[发明专利]3D打印合金钢组合辙叉加工方法

说明书

本发明涉及铁路辙叉，具体为一种3D打印合金钢组合辙叉加工方法。下道的既有合金钢辙叉，探伤确认其具有3D打印可实施性后，对其伤损表面进行铣削，再利用3D打印技术在铣削后的合金钢辙叉表面上打印一层同材质冠层。打印前计算心轨的受力特征及应力分布规律，确定心轨顶面的受力范围和影响深度，从而得出3D打印层厚度及冠形，再进行铣削。然后在铣削后的心轨上使用特殊材质的焊丝，通过电弧熔积增材制造的工艺方式在辙叉心轨上逐层堆积同材质冠层，逐层堆积的同时同步进行微锻、精细铣削。最后得到具有高强度、高韧性、高耐磨性、使用寿命长的合金钢辙叉心轨。

技术领域

本专利涉及铁路辙叉，具体为一种3D打印合金钢组合辙叉加工方法。

背景技术

辙叉是铁路线路的关键设备，是道岔的核心部件，承受高强度的冲击碾压。为确保运行安全，要求该部件强度足够高、稳定性好、耐磨和有较长的使用寿命。目前，国内大量采用传统的高锰钢整体铸辙叉和合金钢组合辙叉。高锰钢整铸辙叉具有整体性好、易于成形、韧性好和加工硬度好等特点，但其初期硬度低（170—229HB），铸造后不可避免地存在疏松缩孔以及与高碳钢钢轨焊接难度大等不足，导致了高锰钢整铸辙叉整体强度降低，质量不易控制，使用寿命离散度大（最少的通过总量不到3000万吨，最大的通过总量的2亿吨），平均使用寿命不高（约7000~8000万吨），维修养护工作量和成本大；合金钢组合辙叉心轨采用的高强度、高韧性、和高耐磨性合金材料，解决高锰钢整铸辙叉心轨强韧性差和易产生铸造缺陷，并且大大提高了耐磨性、和抗裂性能，延长了辙叉的使用寿命（通过总量达到200Mt），同时，合金钢组合辙叉能与区间线路冻结或焊接，以满足跨区间无缝化线路的要求。但合金钢的缺陷在于材料制造成本高，达3万/吨；由于其具有高强硬度的性能特点，导致加工难度特别大，在完成毛坯件铸造及锻造后，进行金属切削加工难度大、成本高。现有的技术模式为，采用高成本的合金钢进行铸造、锻造，而后进行金属切削加工，使用到一定程度预测后进行整体更换。

发明内容

本专利针对以上技术问题提供一种3D打印加工方式。通过对等材质进行融铸锻复合材加工。目的在于生产加工出的合金钢组合辙叉，其具有性能具有传统合金钢组合辙叉的高强度、高韧性、高耐磨性与钢轨的良好可焊性的同时大幅降低其材料成本和加工成本。

本专利的具体技术方案为：3D打印合金钢组合辙叉加工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、下道的既有合金钢辙叉，探伤确认其具有3D打印可实施性；既有合金钢辙叉在使用到一定程度后需要更换，这一过程在过去就是直接废弃，造成合金钢辙叉的使用成本高居不下。

步骤2、计算心轨的受力特征及应力分布规律，确定心轨顶面的受力范围和影响深度，从而得出3D打印层厚度及冠形，再进行铣削，对其伤损表面进行铣削；

步骤3、再利用3D打印技术在铣削后的合金钢辙叉表面上打印一层同材质冠层，在铣削后的心轨上使用特殊材质的焊丝，通过电弧熔积增材制造的工艺方式在辙叉心轨上逐层堆积同材质冠层，逐层堆积的同时同步进行微锻、精细铣削。最后得到具有高强度、高韧性、高耐磨性、使用寿命长的合金钢辙叉心轨。

具体材料利用的是Si—Mn—Cr—Mo—Ni合金元素配合，按照一定的比例组合，辅以稀土合金V、Ti变质处理方案，研制成一种低碳高合金、高性能铁路道岔用新型奥贝氏体耐磨钢辙叉心轨材料。这种合金钢具有高强度、高韧性、高耐磨性与钢轨的良好可焊性等优点。心轨与叉跟轨、两叉跟轨间用间隔铁联结。奥氏体-贝氏体，综合性能好，在具备足够的强度、硬度条件下，韧性强、耐磨性好，尤其线路上道岔所用的环境条件恶劣，所以辙叉心轨不仅要满足常温韧性性能指标，还需保证低温韧性，耐磨性，使用寿命。同时心轨尺寸长，有效厚度大，尺寸精度要求高。这些苛刻的使用条件，为成功研制高性能的辙叉心轨材料带来了巨大的难度，但研制的新一代轨材质必须满足。