高摩閘瓦生產工藝改進淺探

1 背景概述

    閘瓦是鐵道車輛制動配件的最末端配件，安裝在車輛轉向架上的制動梁上，在車輛需要制動的時候，在列車制動機作用下，由制動梁將壓力傳遞給閘瓦，閘瓦摩擦面與車輛輪對踏面相接觸，進而對車輪的運動加以阻滯，以達到降低列車速度或者停車的目的。是鐵道車輛的重要制動配件。高摩擦系數合成閘瓦是目前新型的制動閘瓦，主要用于貨車車輛。貨車車輛閘瓦最初是鑄鐵材料，先后經歷了中磷時期和高磷時期。以鑄鐵材料中磷的含量作為區分。中磷車輛閘瓦中磷的含量一般為0.4～2%，高磷車輛閘瓦一般為2～2.5%。鑄鐵閘瓦的主要特點是原材料成本低廉，工藝過程相對簡單。1980年代以來，隨著國民經濟的快速發展，鋼鐵材料價格上漲，鑄鐵摩擦材料成本不再低廉，加上鑄鐵生產耗費能源、污染環境、摩擦系數偏低，不能適應鐵道車輛的高速運行條件。進入21世紀，鐵路多次提速，制動摩擦材料逐步向合成材料改進。目前主要應用的合成閘瓦也由原來的低摩擦系數向更高摩擦系數發展。本文涉及的高摩合成閘瓦生產工藝既是符合《TB/T 2403-1993貨車用高摩擦系數合成閘瓦》和《TB/T 2403-2010鐵道貨車用合成閘瓦》標準的作業系統。
　　按照最新的《TB/T 2403-2010鐵道貨車用合成閘瓦》標準的要求，高摩合成閘瓦在列車時速130km/h的摩擦系數應在0.326±0.05的范圍內，低摩擦系數閘瓦在車速100km/h時為0.128±0.03范圍內。
　　高摩合成閘瓦和低摩合成閘瓦生產的的基本流程是以鋼制瓦背為基底，粉狀合成材料在充分均勻混合后，在模具內經壓力機加溫壓制為固體，最后經固化熱處理，達到《TB/T 2403-1993貨車用高摩擦系數合成閘瓦》標準。生產過程比較復雜，影響質量的因素比較多，任何環節都有可能造成產品質量問題。

2 高摩閘瓦生產工藝基本流程

　　高摩合成閘瓦生產的基本工藝流程為五大部分：鋼制瓦背制作、摩擦材料準備、壓制成型、固化熱處理和檢驗。
　　(1)鋼制瓦背制作工序有：下料、沖孔、瓦鼻成型、梅花孔沖壓、梅花孔翻邊、整體成型、瓦背拋丸除銹和粘接劑涂刷，共八道工序；
　　(2)摩擦材料的準備工序：進料、按配方指定的比例稱重、煉膠、混料；
　　(3)壓制成型：涂刷脫模劑、將混合后的材料稱重后裝入壓力機模腔，按自動設定的程序壓制、出料脫模、清理毛刺；
　　(4)固化熱處理：將清理后外觀檢驗合格的成品放入自動烘箱，按設定的程序進行熱處理；
　　(5)檢驗：將熱處理后的成品按規定的標準進行物理、化學性能的試驗。主要項目有密度、壓縮強度、壓縮模量、硬度、抗彎、粘接、剪切、沖擊強度和固化水平等。

3 各環節存在的主要問題及原因分析

　　3.1 鋼制瓦背制作過程
　　首先有材料問題，板材的厚度，《TB/T 2403-2010鐵道貨車用合成閘瓦》規定不得小于4mm，材質必須符合GB/T700 Q235國家標準。現場實際監控中發現有材質脆硬，造成沖壓過后裂紋。
　　然后是模具問題，模具設計和調整不當造成成型瓦背不能通過量規檢測。
　　3.2 摩擦材料準備
　　外購的原材料雖然一直采用固定的供貨商，由于季節、氣候以及生產批次的不同，性能會有明顯差異。稱重配料時，一些比例較小的原料計量誤差也是很重要的影響因素。
　　3.3 壓制成型
　　壓制程序人工設定以后，壓力機可以按固定的程序完成壓制過程。但是模腔加熱溫度的控制不夠穩定，時常造成成品高摩閘瓦和低摩閘瓦性能上的較大差異。
　　3.4 固化熱處理
　　烘箱的加熱程序是可以人工設定的，按照工藝要求設定后，烘箱按照固定的程序進行熱處理，盡管如此，實際上每次的過程曲線卻不盡相同。
　　3.5 檢驗
　　試樣的制作精度不高，對試驗結果影響較大。

4 改進的建議措施

　　4.1 鋼制瓦背制作
　　嚴格原材料入廠檢驗制度，對瓦背板材進行強度試驗，每批板材都要取樣檢驗；
　　沖壓模具定期校驗，做好調整記錄，以供比對。
　　4.2 摩擦材料準備
　　目前不具備對所有摩擦材料進行化學性能檢驗的條件，但是可以設置樣品，進行比對目測，可以直接排除明顯差異的材料進入流程；
　　對于季節、氣候的影響，增加材料預先烘干工藝，保證原材料原始性能；
　　嚴格微量配料稱重，專人監督，落實制度。
　　4.3 壓制成型
　　落實計量檢定制度，確保壓力表和溫度表精度誤差可控。
　　4.4 固化熱處理
　　改造烘箱過程記錄方式，由過去的墨水+記錄紙改為電腦記錄儀，定期抽查過程記錄。
　　4.5 檢驗
　　《TB/T 2403-2010鐵道貨車用合成閘瓦》對檢驗項目做了較大修改，更新現有的電腦檢測設備，按新鐵標進行項目檢測，嚴格按新標準制作試樣，保證試驗結果的可靠性。

5 效果

　　在工藝質量控制方面，主要還是要考慮人員、設備、原材料、工藝方式和環境等方面持續改進與優化組合，按ISO 9000標準整合各項資源，使產品質量得到最大程度的保證。
　　2008年以來，公司生產的高摩擦系數合成閘瓦進行過多次的裝車追蹤試驗，產品質量保持穩定。

6 結束語

　　與《TB/T 2403-1993貨車用高摩擦系數合成閘瓦》相比， 新的《TB/T 2403-2010鐵道貨車用合成閘瓦》主要在檢驗標準上做了較大修改，工藝過程基本未變。由于一些指標的變化，化驗方法方面刪減了生產實踐中不影響質量本質的吸水吸油性能實驗，增加了丙酮可溶物的測定以及橫向、縱向的粘接拉脫實驗。還增加了紅外光譜分析和熱重分析項目。這些新的檢驗項目都是以前不曾接觸過的，我們還要在推廣新標準的過程中不斷實驗和探索，達到生產的閘瓦質量在物化指標和裝車試驗指標上面完全符合部頒標準，確保最終實現鐵路行車安全的大目標。