地鐵搖枕的鑄造生產技術

賈 旭

（江蘇朗銳茂達鑄造有限公司，江蘇江陰 214445）

地鐵搖枕的鑄造生產技術

賈 旭

（江蘇朗銳茂達鑄造有限公司，江蘇江陰 214445）

針對法國地鐵搖枕鑄件的結構特點及其質量要求，制定相應的工藝，成功生產法國地鐵搖枕鑄件。重點介紹了解決鑄件裂紋、夾砂、變形等質量問題的措施。

地鐵搖枕；鑄造工藝

該地鐵搖枕是國內某交通運輸設備制造商為法國地鐵設計的產品，2008年江蘇朗銳茂達鑄造有限公司接到該鑄件的訂單后首先進行工藝試驗，于2008年年底成功通過了客戶和法國鐵路協(xié)會的首件檢查，并于2009年成功向客戶提供了39只合格搖枕。在該鑄件的開發(fā)試制及生產過程中，我們根據(jù)該地鐵搖枕鑄件的結構特點及其質量要求，通過不斷改進工藝措施最終掌握了搖枕鑄造技術。

1 產品結構特點及質量要求

1.1 產品結構特點

法國地鐵列車車體轉向架鑄造搖枕是地鐵客車上的一個十分關鍵的受力件，它起到連接地鐵車廂與轉向架之間的枕梁作用，其制造質量的好壞，直接決定著地鐵列車的行車安全。如圖1所示，該產品為薄壁鑄件，結構較為特殊，中間為薄壁框式結構，兩端為圓盤結構，外形尺寸為2820mm×1162mm×424mm，大部分面均為加工平面，厚度差較大，加工后兩圓盤面的壁厚只有12mm，而壁厚最大部位超過100mm，要求壁厚厚度的公差僅為+2～0 mm。

1.2 產品質量要求

該搖枕鑄件需要進行磁粉探傷檢查、X射線探傷檢查和超聲波探傷檢查，其中磁粉探傷和X射線探傷檢查為鑄件整體，超聲波探傷檢查區(qū)域主要為加工區(qū)域。磁粉探傷驗收條件為：關鍵區(qū)域為標準UIC 840－2的Lm2－Sm2要求，其余區(qū)域為標準UIC 840－2的 Lm4－Sm4要求。超聲波探傷要求為NFF04－162標準的U1級。X射線探傷檢查要求參照標準NFA－160，評級標準參照ASTM－E446，驗收條件為：關鍵區(qū)域為Ⅱ級，其余區(qū)域為Ⅲ級。超過級別要求的缺陷均要進行返修。X射線探傷部位共有47個區(qū)域（見圖 2），關鍵區(qū)域為 C1、C2、C3、C4這四個區(qū)域，拍片方法為單層拍片法。

對該搖枕的表面質量亦要求較高，鑄件非加工面不允許存在夾砂、氣孔等缺陷，表面粗糙度要達到NMR Ra50的要求，成品加工表面不允許存在任何缺陷。

2 鑄造工藝

根據(jù)我公司生產搖枕的經(jīng)驗，試制時選擇使用PePset樹脂砂，并在面砂內加入一定量的氧化鐵粉，原砂SiO2含量要求至少為98.5%。

PePset樹脂粘結劑系統(tǒng)由P1、P2、P3三組分組成，三種組分均為液體，配比時P3提前加入到P1中。

（1）法國地鐵搖枕型（芯）砂配比，見表1。

（2）法國地鐵搖枕型（芯）砂的混制。型砂混制過程為：砂+氧化鐵粉+P1與P3的混合液+P2→出砂?；熘坪靡院蟊仨氃?min內制芯完畢。

表1 法國地鐵搖枕面、背砂的配比

（3）混制設備。法國地鐵搖枕型砂用TYH-10即10t連續(xù)式混砂機混制。工藝上規(guī)定砂中需加入一定量的氧化鐵粉，提高型砂熱導率和型砂高溫塑性，防止鑄件產生夾砂、粘砂、脈紋等缺陷[1]。由于砂箱大（3500mm×1500mm×350mm），為節(jié)約成本，砂型分為面砂和背砂，背砂中則不加氧化鐵粉。芯砂用碗型混砂機混制，芯砂也需要添加一定量的氧化鐵粉。

（4）涂料。法國地鐵搖枕砂型和砂芯表面刷二遍醇基鋯英粉涂料，涂后立即點燃。

3.2 鑄造工藝

澆注系統(tǒng)的設計為側面進入底注開放式[2]，其中∑F直：∑F橫：∑F內=1：1.86：2.38。澆注系統(tǒng)的直澆道大小為?60mm，采用耐火澆口管，橫澆道為1道，直澆口位于橫澆道中間，在直澆道底部（即橫澆道中間）放置一個槽形耐火專用澆道，內澆道共4道，均勻分布于橫澆道兩邊，這樣搖枕兩邊可以同時充型，鋼液熱量分散，減少裂紋出現(xiàn)的幾率。合箱后澆口端對面一側墊高一定高度使鋼液進入型腔平穩(wěn)，便于型腔內氣體排出，避免出現(xiàn)澆不足、氣孔等缺陷[3]。在搖枕中間框式轉角部位的砂芯制作過程中加入一定厚度的鉻鐵礦砂，減少這幾個部位出現(xiàn)缺陷的傾向。

3.3 熱處理工藝

鑄件材質為E300-520MS，熱處理采用正火熱處理，正火溫度為890℃±20℃，保溫時間150～200min。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，機械性能和金相組織能滿足技術條件的要求，但是經(jīng)過劃線檢查和分析后，發(fā)現(xiàn)鑄件變形較嚴重，而且每一只都有不同程度的變形，局部沒有加工余量，不能滿足加工要求。經(jīng)過研究，在公司原有的校直工裝上進行改進，利用局部加熱施加一定的力進行校直，滿足機加工要求。

4 工藝措施的改進

初期，法國地鐵搖枕因為鑄件變形導致報廢2只，而且鑄件出現(xiàn)的裂紋、縮松等缺陷較多，耗費了大量的物力和人力，不僅增加了成本而且影響產品的交付進度。經(jīng)過工藝上多次的試驗和改進，取得了明顯效果。

4.1 鑄件局部結構改進

在前期試制的過程中，發(fā)現(xiàn)在心盤面與中間圓弧相接的地方，經(jīng)磁粉探傷后有橫向的貫通裂紋，經(jīng)過分析，原因是這個部位的結構不合理[4]，鋼液在收縮過程中嚴重受阻。在不影響產品尺寸和質量的情況下，改正此處結構成圓弧形，并在此處加?20mm圓形冷鐵，減少熱應力，很好地解決了裂紋問題。

4.2 型砂工藝改進

影響型砂強度的因素非常多，比如原砂的顆粒度、天氣溫度的變化、氣候的變化、樹脂的加入量、樹脂的質量等。這些因素對型砂的硬化速度有明顯的影響，所以在以下方面進行規(guī)定：

（1）原砂使用前進行預烘干，背砂必須進行干燥。

（2）型砂最佳強度控制在600kPa～800kPa，芯砂最佳強度控制在400kPa～600kPa。

（3）砂型和砂芯的脫模時間均為4h。

4.3 造型工藝改進

為減少法國地鐵搖枕裂紋、縮松等缺陷，提高鑄件內在和表面質量，采取以下工藝措施。

（1）經(jīng)過對鑄件X射線探傷的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)每一只搖枕S1、S2、S3和S4部位都出現(xiàn)裂紋，集中在四個圓柱周圍，主要是樹脂砂的退讓性不好引起。后來采用七〇砂試驗，中間框形結構的砂芯也采用七〇砂制作，經(jīng)過X射線探傷發(fā)現(xiàn)，只有一只鑄件的一個部位出現(xiàn)裂紋，效果良好。

（2）為了減少圓盤面夾砂出現(xiàn)，在兩個圓盤面上放置一層20mm的鉻鐵礦砂。

（3）經(jīng)過對鑄件的關鍵射線探傷檢查部位C1、C2、C3和C4進行探傷檢查發(fā)現(xiàn)，有的部位出現(xiàn)縮松。分析認為原來的冒口補縮效果無法滿足要求，故將冒口改為100mm×150mm×200mm保溫冒口。經(jīng)過幾次拍片，這幾個部位的缺陷情況得到了很好的控制，完全符合驗收要求，不僅提高了鑄件質量，而且節(jié)約了成本。

（4）考慮到圓盤面反面的凸臺，在其上面放置?140mm×200mm的保溫冒口，拍片后，發(fā)現(xiàn)圓盤面縮松較多，經(jīng)過分析和計算，冒口的補縮距離不合理[3]，分別在圓盤面增加了兩個保溫暗冒口，尺寸均為140mm×200mm，增加了補縮效果，提高了鑄件質量。

（5）嚴格控制澆注溫度和澆注速度，采用低溫快澆的方法。

4.4 熱處理工藝改進

仔細討論、分析后，對熱處理裝爐平臺進行改進，并設計了專用的熱處理墊塊，改進后的鑄件變形明顯減少，正火熱處理一次滿足加工要求的成功率達到90%以上。改進后的熱處理平臺如圖3所示。

5 結論

（1）生產壁厚較薄、尺寸精度要求高的鑄鋼件，采用PePset樹脂砂能夠得到很好的效果。

（2）對于薄壁平板式結構，合理的熱處理平臺非常重要。

（3）加強正火熱處理后鑄件表面的熒光磁粉探傷檢查，對保證最終產品質量是極其關鍵的。

（4）改進后的法國地鐵搖枕工藝穩(wěn)定，沒有廢品出現(xiàn)，表面質量較高。

[1]中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊：第4卷[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2]中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊：第5卷[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3]李晨希.鑄造工藝設計及鑄件缺陷控制[M].北京：化學工業(yè)出版，2009.

[4]李魁盛.鑄造工藝及原理[M].北京：機械工業(yè)出版，1989.

[5]帥平.法國ALSTOM搖枕鑄造技術[J].機車車輛工藝，2004（06）.

Production Technology of Rocking Pillow in Subway

JIA Xu
（Jiangsu Lang Rui Mao Da Foundry Co.Ltd.,Jiangyin 214445，Jiangsu China）

Measures for solution to problems of casting defects as crack,inclusion and deformation have been introduced,which were aiming at structure characterists and quality requirements for succesful production of rocking pillow in subway of France.

Rocking pillow in subway；Foundry technology

TG245;

A；

1006－9658（2012）01－3

2011－11－22

2011－163

賈旭（1983－），男，助理工程師，現(xiàn)主要從事鑄造工藝技術管理工作