制動座鑄件鑄造工藝設(shè)計及改進(jìn)

班炯光

（大連機(jī)車車輛有限公司鑄鋼車間，遼寧 大連 116021）

制動座是新開發(fā)的大連202延伸線快軌車輛轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵零件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特殊，作為主要受力鑄鋼件在車輛制動時發(fā)揮重要作用。其在轉(zhuǎn)向架上的實際位置和產(chǎn)品毛坯分別如圖1、圖2所示。

圖1 制動座在轉(zhuǎn)向架上的位置

圖2 制動座產(chǎn)品毛坯

1 鑄造工藝性分析

制動座鑄件結(jié)構(gòu)特殊，壁厚變化大，最薄的部位22mm，最厚的部位110mm，并且截面尺寸特殊。該鑄件全部表面要求磁粉探傷，厚大部位超聲波探傷。作為轉(zhuǎn)向架的重要焊接組成部分，表面質(zhì)量要求高，其鑄造表面光潔度達(dá)到Ra50.一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題會造成整個轉(zhuǎn)向架報廢。

鑄件壁厚變化大，容易造成鑄件嚴(yán)重變形，相應(yīng)的工藝措施是要盡可能保證鑄件同時凝固，減少凝固過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。鑄件厚大部位受力嚴(yán)重，因此要進(jìn)行磁粉和超聲波探傷。同時需要設(shè)置冒口保證鑄件內(nèi)部致密程度，能夠?qū)崿F(xiàn)順序凝固。因此，在保證鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的工藝措施選擇上出現(xiàn)了矛盾。

鑄件壁厚厚大部位通過設(shè)置冒口保證產(chǎn)品質(zhì)量，因此冒口設(shè)計是難點。法蘭部位是直接裝配受力部位，法蘭厚度56mm，背后的筋板厚度45mm，構(gòu)成了較大的T字形熱節(jié)，選用比例法設(shè)計該處的冒口?？紤]到整個法蘭的致密度要求，冒口的斜度要適當(dāng)放大。鑄件中間最厚部位厚度有110mm，距離法蘭很近，靠法蘭部位設(shè)置明冒口不足于補(bǔ)縮，所以需要單獨設(shè)置冒口，按照鑄件尺寸選用最大直徑的明冒口，為方便鑄件切割做出冒口座。圓形法蘭與軸焊接部位放置2個正常的腰形保溫冒口。澆注系統(tǒng)從鑄件最薄部位引入鋼水，均衡鑄件本體溫度差，減少變形趨勢。初步工藝設(shè)計方案如圖3所示。

圖3 制動座初步工藝設(shè)計方案

2 鑄造工藝生產(chǎn)驗證及優(yōu)化工藝設(shè)計

完成初步鑄造工藝方案后，制做模具，進(jìn)行生產(chǎn)驗證。試制情況如圖4所示。

圖4 制動座初步工藝設(shè)計方案試制結(jié)果

冒口切割后發(fā)現(xiàn)：1#明冒口補(bǔ)縮較好，由于設(shè)置補(bǔ)貼，需進(jìn)一步查看補(bǔ)貼甚至是鑄件加工后情況確定。2#明冒口解剖情況見圖5，存在部分鑄件冒口補(bǔ)縮能力不足，后期小批量試制發(fā)現(xiàn)約35%的鑄件該部位存在鑄造缺陷，其中5%的缺陷鑄件形成廢品。鑄件探傷時應(yīng)對該處進(jìn)行重點檢查。3#冒口補(bǔ)縮較好。保留澆注系統(tǒng)部分方便拋丸時懸掛鑄件，熱處理拋丸后再徹底切除。

圖5 2# 明冒口斷面解剖結(jié)果

2.1 50 mm 工藝孔生產(chǎn)及工藝優(yōu)化

進(jìn)而優(yōu)化為設(shè)置單獨的砂芯，用砂芯保證工藝孔的完成，減少造型生產(chǎn)難度，砂芯通過設(shè)置芯頭定位保證定位的準(zhǔn)確，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖6 50 mm 工藝孔造型生產(chǎn)情況

2.2 1#明冒口部位及工藝優(yōu)化

加工后，在方法蘭局部發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，缺陷情況如圖7所示。

圖7 方法蘭加工后縮松缺陷情況

該缺陷位于冒口補(bǔ)貼的中心，處在整個1#明冒口和鑄件該處的軸線縮松區(qū)。產(chǎn)生問題的原因是1#明冒口的補(bǔ)縮能力不夠，同時2#明冒口和1#明冒口之間存在相互影響，也能夠產(chǎn)生該問題。

2.3 2#明冒口及工藝優(yōu)化

2#明冒口補(bǔ)縮能力不足，鑄件探傷時發(fā)現(xiàn)在冒口邊界部位存在縮松缺陷，如圖8所示。

圖8 明冒口2 部位縮松缺陷位置

主要原因是2#明冒口的補(bǔ)縮能力不夠，對2#明冒口進(jìn)行尺寸調(diào)整，但是由于1#明冒口和2#明冒口之間有干擾，尺寸不能放大太多。在不干擾1#明冒口的前提下對2#明冒口的尺寸放大，實際生產(chǎn)鑄件缺陷依然存在。進(jìn)一步分析：該處由于結(jié)構(gòu)特殊，前期選擇的明冒口模數(shù)不足，不能保證鑄件補(bǔ)縮需要。要提高冒口的補(bǔ)縮能力，需要采用特殊的冒口，冒口本身要求在同樣或相當(dāng)尺寸下冒口模數(shù)要足夠大，因此需要采用保溫發(fā)熱冒口，選用福士科的12/15K保溫發(fā)熱冒口，冒口的模數(shù)擴(kuò)大倍數(shù)能夠達(dá)到1.4.

對1#明冒口和2#明冒口部位存在的問題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，采用保溫發(fā)熱冒口進(jìn)行工藝試驗。工藝試驗情況如圖9所示。對保溫發(fā)熱冒口進(jìn)行解剖，解剖情況如圖10所示，情況非常理想。

圖9 采用保溫發(fā)熱冒口工藝試驗結(jié)果

圖10 保溫發(fā)熱冒口解剖情況

對1#明冒口部位切割冒口及補(bǔ)貼后進(jìn)行探傷檢查，沒有發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，跟蹤相關(guān)鑄件的加工情況，原來加工后存在的縮松缺陷已經(jīng)消除，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提升。

3 結(jié) 論

通過采取一系列的工藝改進(jìn)措施，完善了制動座的鑄造工藝方案，產(chǎn)品質(zhì)量得到了進(jìn)一步提升，鑄件缺陷情況基本消除。結(jié)論如下：

1）對于比較小的工藝孔盡可能采用砂芯制做，能夠保證產(chǎn)品的精度要求。

2）對于明冒口不能夠解決的鑄造缺陷，應(yīng)采用保溫發(fā)熱冒口。

3）距離較近的冒口相互之間是存在影響的。其中一個冒口的改變，對于另一個冒口的補(bǔ)縮情況是有影響的。

[1]崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]侯英瑋.材料成型工藝[M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

[3]中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.