潮模砂氣沖造型13B車鉤工藝實(shí)踐

張代河

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限公司億聯(lián)公司，黑龍江齊齊哈爾161002）

·鑄造工藝·

潮模砂氣沖造型13B車鉤工藝實(shí)踐

張代河

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限公司億聯(lián)公司，黑龍江齊齊哈爾161002）

簡要介紹了利用潮模砂沖擊造型生產(chǎn)工藝生產(chǎn)13B型車鉤的具體實(shí)踐過程，簡述了產(chǎn)品的工藝方案，并對如何防止及解決氣孔、縮孔、砂眼、粘砂等鑄造缺陷進(jìn)行了詳細(xì)闡述，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

13B型車鉤；鉤尾框；生產(chǎn)工藝；缺陷；措施

為適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)和我國鐵路運(yùn)輸重載提速的發(fā)展需要，提高鐵路貨車運(yùn)行安全性，本公司于2007年設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型貨車車鉤緩沖裝置產(chǎn)品——13B型車鉤、鉤尾框。這種產(chǎn)品主要是在原13A型車鉤、鉤尾框的基礎(chǔ)上，將13A型車鉤鉤體尾部、13A型鉤尾框螺栓安裝座和13A型鉤舌鼻部內(nèi)腔加強(qiáng)筋等的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并增加了對鉤舌牽引S面無起模斜度的要求。

改進(jìn)后的這種車鉤、尾框具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）13B型車鉤鉤體可防止鉤尾牽引面與鉤尾銷長期作用產(chǎn)生凹槽，有效地降低了鉤尾銷對鉤尾銷螺栓的垂向作用力，從而降低因鉤尾銷螺栓斷裂而造成列車分離事故發(fā)生的幾率；同時(shí)降低了車鉤尾部在牽引與壓縮時(shí)的應(yīng)力，改善了鉤體和鉤尾銷的應(yīng)力狀態(tài)，提高了車鉤尾部強(qiáng)度和車輛運(yùn)用安全可靠性；（2）增加了鉤舌鼻部的強(qiáng)度儲(chǔ)備，提高了鉤舌的抗疲勞裂紋的能力，改善了鉤舌牽引S面的應(yīng)力集中狀態(tài)；（3）13B型鉤尾框可改善鉤尾框尾銷孔附近的應(yīng)力狀態(tài)，提高了防止螺栓折斷后鉤尾銷脫落的安全裕量，保證了車輛運(yùn)用安全。

1 產(chǎn)品簡介和工藝性分析

1.1 產(chǎn)品簡介

1.1.1 13B型鉤體

13B型鉤體在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上與E級鋼13A型鉤體大致相同，不同點(diǎn)是這種鉤體取消了尾端部的φ54 mm工藝孔，改變尾銷孔處的鉤尾內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，將鉤尾內(nèi)腔漸進(jìn)回收至與尾銷孔后牽引弧面連接，從而增加了鉤尾銷的承載面積，改善了鉤尾銷的受力狀態(tài)（如圖1）。

圖1 13B型鉤體尾銷孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后示意圖

產(chǎn)品材質(zhì)：E級鋼（ZG25MnCrNiMo）

1.1.2 13B型鉤舌

13B型鉤舌在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上與E級鋼13A型鉤舌大致相同，不同點(diǎn)是這種鉤舌將鼻部內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，將原2條懸臂加強(qiáng)筋改為3條隔板加強(qiáng)筋，并增加了牽引S面無起模斜度的要求；增加了沿座鎖面分型的要求，規(guī)定了鎖面的起模斜度（如圖2）。

產(chǎn)品材質(zhì)：C級鋼（ZG25MnCrNiMo）、E級鋼（ZG25MnCrNiMo）

圖2 13B型鉤舌鼻部內(nèi)腔加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后示意圖

1.1.3 13B型鉤尾框

13B型鉤尾框在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上與E級鋼13A型鉤尾框大致相同，不同點(diǎn)是將原13A鉤尾框螺栓支座按3孔加大，在支座上開出3個(gè)φ22 mm螺栓組裝孔，采用一個(gè)螺栓承載、兩個(gè)螺栓安全防護(hù)的結(jié)構(gòu)；對鉤尾銷孔長度和鉤尾銷孔牽引弧面到鉤尾端面距離尺寸公差進(jìn)行調(diào)整，以避免新造車鉤尺寸超出廠段修規(guī)定的限度（圖3）。

產(chǎn)品材質(zhì)：E級鋼（ZG25MnCrNiMo）

圖3 13B型鉤尾框結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖

1.2 工藝性分析

1.2.1 工藝方案的確定

1）13B型鉤體

針對13B型鉤體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工藝上采用中間水平分型，1箱2件，分型面處引入澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)均采用耐火材料制成。鉤體內(nèi)腔大芯采用整體射芯方式在70 kg射芯機(jī)上射制，以確保內(nèi)腔尺寸精度，滿足其與鉤舌組裝時(shí)的各部尺寸、間隙和樣板要求。鋼水引入部位的7#、8#砂芯（“象鼻芯”）采用水玻璃砂手工打制，號芯采用合脂砂手工打制，均為遠(yuǎn)紅外線窖烘干硬化，以提高其抗高溫金屬液沖刷的能力，減少砂眼缺陷的發(fā)生；其余砂芯均采用樹脂砂打制，CO2盒內(nèi)硬化，砂芯表面噴涂醇基耐火涂料，以提高鑄件表面質(zhì)量并獲得較好的潰散性。由于鉤體尾部上表面和尾端面需要加工，所以工藝上各留出3 mm加工余量。另外根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，鉤體頭部設(shè)計(jì)1個(gè)φ120 mm壓邊明冒口，尾部設(shè)計(jì)一個(gè)保溫暗冒口。鉤體下箱二個(gè)三面交角處加設(shè)鉚釘外冷鐵，下箱“沖擊窩”處加設(shè)3個(gè)內(nèi)冷鐵，以防止縮孔的產(chǎn)生。具體見工藝分析簡圖（圖4）。

2）13B型鉤舌

13B型鉤舌1箱6件，水平分型，中間引入澆注系統(tǒng)。由于鉤舌的特殊結(jié)構(gòu)，無法在鑄件上加設(shè)頂冒口，所以在每3個(gè)鉤舌旁邊分別加設(shè)1個(gè)側(cè)暗冒口，外套保溫冒口套，同時(shí)上面加設(shè)1個(gè)通氣針，這樣即起到補(bǔ)縮的作用，又起到排氣的作用。金型模樣拔模斜度取負(fù)拔0°30′。除鉤舌號芯為合脂砂手工打制后遠(yuǎn)紅外線窖烘干硬化外，其余砂芯均采用覆膜砂熱芯盒殼芯機(jī)射制。為滿足新的結(jié)構(gòu)要求，我們新訂了鉤舌鼻部內(nèi)腔掏空芯的熱芯盒殼芯機(jī)芯盒，并新訂了牽引S面芯盒，坐鎖臺立面也由原下芯工藝更改為吊胎工藝以保證坐鎖臺立面的平面度要求。具體見工藝分析簡圖5。

13B型鉤尾框1箱2件，水平分型，中間引入澆注系統(tǒng)（如圖6）。頭部設(shè)置兩個(gè)保溫暗冒口，另外在每個(gè)內(nèi)澆道上均設(shè)置了一個(gè)保溫暗冒口。號芯采用合脂砂手工制芯，上遠(yuǎn)紅外線窖烘干硬化，以減少澆注時(shí)的沖砂，其余砂芯均采用聚丙烯酸鈉樹脂砂制芯，CO2盒內(nèi)硬化，其中頭部大芯采用40 kg射芯機(jī)射制，其余砂芯手工打制。新制鉤尾框掛耳內(nèi)檔芯盒，并依據(jù)其他改動(dòng)尺寸對相應(yīng)芯盒進(jìn)行了調(diào)修。

圖4 13B型鉤體工藝分析示意圖

圖5 13B型鉤舌工藝分析示意圖

2 主要設(shè)備參數(shù)及型、芯砂性能參數(shù)的確定

氣沖造型是德國BMD、KW、瑞士GF、意大利FA等公司研制和開發(fā)的一種造型方法，至今已有20多年的歷史，并得到了迅速的發(fā)展。用濕型砂氣沖造型生產(chǎn)鑄鋼件是一種經(jīng)濟(jì)而有效的生產(chǎn)方式，鐵路貨車用鑄鋼件批量大，鋼種品種少，易于組織連續(xù)生產(chǎn)。濕型砂混制簡單，成型后不需要任何處理，下芯后可澆注。它是以壓縮空氣為動(dòng)力，瞬間成型。它與普通機(jī)器造型相比，由于砂型的濕壓強(qiáng)度高，硬度分布均勻，因而，獲得鑄件的尺寸精確、表面光潔、組織致密、機(jī)械性能提高、生產(chǎn)率高、勞動(dòng)條件改善。氣沖造型的硬度分布比一般的高壓造型更合理，砂型中靠近模樣的部分硬度高，背面的硬度低，砂型的退讓性好。另外，它的設(shè)備簡單，比較靈活，動(dòng)力價(jià)格低廉。

公司現(xiàn)使用的沖擊造型線為德國產(chǎn)AMT130.100自動(dòng)沖擊造型生產(chǎn)線，有模板自動(dòng)更換系統(tǒng)，可連續(xù)完成上、下箱造型，生產(chǎn)率高。其分箱、合箱、上下型翻轉(zhuǎn)、刮砂、銑澆口、自動(dòng)下芯均在同一輸送線上完成，合箱后由端頭車送到澆注線等待澆注。鑄件尺寸精度為：公稱尺寸100 mm偏差≤0.7 mm，錯(cuò)箱量＜0.5 mm，可生產(chǎn)鑄件尺寸最大975× 574×497（mm），最小240×140×100（mm）。造型線主要性能參數(shù)見表1。

表1 沖擊造型線主要性能指標(biāo)和實(shí)測數(shù)據(jù)表

與之配套使用的混砂機(jī)為德國產(chǎn)WM100型逆流轉(zhuǎn)子式混砂機(jī)，生產(chǎn)率30 t/h，測溫、加水、加料均為自動(dòng)控制，可保證各組分定量準(zhǔn)確。潮模砂的性能指標(biāo)見表2。

圖6 13B型鉤尾框工藝分析示意圖

表2 潮模砂（面砂和背砂）主要性能指標(biāo)和實(shí)測數(shù)據(jù)表

制芯工部采用70 kg射芯機(jī)，30型/h，CO2盒內(nèi)硬化整體芯，砂芯成型好，表面光潔強(qiáng)度高。CO2硬化樹脂砂的性能指標(biāo)見表3。

表3 CO2硬化樹脂砂主要性能指標(biāo)和實(shí)測數(shù)據(jù)表

熱處理工部采用天然氣窯正火，電阻窯回火。熱處理溫度控溫準(zhǔn)確（溫度的波動(dòng)范圍±20℃），鑄件性能穩(wěn)定。

3 鑄造缺陷及改進(jìn)措施

3.1 氣孔

由于采用潮模砂沖擊造型，且內(nèi)腔大芯子為CO2硬化樹脂砂，型腔內(nèi)發(fā)氣量相對較大，尤其是鉤體尾部取消工藝孔后，砂芯無法通過原有芯頭排氣，極易在鑄件表面產(chǎn)生針氣孔，采取措施如下：

1）嚴(yán)格控制潮模砂含水率，調(diào)整配比在4.2%以下；

2）嚴(yán)格控制聚丙烯酸鈉樹脂砂混制前的原砂烘干工序，凡水分未進(jìn)行充分烘干得不得進(jìn)行混制；

3）在鉤體尾銷孔上芯頭處新增一處排氣針，在鉤舌鼻部上芯頭處加設(shè)排氣針，以使砂芯的氣體順利排出型腔；

4）在各產(chǎn)品模板分型面處增加排氣道的設(shè)置數(shù)量；

5）控制型砂系統(tǒng)中的含泥量＜14%。

6）由于鉤舌鼻部位于整個(gè)產(chǎn)品的最高點(diǎn)，因此該部位嗆空缺陷嚴(yán)重，為使該部位覆膜砂芯的氣體順利排出型外，要求下芯前將該芯的上芯頭處用手電鉆鉆直徑φ6 mm、深180 mm的排氣孔；

3.2 鉤體尾部工藝孔取消引發(fā)的問題及解決方案

我們對問題作了研究，通過工藝改進(jìn)全部解決。

1）由于鉤體尾部工藝孔的取消，尾端面形成了一個(gè)非常明顯的熱節(jié)，原有尾部保溫暗冒口已不能滿足該部位的補(bǔ)縮要求。在經(jīng)過仔細(xì)的理論計(jì)算后，結(jié)合考慮通過增強(qiáng)補(bǔ)縮能力及改變鑄件凝固順序來盡量減少牽引弧面的變形，一方面將尾部冒口進(jìn)行了適當(dāng)?shù)脑龃螅硪环矫嬖谖捕嗣婕釉O(shè)了補(bǔ)貼，從而保證了該部的密實(shí)度要求，提高了牽引弧面的尺寸精度保障能力。

2）由于尾部工藝孔的取消，原下芯機(jī)在砂芯尾部失去了有效的著力點(diǎn)，因此對下芯機(jī)進(jìn)行了改造，新設(shè)計(jì)了一套夾具，將尾部吊芯改為鉤身吊芯，同時(shí)在下模樣的鉤身上新增了金屬芯頭，在下芯機(jī)下完鉤體大芯并從由芯頭形成的砂型掏空處撤出夾具后，使用砂芯將該掏空堵死，恢復(fù)鉤體原有形狀。

3）原13A鉤體大芯芯盒射口開設(shè)在鉤尾的工藝孔處，該部位位于整個(gè)砂芯水平方向的中心部位，射砂過程中芯砂可順利直達(dá)芯盒底部，因此可以最大限度保證砂芯的成型效果。而由于13B型鉤體取消了尾部的工藝孔，故該部位的牽引弧面受尾端面熱節(jié)的影響會(huì)出現(xiàn)變形，且該部位為圓弧面，若仍采用原射口方案，不僅在修芯過程中去掉射口的芯砂時(shí)會(huì)使?fàn)恳∶娉霈F(xiàn)表面粗糙、形狀不規(guī)則、掉砂等情況，而且由于是人為操作，雖然可采用修芯樣板加以控制，修芯后該部位的反變形量仍很難滿足工藝要求的精度的，該結(jié)構(gòu)改進(jìn)的預(yù)期效果在實(shí)際運(yùn)行中將會(huì)大打折扣。為保證尾部牽引面的尺寸精度，將射口位置及數(shù)量進(jìn)行了優(yōu)化，在與牽引弧面相連的兩個(gè)非關(guān)鍵斜平面上分別開設(shè)一個(gè)射道，并在鉤頸處引入一條射道，更改后不僅可以滿足砂芯的成型需要，而且由于牽引弧面的反變形量是靠工裝上的活塊帶出，因此杜絕了人的操作帶來的質(zhì)量波動(dòng)，為達(dá)到產(chǎn)品改進(jìn)的目的提供了可靠的保障。

3.3 砂眼

由于采用潮模砂工藝，而且潮模砂生產(chǎn)的鑄件砂眼傾向較為嚴(yán)重，所以控制鑄件砂眼的產(chǎn)生尤為重要。生產(chǎn)過程中采取的措施如下：

1）鉤體下牽引臺是鉤體中最為關(guān)鍵部位，但由于此處結(jié)構(gòu)上的特殊性，下牽引臺上表面砂眼集中。采取的措施是在該部位的上平面加設(shè)集渣冒口，使砂眼上移，然后通過一清工序氣刨弧掉。

2）型砂配比采用新型復(fù)合膨潤土，同時(shí)加入定量的MD粉，控制其它輔助材料為標(biāo)準(zhǔn)范圍的下限，提高潮模砂（型砂）表面強(qiáng)度、濕壓強(qiáng)度及韌性。

3）采用耐火澆注系統(tǒng)，減少鋼水澆注過程中的沖砂傾向。

4）加強(qiáng)造型工序下芯后的溜風(fēng)控制，嚴(yán)格保證型腔盡量無浮砂。

5）控制合箱及澆注時(shí)間，防止型砂表面風(fēng)化及砂芯因在型腔內(nèi)過久吸潮而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

3.4 粘砂

為解決鑄件存在的粘砂缺陷，主要采取以下措施進(jìn)行改進(jìn)、控制：

1）新引進(jìn)一臺雙鉤拋丸機(jī)，增強(qiáng)設(shè)備保障能力。

2）延長拋丸拋打時(shí)間及控制每鉤拋打數(shù)量，提高拋丸質(zhì)量。

3）控制澆注溫度在1 560℃～1 580℃。

4）嚴(yán)格控制膨潤土加入量。

3.5 裂紋

1）鑄件打箱時(shí)間由原來3 h增加到4 h。

2）在不影響組裝及及裝車情況下，與設(shè)計(jì)中心商討適當(dāng)增大部分圓角尺寸。

3）鉤體鉤身內(nèi)腔交角處加設(shè)防裂鑄筋。

4）對部分易出現(xiàn)裂紋缺陷的關(guān)鍵部位采取預(yù)培特種砂的方案，減少裂紋發(fā)生的缺陷。

5）嚴(yán)格控制鑄件缺陷焊補(bǔ)時(shí)焊補(bǔ)工藝的執(zhí)行情況。

4 產(chǎn)品的鑒定

通過劃線、解剖及所有樣板檢查，試制的鉤體、鉤尾框各部尺寸符合產(chǎn)品圖紙要求；計(jì)量檢測結(jié)果表明：化學(xué)成分、力學(xué)性能、表面硬度、密實(shí)度等性能符合技術(shù)條件要求；組裝后車鉤的型式尺寸、三態(tài)作用性能、防跳性能及互換性均符合產(chǎn)品圖樣和技術(shù)條件的要求；經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢驗(yàn)站試驗(yàn)，13B型車鉤鉤體、13B型鉤尾框的強(qiáng)度符合技術(shù)條件的要求。

5 結(jié)論

通過不斷的工藝改進(jìn)措施，和對工裝的進(jìn)一步調(diào)修，13B型車鉤鉤體、13B型鉤尾框已批量生產(chǎn)，經(jīng)裝車試用，情況良好，達(dá)到了產(chǎn)品改進(jìn)的預(yù)期目的。

［1］王文清.李魁盛.鑄造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］安閣英.鑄件形成理論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

［3］李遠(yuǎn)才.造型材料［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

The Technical Practice of 13B Coupler Produced by Green Sand Air Impact Molding Process

ZHANG Dai-he
（Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd Yilian Company，Qiqihar Heilongjiang 161002，China）

The paper simply introduces the technical practice of 13B coupler produced using green sand air impact molding process and the process scheme,elaborates how to prevent and solve the cast defect such as air-hole,shrinking-hole,sand-hole burnt sand and so on.It has high practical applicability.

13B coupler,coupler tail frame,manufacture process,defect,measure

TG242

A

1674-6694（2010）04-0014-05

2010-07-06

張代河（1971-），男，工程師，主要從事鑄造工藝研究。