路基处理车输送带耐磨导轨国产化试制

Equipment Manufacturing Technology No.11，2012
我公司生产的路基处理车每列有１６条输送带，公司将输送带的生产任务交给了二七宏丰机械有限责
任公司负责完成。

其中第一至第四列车输送带的关键配件由国外进口，从第五列车开始二七公司要求部份关键配件进行国产化自制，其中，耐磨导轨试制就在国产化项目中，进口耐磨导轨价格为１８５３３５８元／列。

耐磨导轨作为路基处理车的关键部件，具有一定的技术难度，为了确保顺利实现耐磨导轨的国产化工作，二七宏丰公司立足现有的设备，结合北京地区的科研院校优势，开展技术攻关，经过２个多月的连续试验，解决了多项技术难题，终于完成了产品试制任务，并进行了小批量的生产。

１产品分析
耐磨导轨是路基处理车输送带中的重要部件，其为砂石料传送带滚轮提供导向和支撑。

导轨工作条
件为滴油润滑滚动摩擦，滚轮间或有侧向窜动和颠簸。

沙砾灰尘附着在导轨上，被滚轮碾压，会加速导轨的磨损，路基车服役时间较长，导轨需进行一次大修。

经过分析，进口导轨是采用真空钎焊多片拼接硬质合金的方法加工而成，为了确保零件的品质，试制产品依然采用该工艺。

每根导轨成品尺寸为１５００ｍｍ×３０ｍｍ×１４ｍｍ。

导轨局部模型，如图１所示。

为了进一步明确进口导轨硬质合金牌号，对其进行扫描电镜和能谱分析。

进口导轨硬质合金金相
照片，如图２所示。

在图２中，浅色部分为碳化钨，深色部分为钴。

硬质合金颗粒直径１￣９ｕｍ，３ｕｍ以上大颗粒所占面积大于７０％，属于高品级粗颗粒硬质合金。

通过对该区域进行能谱扫描，其硬质合金能谱分析，如图３所示，数据分析如表１所列。

路基处理车输送带耐磨导轨国产化试制
宋大琪
（北京二七轨道交通装备有限责任公司二七宏丰公司，北京１０００７２）
摘要：耐磨导轨作为路基处理车的关键部件，具有一定的技术难度。

我公司研制的国产化耐磨导轨完全可以替代进口导轨，解决了企业的生产困难，为企业创造了良好的经济效益。

为以后在其他行业的推广打下了良好的基础及发展的空间。

关键词：路基处理车；耐磨导轨；国产化；研制中图分类号：Ｕ４１６．１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）１１－００２２－０３
收稿日期：
２０１２－０８－１０作者简介：宋大琪（１９５５—），男，北京人，工程师，研究方向：机械制造加工及工艺。

图１导轨示意图
硬质合金
钎焊层
基材
图２
进口导轨硬质合金金相照片
图３硬质合金能谱ＣＫａＣｏＬｌＣｏＬａ
ＷＭｚ
ＷＭｒ
ＣｏＫａＷＬｌＣｏＫｂ
ＷＬａ
ＷＬｂＷＬｂ２０．００
１．００２．００３．００４．００５．００６．００７．００８．００
９．００
１０．０００
４００
８００１２００１６００２０００
２４００
２８００３２００３６００４０００４４００
４８００ＷＭａ
Ｃｏｕｎｔｓ
ｋｅＶ
表１
硬质合金能谱分析
Ｅｌｅｍｅｎｔ
ＣＫＣｏＫＷＭ
Ｔｏｔａｌ
（ｋｅＶ）０．２７７６．９２４１．７７４
Ｍａｓｓ％６．７５１６．８０７６．４５１００．００
Ｅｒｒｏｒ％０．２２０．５６０．５３
Ａｔｏｍ％４４．５１２２．５７３２．９２１００．００
Ｋ２．０５０３２１．９０９２７６．０４０５
Ｃｏｍｐｏｕｎｄ
Ｍａｓｓ％Ｃａｔｉｏｎ
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《装备制造技术》２０１２年第１１期
能谱分析表明，该硬质合金含钴１６．８％。

为了确
保产品品质，将国产化硬质合金的韧性等级提高一个牌号，采用ＧＭ５０。

１．２钎焊材料分析
进口导轨钎焊层金相照片如图４所示，进口导轨钎焊层能谱分析如图５所示，数据分析如表２所列。

能谱分析表明，进口导轨采用银铜锌镉合金作为钎料。

通过查阅手册，这种钎料的抗拉强度为
３５０￣４００ＭＰａ，熔化温度６３０￣６５０℃。

我们采用了国内现有各项参数基本相同或略高于进口牌号的焊料并搭配了适当的焊剂，焊料熔化温度６５０￣６８０℃，焊接强度４００￣４６０ＭＰａ。

１．３基材分析
基材采用化学分析法测定元素含量，测量结果如表３所列。

采用显微硬度计检验，基材硬度ＨＶ１７０＝ＨＢ１８０。

上述参数可以判定基材为普通退火态低碳钢。

经研究决定采用Ｑ２３５Ａ冷轧钢板作为基材，在焊接前进行必要的热处理，消除基材应力，并使其具有
一定的刚度。

钎焊时基材的变形是不可避免的，这也
是我们面临解决的最关键问题。

在焊接后基材需要矫直，最后进行热定型。

２试制过程
２．１工作进度
（１）确定试制方案，设计钎焊工装。

（２）订制硬质合金片，将大片硬质合金片线切割成导轨要求的尺寸，并进行钎焊试验。

（３）进行第一轮钎焊试验，试验钎料厚度、焊剂加入量和钎焊温度，检验变形量；出第一批样品。

第一批样品出现以下问题：硬质合金片之间间隙过大；变形大；钎料溜挂；硬质合金侧边不齐。

针对这些问题，采取的措施为：改进工装；调整钎焊参数；调整仟料厚度；将真空钎焊改为氩气＋氢气保护焊。

（４）进行第二轮钎焊试验，调整钎焊工艺参数，
摸索冷压矫直工艺参数。

第二批样品出来后，
检查发现，硬质合金片之间间隙有所减小，但还未完全消除，经分析认为是两种材料的受热后伸缩率不同。

针对这一问题，进一步调整低碳钢焊前预处理工艺，使两种材质的伸缩率接近同时完善工装卡具。

（５）第三轮钎焊试验，通过进一步完善钎焊前、后处理工艺，试制出第三批样品；线切割加工摩擦学试验样品。

（６）送清华大学摩擦学国家重点实验室进行ＳＲＶ试验，出具试验报告。

２．２工艺流程
经过二七宏丰公司员工长达７０天的不懈努力，经过多次试验，多次更改方案，终于确定了耐磨导轨的加工流程，如图６所示。

图４
进口导轨钎焊层金相照片
图５进口导轨钎焊层能谱
ＣＫａ
ＭｕＬｌＭｎＬａＣｕＬａ
ＺｎＬｌＺｎＬａＣｕＬｌＡｇＬａ
ＡｇＬｂＡｇＬａＡｇＬｂ２ＣｄＬｂＣｄＬｂ２
ＭｎＫａ
ＭｎＫｂ
ＣｕＫａ
ＣｕＫｂ
ＺｎＫｂ
ＺｎＫａ
０．００
１．００
２．００
３．００４．００５．００６．００７．００８．００９．００１０．００
ｋｅＶ
３００６００９００１２００１５００１８００２１０００
２４００２７００Ｃｏｕｎｔｓ
表２
进口导轨钎焊层能谱分析表
ＥｌｅｍｅｎｔＣｕＫＺｎＫＡｇＬＣｄＬＴｏｔａｌ
Ｋ１６．８１４８２１．６０１８５１．４２０９１０．１６２５
ＣｏｍｐｏｕｎｄＣａｔｉｏｎ
Ｍａｓｓ％Ａｔｏｍ％２１．５７２６．５８４３．５５８．３０１００．００
Ｅｒｒｏｒ％０．８６１．１００．３８０．４１
Ｍａｓｓ％１５．６８１９．８８５３．７６１０．６７１００．００
（ｋｅＶ）８．０４０８．６３０２．９８３３．１３２
表３
采用化学分析法测定基材元素含量（品质％）
Ｃ０．１８
Ｍｎ０．４５
Ｓｉ０．２５
Ｐ
小于０．０５Ｓ
小于０．０５
Ｆｅ余量
图６导轨试制工艺流程
Ａ１轨道基材下料
Ｂ１烧结硬质合金片
Ａ２基材井式炉７５０°退火Ｂ２精磨硬质合金片侧面和下表面
Ａ３粗磨基材上表面Ｂ３检验硬质合金片的垂直度和平行度
Ｃ１将基材、
硬质合金片、焊料和工装进行组装
Ｃ２将装配体放
入炉中钎焊
Ｃ３矫直
Ｃ４热定型
Ｃ５精磨导轨至
成品尺寸
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关键步骤说明：
（１）Ａ２焊前对基材退火，可以显著降低残余应力。

实践证明，焊前退火可使钎焊变形降低３０￣３５％。

（２）Ｃ２因为我公司的钎焊炉可以编程控制，所以钎焊过程可以精确控制升温和冷却速度，这一点对于减小钎焊变形极为重要。

（３）Ｃ３钎焊变形控制在１５ｍｍ以内，否则矫直过程会对硬质合金片造成损害。

（４）Ｃ４矫直后必须立即进行热定型处理，可有效防止回弯。

（５）Ｃ５由于磨削产生应力，导轨精磨后，还会产生少量挠度（小于３ｍｍ），所以部分导轨需要进行二次矫直。

３检验分析
样品试制完成后，对其各项指标进行检验。

经检
验：尺寸检验达到图纸要求，同时表面粗糙度检验达到图纸要求。

硬质合金材质对比，如图７、图８所示。

由金相照片可以看出，进口导轨合金片存在孔隙，而二七宏丰公司的合金片较为致密。

这种孔隙是由于烧结压力不够引起的。

孔隙的存在会造成合金片冲击韧性降低。

３．１耐磨性检验
（１）ＳＲＶ试验在正常工况下，滚轮与导轨是油润滑滚动摩擦，对导轨的磨损微乎其微。

只有当滚轮发生横向窜动，或导轨上附着有沙砾灰尘，才会对导轨造成较严重的磨损。

根据这种工况，采用清华大学摩擦学国家重点实验室的ＳＲＶ摩擦磨损试验机，考核进口硬质合金与二七宏丰公司硬质合金的相对耐磨性。

下试样由导轨取样制成直径２４ｍｍ，高７．８８ｍｍ的圆柱，硬质合金为圆柱顶面，朝上放置；上试样用硬质合金制成直径１５ｍｍ，高２２ｍｍ圆柱（ＧＣｒ１５的耐磨性相对较差，不能用来做上试样），圆柱面与下试样接触。

在垂直方向对下试样进行加载，载荷１００Ｎ；由电磁力
驱动上试样在下试样表面进行水平往复滑动；接触面用２０＃机油润滑，为了模拟沙砾灰尘，在机油中加入０￣１ｕｍ多晶金刚石微粉，如图９所示。

（２）试验参数
试验参数如表４所示。

（３）试验结果
试验结果，如图１０所示。

以进口试样为基准统计实验结果
磨痕宽度差异＝｜（Ｗ１－Ｗ２）｜／Ｗ１×１００％＝２．８％
磨痕深度差异＝｜（Ｈ１－Ｈ２）｜／Ｈ１×１００％＝０．５％（４）结论：两种硬质合金磨痕没有明显差别，耐磨性相当。

３．２磨耗比试验
用ＳＲＶ试验机模拟均匀载荷的磨损情况，其实
图８
二七公司硬质合金片金相照片
图７
进口导轨硬质合金片
金相照片
图９ＳＲＶ试验示意图
载荷
下试样
往复运动
上试样
表４
试验参数
载荷（Ｎ）频率（ＨＺ）冲程（ｍｍ）运行时间（分）运动方式接触方式润滑条件磨料
１００５０１．３６０往复运动线接触２０＃机油
０￣１微米多晶金刚石磨料，０．２ｇ／ｍｌ
图１０
试验结果
磨痕形貌１＃试样（进口试样）
２＃试样（二七公司
）
磨痕形貌
磨痕宽度Ｗ１：２．１２ｍｍ磨痕宽度Ｗ２：
２．１８ｍｍ
磨痕深度Ｈ１：３７．１微米磨痕深度Ｈ２：３６．９微米
（下转第２９页）
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《装备制造技术》２０１２年第１１期
ＴｈｅＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＳｕｂｇｒａｄｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＶｅｈｉｃｌｅ’ｓＣｏｎｖｅｙｏｒＢｅｌｔ
Ｗｅａｒ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇＧｕｉｄｅ
ＳＯＮＧＤａ－ｑｉ
（ＢｅｉｊｉｎｇＦｅｂ７ｔｈＲａｉｌｗａｙＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｅｂ７ｔｈＨｏｎｇｆｅｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｒｏａｄｂｅｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｃａｒ，Ｗｅａｒ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｇｕｉｄｅｈａｓｃｅｒｔａｉｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ．Ｍｙｃｏｍｐａｎｙ’ｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｗｅａｒ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｇｕｉｄｅｃａｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｇｕｉｄｅｒａｉｌ，ｗｈｉｃｈｈａｓｓｏｌｖｅｄｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓａｎｄｃｒｅａｔｅｄａｇｏｏｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｉｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈａｓｌａｉｄａｇｏｏｄｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｐａｃｅｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ’ｓｆｕｔｕｒｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｇｒａｄｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｖｅｈｉｃｌｅ；ｔｈｅｗｅａｒ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｇｕｉｄｅ；ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
际工况更加恶劣，可能有较强的冲击。

采用二七宏丰公司磨耗比试验仪，模拟冲击较大的磨粒磨损。

用碳化硅砂轮直接磨削导轨试样，用砂轮失重除以试样失重，得出磨耗比，表征试样的抗冲击磨粒磨损性能。

经检测，进口导轨硬质合金磨耗比是１．４７，我公司采用的硬质合金的磨耗比是１．８５。

试验结果表明，在冲击较大的磨粒磨损条件下，二七宏丰公司的硬质合金磨耗比略优于进口合金，说明二七宏丰公司合金的冲击韧性略好于进口合金。

结论：上述检验分析表明，二七宏丰公司试制的耐磨导轨各项指标均达到进口导轨的标准。

经核算，国产化后的耐磨导轨价格降为９０００００元／列。

价格节约了５０％，经济效益显著。

经二七轨道公司质量保证部组织有关部门并邀请部驻厂验收室等单位参
加的厂级签定会，一致同意装车使用。

４结束语
通过这次路基处理车输送带耐磨导轨的国产化
研制工作，锻炼了我公司的职工队伍，提高了企业科技人员的创新能力，解决了生产中的困难，使企业获得了良好的经济效益。

此项成果还可以推广到矿山、冶金等相关行业中去，在生产实践去运用和完善发挥。

在耐磨导轨的研制中得到了清华大学等院校及有关企业的支持、专家的指导，我表示感谢！
参考文献：
［１］王文斌，等．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４．［２］吴毅雄，等．焊接手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．
ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＦｉｒｅｅｎｄＴｒｙＷａｔｅｒＶａｌｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｉａｌｙｓｉｓ
ＬＵＯＬｉ－ｍｅｉ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＭｉｎｇｚｈｕＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＸｉｎｇｎｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１４５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｆｉｒｅｅｎｄｔｒｙｗａｔｅｒｖａｌｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｕｔｉｎｇｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，
ｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｏｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｒｅｅｎｄｔｒｙｗａｔｅｒｖａｌｖｅ；ｌｅａｋａｇｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌｔｈｒｅａｄＴｆｌｏａｔｉｎｇｂａｌｌ；ｌｉｎｅａｒｓｅａｌ；ｓｅａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ
参考文献：
［１］洪勉成，陆培文，高凤琴．阀门设计计算手册［Ｍ］．北京：中国标准出版社，１９９４．
［２］陆培文．实用阀门设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．［３］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０００．［４］章华友．球阀设计与选用［Ｍ］．北京：科学技术出版社，１９９４．
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（上接第２４页）
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