冲床上按工艺尺寸(32*68)落料，为后续冲孔变形做准备。由于在裁剪过程中有搭边要求，经测算实际材料利用率不足70%。

通过调研市场，我们选择冷轧工艺方法，把热轧碳素结构钢线材轧制成的扁钢，即由Φ24的线材轧制成(4±0.05)×32的扁钢，减少了裁剪过程中由于搭边所产生的材料损耗，经测算材料的利用率可提高至93%。其轧制工艺过程为：线材Φ24→初轧(8*32)→一次退火→二道轧制(5*31.95)→二次退火→精轧→校直切断[(4±0.05)×32]，经试验在轧制过程中，每道轧制量对扁钢的材料性能起决定性作用，尤其是精轧工序的轧制量对成品的力学性能起决定作用。

3 冷轧工艺试验

为了确定冷轧扁钢精轧工序的轧制量，我们做了三组工艺试验：在同样的轧制速度、轧制压力下，给精轧工序分别留了1.1mm、0.7mm、0.4mm轧制量，即分别从5.2mm轧制到4.1mm、从4.8mm轧制到4.1mm、从4.5mm轧制到4.1mm，然后校直切断成定尺长的冷轧碳素结构扁钢。从试样中抽取样品做了以下工艺试验。

a)冷轧碳素结构扁钢力学性能试验

使用Q195热轧碳素结构线材，经测试抗拉强度为抗拉强度Rm(MPa)372.5，延伸率为34%，测试数据曲线见图一，按照上述三组工艺试验方案，加工了冷轧碳素结构扁钢，然后进行硬度测试和力学性能测试，测试数据见表1：

从拉伸试验数据分析可以发现，三组试样经冷轧加工后，随着轧制量的减小，扁钢的硬度也会下降，抗拉强度也呈下降趋势，但其延伸率反而会增大，这符合冷轧工艺方法的原理，即提高材料强度的同时，材料的塑性韧性会有所降低。其中试样3(编号：3-3,3-4,3-5)的抗拉强度Rm均值为385.6MPa，延伸率A均值为25.5%，而GB/T700-2006中要求Q235碳素结构钢的抗拉强度Rm为370-500MPa，延伸率A不小于26%，两者的力学性能相比差异不大。说明Q195热轧碳素结构线材经过冷轧工艺方法轧制成扁钢后的力学性能和Q235的热轧碳素结构钢的力学性能相当。

表1 不同轧制量下的材料性能试验结果

注：表中抗拉强度和延伸率分别为三组试样中每个试样的对应值。

图1 试样拉伸试验曲线图

b)金相分析

根据上述力学性能试验数据分析，我们对三组试样分别进行了金相分析，金相图见图2-图7，其中图2(试样1)、图4(试样2)、图6(试样3)是在放大100倍下的金相图，图3(试样1)、图5(试样2)、图7(试样3)是放大200倍下的金相图。从金相图中可以看出，冷轧碳素结构扁钢的组织结构为铁素体+珠光体，晶粒呈带状分布，且晶粒大小比较均匀，符合冷轧工艺方法加工材质的组织结构状态，且没有晶界错位等缺陷。

图2 铁素体+珠光体100X 图3 铁素体+珠光体200X

图6 铁素体+珠光体100X

图7 铁素体+珠光体200X

c)接点架结构强度测试分析

结合上述试验数据分析，我们优先选择试样3做为进一步试验的材料。按照接点架的工艺要求，分别使用Q235B热轧板和Q195冷轧扁钢(试样3)加工了接点架，并按继电器产品设计要求进行了强度模拟试验。

将接点架组装在整机上，模拟工作状态下承受静态压力的状态，在DNS100电子万能试验机上按一定的速度，从0 N开始施加压力，逐渐增加压力，压力达到2500N时停止施加压力。其中接点架强度测试曲线Ⅰ(见图8)，使用的是4mm厚的Q235B热轧碳素结构钢板加工的接点架；接点架强度测试曲线Ⅱ(见图9)，使用的是4×32mm的冷轧碳素结构扁钢加工的接点架，测试曲线如下：

测试曲线图横轴最小刻度为0.4mm，纵轴最小刻度为600N，经分析研究测试数据可以发现，在压力机从0N到2500N的施加静态压力的过程中，使用冷轧碳素结构扁钢加工的接点架，其结构强度的测试曲线的离散程度较集中，当施加压力为1400N时，形变位移波动范围不大于0.3mm；当压力为2500N时，形变位移波动范围不大于0.4mm。而使用Q235B碳素结构钢板加工的接点架，当压力为1400N时，形变位移波动范围不大于0.5mm，当压力大于1400N后，其离散程度迅速增大，达到2500N时，形变位移波动范围达到1.2mm。说明使用冷轧Q195碳素结构扁钢加工的接点架，其力学性能一致性好，结构强度要优于Q235热轧碳素结构钢板加工的接点架。