CN106042986A - 一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法，属于城市轨道交通第三轨供电的器材。其主要采用钢侧边滚花，对应的铝轨二个支耳内侧带有呈波浪形交叉的突筋和凹槽，在隧道窑的均温管中加热，并在钢铝复合生产线中间配置多对专用燃烧器来控制铝支耳处于超塑性变形状态后，由4对生产线的上下左右压轮施加作用力，使支耳向内转动和移动，支耳的突筋被挤入不锈钢侧边的滚花槽内，完成钢与铝的热复合，再进行T6热处理和时效处理，使钢铝复合导电轨具有低电阻、高强度，接触电阻小，可以高速生产，成品率高。

Description

一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法

技术领域

一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法，属于城市轨道交通第三轨供电用的器材。

背景技术

在本发明作出以前，已有的城市轨道交通第三轨供电器材，钢铝复合导电轨大多采用冲压铆接或焊接成型，钢与铝接触电阻大，钢与铝结合不够牢固，虽有如专利号为201520437654.0的热复合的钢铝复合导电轨，具有钢与铝结合牢固的优点，但加工的工艺复杂，铝型材支耳的超塑性变形过程不易控制，成品率低，不锈钢槽侧边的月牙形缺口加工麻烦，生产效率低。

发明内容

本发明的目的就是要克服铝型材超塑性变形过程不易控制的缺点，并克服钢铝复合导电轨生产率低且成品率低的缺点，发明一种铝型材的超塑性变形过程能良好控制的热复合的钢铝复合轨的制造方法，并进而发明一种能高效生产且成品率高的钢铝复合导电轨，使钢与铝结合牢固，钢与铝的接触电阻小。

本发明解决其问题的技术方案，主要采用钢侧边滚花，对应铝轨二个支耳内侧带有呈波浪形交叉的凹槽和突筋。不锈钢槽扣在工字形铝轨的沟槽内后进入隧道窑的均温管中加热升温至480℃至520℃，使铝型材处于超塑性状态后马上进入钢铝复合生产线，在4对上下左右轧辊的压力作用下，铝轨二个支耳向内转动并移动，由于铝的热容量大，铝轨本体的热量不断迅速补充其二个支耳在此约数秒钟的过程中消失的部分热量，加之专用燃烧器的热量补充，支耳的铝材保持在超塑性状态，使支耳内侧的突筋被挤入不锈钢侧边的滚花槽内，而突筋上多余的少量铝材进入旁边的凹槽内，完成钢与铝的热复合，使不锈钢槽与工字形铝轨牢牢地结合成一体。在钢铝复合轨离开钢铝复合主机后，立即采用喷水雾及强风冷却的方式使铝型材处于T6热处理状态，再经后整理加工，进入加长的时效炉进行时效处理，最终铝轨具有高强度(抗拉强度＞220MP)和低电阻(电阻率＜0.032Ω.mm²/m)的特点，成为可以高效生产的高性能钢铝复合导电轨。

本发明的优点是：

一、生产效率高，不锈钢二个侧边在不锈钢冷弯生产线后段添加的二对滚花轧辊中间通过时被辗压出二条深0.3mm-0.5mm的滚花槽，辗压速度达2米/分钟至5米/分钟。而加长的隧道窑及均温管也可在同样速度下使铝型材的支耳达到480℃这一最佳超塑性变形阶段再进入钢铝复合生产线完成热复合工艺过程。

二、钢铝复合轨成品率高。在调试稳定工艺后，生产线的速度、温度、压力参数被光电数控装置精确控制，无废品，仅需对每根钢铝复合轨二端作端面加工，切屑量仅20mm/15000mm，成品率达99.87％。

三、钢铝结合强度高，钢铝接触电阻小，将热膨胀数为16×10^-6/K的不锈钢和热膨胀系数为24×10^-6/K的铝复合成一体，整体钢铝复合轨的热膨胀系数为20.7×10^-6/K，在热胀冷缩温度循环过程中不会弯曲变形，也不会扭曲。

附图说明

图1为一种热复合的钢铝复合导电轨的横剖面图。

图2为铝支耳与钢侧边交界处的局部放大图。

图3为复合前的铝轨的横剖面图。

图4为复合前的铝轨支耳与沟槽处的局部放大图。

图5为不锈钢槽的横剖面图。

图6为不锈钢槽侧边的向视图。

图7为不锈钢槽侧边的局部放大图。

图8为一种热复合的钢铝复合轨置于加温隧道窑内的横剖面图。

图9为一种热复合的钢铝复合导电轨的制造工艺路线图。

图10为钢铝复合生产线的侧向视图。

图11为钢铝复合生产线中的预复合机组的右视图。

图12为专用燃烧器的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式：

图1为一种热复合的钢铝复合导电轨的横剖面图。工字形的铝轨1的上面为不锈钢的钢槽2，铝轨1的上表面与钢槽2的内表面贴紧。铝轨1上方二侧的二个支耳3紧紧压住钢槽2的二个侧边4的外侧。

图2为图1右上方铝支耳3与钢侧边4交界处的局部放大图。钢槽2的侧边4上的滚花突筋5与铝轨1的支耳3的凹沟6相重合，而钢侧边4上的滚花凹沟7与铝轨1的支耳3的突筋8相重合，在二者的交界面上形成波浪形交叉的沟槽和突筋，使钢与铝结成一体，在三个方向都有很高的结合强度。

图3为复合前的工字形铝轨的横剖面图。图中钢槽2从上往下倒扣进入铝轨1的沟槽9，沟槽9的根部带有转耳沟10，有利于钢与铝复合时支耳3以转耳沟10为转动轴心从外向内转动。

图4为图3右上方铝支耳3和沟槽9的局部放大图。支耳3的内侧有二组支耳凹沟6和支耳突筋8，突筋8为在复合时提供嵌入钢侧板4的滚花凹沟7的材料，而其中多余的材料会被挤入支耳凹沟6。

沟槽9的二个斜边的夹角为16°，沟槽9的左斜边垂向角度8°，与钢槽2的侧边内侧相配合。沟槽9的右斜边垂向角度8°，当沟槽9的右斜边逆时针转动16°，就与钢槽2的侧边外侧相配合。

图5为不锈钢的钢槽2的槽剖面图。钢槽2的侧边内侧与槽底之间的夹角为98°，钢槽2的这个夹角，二个夹角的中心距以及夹角处的半径三要素需反复协调，做到与铝轨1的上部密切配合，使钢与铝的主接触面贴紧。

图6为不锈钢的钢槽2的侧边4的向视图。反映了钢槽2的侧边被滚花的情景，滚花网纹的中心距可取1mm-1.5mm，网纹可以是交叉的，也可以是45°平行斜线；交叉的网纹一般用硬质合金的滚花刀挤压出来，45°平行斜线可以在铣床上铣出来，或用插齿机插出来。

图7为不锈钢的钢槽2的侧边4的局部放大图，表明了侧边被滚花的深度，一般应大于0.3mm，深度越深，热复合时铝型材被加热的温度越高，深0.3mm时为480℃，0.5mm深时则取520℃。钢侧边4滚花后形成突筋5和凹沟6。

图8为钢侧边滚花的钢铝复合轨置于加温隧道窑的横剖面图。隧道窑11内有一同心的均温管12，待复合的铝轨1与钢槽2在均温管12的中央置于托辊13上，托辊13内镶有同轴的支承轴14，当调速电机17带动链轮链条18转动后，铝轨2连同钢槽1沿隧道窑的纵向移动。隧道窑的长度，一般为铝轨长的2倍。电加热器或煤气燃烧器16在隧道窑11炉壁内与均温管12之间升温，在多台风扇15吹风后使均温管12内空气温度均匀地升至480-520℃以上，铝轨1及钢槽2在均温管12中边纵向移动边被加热，在隧道窑11的出口处，铝型材被加热至480℃或520℃，进入钢铝复合生产线，进行钢与铝的热复合。

均温管12除可以均化待复合的铝轨1与钢槽2周围的空气加热温度外，还可以防止煤气燃烧器内喷出的碳化合物直接喷射到铝轨表面，保持铝轨表面的光洁度和亮度。

图9为热复合的钢铝复合导电轨的制造工艺路线图。铝轨1和钢槽2分别经过三道工序后进入待复合状态，之后再经过九道工序才最终成为可以交付地铁公司使用的第三轨成品。本发明热复合的前提是铝轨1的加温，达到480℃或520℃的超塑性状态。铝轨1的电阻大小主要取决于第一道工序，铝合金的配方是主要因素，铝轨的强度也与配方有关，但后面的热处理工序和时效也很重要。

图10为钢铝复合生产线的侧向视图，该热复合生产线与冷复合生产线的最大区别是配置了多套专用燃烧器19。本发明热复合的关键，是钢铝复合生产线上配置多台专用燃烧器19对铝轨1的支耳3继续加温，使支耳在超塑性状态下向内转动并向内移动。

从隧道窑11出来后，铝轨1与钢槽2首先经专用燃烧器19对支耳3继续加温，进入钢铝复合生产线的预复合机组20，支耳3向内转动8°，进入主复合机组21，支耳3再向内转动8°，累计转了16°，再进入重复合机组22，二个支耳3整体向内侧各移动0.5mm。由于铝的热容量大，铝轨本体的热量不断迅速补充其二个支耳进入钢铝复合线后的数秒钟的过程中消失的部分热量，加之专用燃烧器19对支耳3补充热量，使支耳3的铝材的超塑性状态变得可控。这时支耳3内侧的突筋8嵌入到不锈钢槽2的两个侧边4的外侧的滚花凹沟7，完成热复合的关键步骤。热复合后的钢铝复合轨进入整形机组23，钢铝复合轨的支耳3被施加从上往下的整形作用力，使支耳3的尖端与钢槽2的侧边4的外侧圆弧线密贴。最后钢铝复合轨进入定型机组24，使其形状及外形尺寸完全符合图纸的预定要求。在每个机组内都有上压轮25和下压轮26同时上下压合，由于这时铝轨1温度仍在200℃以上，铝材处于可塑性变形状态，上下压轮的压力使铝轨1的上表面处处贴紧不锈钢槽的内表面，各处无残余间隙，接触电阻特别小。保证了钢与铝的主接触面贴紧。而每个机组内都有一对侧压轮27来对铝轨1的支耳3施加从外向内的水平作用力。

图11为钢铝复合线预复合机组20的右视图，上压轮25和下压轮26产生上下压紧力，一对侧压轮27产生水平压紧力，左边侧压轮不动，右边侧压轮与手轮丝杆联动由右向左移动，促使铝轨1的支耳3向内侧转动。

图12为图11中心位置的局部放大图，即专用燃烧器19和钢铝复合轨的放大图。专用燃烧器19采用特别纯净的煤气加多重过滤，确保燃烧后的碳化物最少，其二个喷火管28对准铝轨1的二个支耳3局部加温，确保其处于480℃或520℃的超塑性状态，有利于钢铝复合生产线快速生产出钢与铝结合特别牢固的钢铝复合导电轨。

Claims (4)

1.一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法，包括铝轨和钢槽，其特征是铝轨(1)的支耳(3)的内侧有呈波浪形的突筋(8)和凹沟(6)，对应的钢槽(2)的侧边(4)的外侧有滚花凹沟(7)和突筋(5)，在隧道窑(11)的均温管(12)中加热后铝材处于超塑性状态，并在生产线中的专用燃烧器(19)的加温下使支耳(3)保持在可控的超塑性变形状态，进而在生产线的四对上下左右压轮的作用力下支耳(3)的突筋(8)被挤入钢槽(2)的侧边(4)外侧的滚花凹沟(7)内完成钢与铝的热复合，再进行T6热处理和时效处理。

2.根据权利要求1所述的一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法，其特征是隧道窑(11)中有均温管(12)。

3.根据权利要求1所述的一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法，其特征是专用燃烧器(19)带有二个喷火管(28)。

4.根据权利要求1所述的一种热复合的钢铝复合导电轨及制造方法，其特征是铝支耳(3)与钢侧边(4)的交界面形成波浪形交叉的沟槽和突筋。