高摩闸瓦生产工艺改进浅探

1 背景概述

    闸瓦是铁道车辆制动配件的最末端配件，安装在车辆转向架上的制动梁上，在车辆需要制动的时候，在列车制动机作用下，由制动梁将压力传递给闸瓦，闸瓦摩擦面与车辆轮对踏面相接触，进而对车轮的运动加以阻滞，以达到降低列车速度或者停车的目的。是铁道车辆的重要制动配件。高摩擦系数合成闸瓦是目前新型的制动闸瓦，主要用于货车车辆。货车车辆闸瓦最初是铸铁材料，先后经历了中磷时期和高磷时期。以铸铁材料中磷的含量作为区分。中磷车辆闸瓦中磷的含量一般为0.4～2%，高磷车辆闸瓦一般为2～2.5%。铸铁闸瓦的主要特点是原材料成本低廉，工艺过程相对简单。1980年代以来，随着国民经济的快速发展，钢铁材料价格上涨，铸铁摩擦材料成本不再低廉，加上铸铁生产耗费能源、污染环境、摩擦系数偏低，不能适应铁道车辆的高速运行条件。进入21世纪，铁路多次提速，制动摩擦材料逐步向合成材料改进。目前主要应用的合成闸瓦也由原来的低摩擦系数向更高摩擦系数发展。本文涉及的高摩合成闸瓦生产工艺既是符合《TB/T 2403-1993货车用高摩擦系数合成闸瓦》和《TB/T 2403-2010铁道货车用合成闸瓦》标准的作业系统。
　　按照最新的《TB/T 2403-2010铁道货车用合成闸瓦》标准的要求，高摩合成闸瓦在列车时速130km/h的摩擦系数应在0.326±0.05的范围内，低摩擦系数闸瓦在车速100km/h时为0.128±0.03范围内。
　　高摩合成闸瓦和低摩合成闸瓦生产的的基本流程是以钢制瓦背为基底，粉状合成材料在充分均匀混合后，在模具内经压力机加温压制为固体，最后经固化热处理，达到《TB/T 2403-1993货车用高摩擦系数合成闸瓦》标准。生产过程比较复杂，影响质量的因素比较多，任何环节都有可能造成产品质量问题。

2 高摩闸瓦生产工艺基本流程

　　高摩合成闸瓦生产的基本工艺流程为五大部分：钢制瓦背制作、摩擦材料准备、压制成型、固化热处理和检验。
　　(1)钢制瓦背制作工序有：下料、冲孔、瓦鼻成型、梅花孔冲压、梅花孔翻边、整体成型、瓦背抛丸除锈和粘接剂涂刷，共八道工序；
　　(2)摩擦材料的准备工序：进料、按配方指定的比例称重、炼胶、混料；
　　(3)压制成型：涂刷脱模剂、将混合后的材料称重后装入压力机模腔，按自动设定的程序压制、出料脱模、清理毛刺；
　　(4)固化热处理：将清理后外观检验合格的成品放入自动烘箱，按设定的程序进行热处理；
　　(5)检验：将热处理后的成品按规定的标准进行物理、化学性能的试验。主要项目有密度、压缩强度、压缩模量、硬度、抗弯、粘接、剪切、冲击强度和固化水平等。

3 各环节存在的主要问题及原因分析

　　3.1 钢制瓦背制作过程
　　首先有材料问题，板材的厚度，《TB/T 2403-2010铁道货车用合成闸瓦》规定不得小于4mm，材质必须符合GB/T700 Q235国家标准。现场实际监控中发现有材质脆硬，造成冲压过后裂纹。
　　然后是模具问题，模具设计和调整不当造成成型瓦背不能通过量规检测。
　　3.2 摩擦材料准备
　　外购的原材料虽然一直采用固定的供货商，由于季节、气候以及生产批次的不同，性能会有明显差异。称重配料时，一些比例较小的原料计量误差也是很重要的影响因素。
　　3.3 压制成型
　　压制程序人工设定以后，压力机可以按固定的程序完成压制过程。但是模腔加热温度的控制不够稳定，时常造成成品高摩闸瓦和低摩闸瓦性能上的较大差异。
　　3.4 固化热处理
　　烘箱的加热程序是可以人工设定的，按照工艺要求设定后，烘箱按照固定的程序进行热处理，尽管如此，实际上每次的过程曲线却不尽相同。
　　3.5 检验
　　试样的制作精度不高，对试验结果影响较大。

4 改进的建议措施

　　4.1 钢制瓦背制作
　　严格原材料入厂检验制度，对瓦背板材进行强度试验，每批板材都要取样检验；
　　冲压模具定期校验，做好调整记录，以供比对。
　　4.2 摩擦材料准备
　　目前不具备对所有摩擦材料进行化学性能检验的条件，但是可以设置样品，进行比对目测，可以直接排除明显差异的材料进入流程；
　　对于季节、气候的影响，增加材料预先烘干工艺，保证原材料原始性能；
　　严格微量配料称重，专人监督，落实制度。
　　4.3 压制成型
　　落实计量检定制度，确保压力表和温度表精度误差可控。
　　4.4 固化热处理
　　改造烘箱过程记录方式，由过去的墨水+记录纸改为电脑记录仪，定期抽查过程记录。
　　4.5 检验
　　《TB/T 2403-2010铁道货车用合成闸瓦》对检验项目做了较大修改，更新现有的电脑检测设备，按新铁标进行项目检测，严格按新标准制作试样，保证试验结果的可靠性。

5 效果

　　在工艺质量控制方面，主要还是要考虑人员、设备、原材料、工艺方式和环境等方面持续改进与优化组合，按ISO 9000标准整合各项资源，使产品质量得到最大程度的保证。
　　2008年以来，公司生产的高摩擦系数合成闸瓦进行过多次的装车追踪试验，产品质量保持稳定。

6 结束语

　　与《TB/T 2403-1993货车用高摩擦系数合成闸瓦》相比， 新的《TB/T 2403-2010铁道货车用合成闸瓦》主要在检验标准上做了较大修改，工艺过程基本未变。由于一些指标的变化，化验方法方面删减了生产实践中不影响质量本质的吸水吸油性能实验，增加了丙酮可溶物的测定以及横向、纵向的粘接拉脱实验。还增加了红外光谱分析和热重分析项目。这些新的检验项目都是以前不曾接触过的，我们还要在推广新标准的过程中不断实验和探索，达到生产的闸瓦质量在物化指标和装车试验指标上面完全符合部颁标准，确保最终实现铁路行车安全的大目标。