合金钢辙叉剩磁消除工艺研究与应用

云卫涛

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721000)

1 概述

随着铁路及城市轨道交通的迅速发展，合金化产品扮演的角色愈发重要，合金钢辙叉作为铁路道岔的关键部件，良好产品的质量是列车安全运行的重要前提[1-3]，作为辙叉的核心部件心轨在加工过程中工艺较为复杂，使用到的吊、夹具较多，目前车间广泛使用的具有强磁性吊、夹具主要有：磁力吊、电磁吸盘和电控永磁吸盘三种。磁力吊又名永磁起重器，主要用于吊装操作过程中移动导磁材料的工件[4]；电磁吸盘是一种电磁夹具，它通过电磁线圈通电后吸盘体产生的吸力来固定被加工工件；电控永磁吸盘是结合电磁、永磁特性而开发的新型夹具[5]。上述三种辅助生产所用的设备在磁力吸持具有铁磁性工件后，工件均会产生有不同程度剩磁。若剩磁消除不彻底，会对铁路精密监测仪器产生不同程度干扰，影响列车行车安全。

2 传统退磁工艺

2.1 剩磁产生原因

铁磁性材料被外部磁场磁化后，去掉外磁场后所保留的表面磁感应强度,称为剩磁特性，其可以通过施加适当的反向磁场、高温或振动而减弱或者消失[6-7]。通过对同行业调查及文献分析研究，目前采取的退磁方案均为施加反向磁场，从而实现退磁工艺需要。

2.2 测量设备

特斯拉计也叫高斯计，拥有最重要的霍尔元件探头，可以永久对磁性材料的表面磁场进行测量，显示的数值即为该点的磁感应强度，测量范围0 mT～200 mT。

2.3 测量点选取

现对铁路线路上使用最广泛的60 kg/m钢轨9号单开道岔合金钢辙叉(如图1所示)，心轨加工过程中使用三种吊、夹具后，剩磁大小进行跟踪分析，为了更好地研究工件不同点剩磁特点，对工件选取了不同的测量点，分布范围如图2所示，测量点与接触吊、夹具磁性说明如表1所示。

表1 剩磁测量点位置与剩磁来源

2.4 剩磁分布

以心轨加工工艺及车间流转过程为依据，通过对30组心轨毛坯到成品的剩磁跟踪测量，分时段及采用不同装夹方式加工后进行测量，经多次磁力吊吊夹、电磁吸盘及电控永磁吸盘吸持后，剩磁分布情况如图3所示。

从图3剩磁分布情况我们不难发现，工件经过磁力吊、磁力吊与电磁吸盘、磁力吊与电控永磁共同作用后，各测量点剩磁平均值均在10 mT～15 mT范围内，而只经过电磁吸盘或电控永磁吸持后，剩磁集中在6 mT～9 mT范围内，同样，心轨趾端、工作边以及跟端不接触这三种吊、夹具，测量点剩磁集中在0 mT～1 mT范围内。可见，使用不同吊、夹具对心轨剩磁参数影响巨大。

2.5 传统退磁工艺

传统消除剩磁工艺布局如图4所示，消除剩磁主要根据工件的长度，选择并联的电磁吸盘数量，通过外接磁盘与电磁吸盘连接，依靠按钮开关，控制电磁吸盘的充磁与退磁，从而打乱工件的表面磁场度，实现退磁工艺。目前每次退磁周期设定时间是19 s,退去心轨工件一个面的剩磁需至少执行2次～3次退磁循环，待一个面采用按钮退磁次数达到后，采用无磁吊具将工件从电磁吸盘上吊起来，用高斯计测量，若表面磁性小于理想值，则翻转工件退下一个面，若磁性还是大于理想值，则继续循环退磁过程，直至该面剩磁达到理想值。若碰到台阶时，还需要采用垫加垫铁的方式，才可以去除该台阶面的剩磁。

3 新工艺及设备开发

3.1 退磁设备设计参数

根据车间布局与产品工艺要求，并考虑后期可能出现的其余合金化产品如翼轨、叉跟轨镶嵌块等工件，设计退磁设备的相关参数要求见表2。

表2 退磁设备参数

3.2 设备布局

为了生产的连续性，该退磁设备布局在心轨最后加工工序结束机床旁，采用钢架与地面连接，分为遥控器与设备机身按钮控制，工作人员在电气箱侧操作按钮，上下料在设备的另一侧，从而实现工件的退磁过程，设备布局图如图5所示。

3.3 工作原理

该退磁设备程序通过PLC写入，接通电源，指示灯亮起，将工件通过输送线送至框口中，退磁指示灯亮起，停留3 s～5 s后，按下输送按钮，从工件进入到内框退磁工序开始，将心轨匀速从框口中输出，按下停止按钮，延时3 s～5 s后，退磁自动停止完成，退磁器指示灯熄灭，再用无磁性吊具将工件从输送线上取下。

4 结果分析

通过对不少于30件工件跟踪测量，对原有工艺与设备和新开发的工艺与设备对比，首先从较为直观的计量时间来分析，原退磁工序完成，工件剩磁降到1 mT范围以下，该数值参考同行业产品剩磁数据，需要两个人协同工作，一个人负责起吊与翻转工件，一个人进行测量，顺利完成需要10 min，甚至30 min，而现有剩磁消除工艺，只需要单人即可操作完成，从起吊工件至剩磁工艺完成只需要3 min～5 min，两者剩磁消除工艺完成以后，剩磁对比效果如图6所示。

从图6可以看出，执行旧工艺，工件使用三种吊、夹具的位置剩磁分布在0.7 mT～1.5 mT附近，并且测量过程中，由于个别工件C点、D点及H点剩磁超出了设定值，且剩磁消除较为困难，并对该点剩磁测量平均值影响较大，而执行新工艺后，工件分布剩磁在原有基础上降低了80%，且剩磁分布集中在0.5 mT以下，波动较小，退磁效果明显。

5 结语

合金钢辙叉心轨剩磁消除工艺及设备的开发，从根本上解决了吊、卡具使用过程中，工件产生的剩磁，对剩磁进行了最大化的降低，减少了人工的劳动强度及退磁过程耗费的时间，消除了合金钢辙叉在使用时对铁路状态信号检测设备的干扰，确保了列车过岔运行时的安全稳定性，确保产品质量的同时，提高效率，节约时间成本。该工艺与设备成功的开发不仅可以适用于合金钢辙叉心轨件，还可适用于铁路未来可能出现的各种合金化钢轨件，如尖轨、翼轨等具有合金材质的工件。