澳大利亞PN機(jī)車滾動抱軸箱鑄造生產(chǎn)實踐

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州213011）

澳大利亞PN機(jī)車滾動抱軸箱鑄造生產(chǎn)實踐

劉健明，劉亞

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州213011）

針對滾動抱軸箱的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點及質(zhì)量要求，對抱軸箱合理地進(jìn)行了鑄造工藝設(shè)計，并在生產(chǎn)過程中采取了一系列措施來保證產(chǎn)品質(zhì)量，成功地生產(chǎn)出了合格的鑄件。

抱軸箱；鑄造工藝；生產(chǎn)實踐

澳大利亞P N機(jī)車是我公司生產(chǎn)制造內(nèi)燃機(jī)車出口發(fā)達(dá)國家的首例，生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)都受到了第三方監(jiān)造公司的嚴(yán)格審查。滾動抱軸箱作為轉(zhuǎn)向架輪對部分的關(guān)鍵零部件成為了我公司鑄鋼件產(chǎn)品生產(chǎn)的重中之重。本文作者根據(jù)抱軸箱的生產(chǎn)制造過程，對抱軸箱的鑄造工藝及鑄造生產(chǎn)實踐進(jìn)行了探討。

1 產(chǎn)品簡介

該抱軸箱的產(chǎn)品尺寸為783 mm×430 mm× 420 mm，重160 kg，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱節(jié)多，壁厚不均勻，最大壁厚達(dá)105 mm，尺寸精度為C T11級，同軸度等要求較高，鑄件表面不允許存在裂紋等線性缺陷，鑄件表面的氣孔、夾砂、夾渣、冷隔等缺陷需滿足A S T M A802/A802M-2006中Ⅱ級的規(guī)定，而且抱軸箱Ⅰ區(qū)精加工表面不允許存在任何鑄造缺陷。該抱軸箱材質(zhì)為C級鋼（正火+回火），其主要化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2.

2 鑄造工藝

圖1 抱軸箱示意圖

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2.1 鑄件的工藝性分析

從抱軸箱的外形結(jié)構(gòu)分析，抱軸箱兩端及支架部分的厚大熱節(jié)處容易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。背部的鑄筋與箱體連接的拐角部分容易產(chǎn)生裂紋、縮孔等鑄造缺陷。同時根據(jù)抱軸箱的質(zhì)量要求，Ⅰ區(qū)圓弧熱節(jié)處也極易產(chǎn)生裂紋、縮孔缺陷。鑄造工藝需合理的設(shè)計冒口及冷鐵等工藝措施對鑄件關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)縮，防止裂紋、縮孔、縮松等鑄造缺陷的產(chǎn)生。

表2 力學(xué)性能

2.2 型砂

造型、制芯選擇了我公司特有的“七零砂”即水玻璃石灰石砂。原砂選用20/40目砂和40/70目砂各百分之五十進(jìn)行混制，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.8%～4.8%，濕壓強(qiáng)度控制在0.006 M P a～0.010 M P a.水玻璃石灰石砂有以下優(yōu)點：潰散性好，出砂較普通水玻璃石英砂容易；型砂退讓性好，鑄件不易產(chǎn)生裂紋；而且由于石灰石高溫下分解為C a O，耐高溫，可避免鑄件粘砂；型砂成本低。

但是型砂的發(fā)氣量大，鑄件易產(chǎn)生氣孔缺陷，要求型砂的透氣性要好；澆注時產(chǎn)生大量C O2和C O，容易造成操作人員中毒，因此澆注場地應(yīng)開闊，通風(fēng)良好。綜合考慮后確定型砂工藝參數(shù)，見表3所示。

表3 型砂工藝參數(shù)

外模上型可C O2硬化，下型需爐氣烘干，同時砂芯進(jìn)烘干爐。砂型及砂芯經(jīng)過烘干可以增加其強(qiáng)度和透氣性，減少澆注過程中的發(fā)氣量，保證鑄件質(zhì)量[1]。

2.3 冒口、冷鐵設(shè)置

根據(jù)抱軸箱的結(jié)構(gòu)特點，選擇了在鑄件的中間位置分型，有利于實現(xiàn)鑄件的順序凝固及補(bǔ)縮。澆注系統(tǒng)采用開放式，中間注入的形式。在兩端外圓頂部各設(shè)置了一只腰圓形明冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。在關(guān)鍵區(qū)域安裝平面靠近Ⅰ區(qū)圓弧的位置各設(shè)置了一只發(fā)熱保溫冒口（共4只）進(jìn)行補(bǔ)縮，防止Ⅰ區(qū)熱節(jié)部位產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷，發(fā)熱保溫冒口比普通纖維保溫冒口補(bǔ)縮效率要高，補(bǔ)縮效果更好，目前發(fā)熱保溫冒口技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鑄鋼件生產(chǎn)，并取得了顯著的效果[2～4]。為了保證鑄件下半部分及支架位置的補(bǔ)縮，在中間砂芯的兩端相應(yīng)位置也各設(shè)置了一只發(fā)熱保溫暗冒口。由于支架不在中間位置，我們將其上方的暗冒口進(jìn)行了適當(dāng)?shù)钠?。位于該冒口水平位置的另一?cè)由于冒口的水平補(bǔ)縮距離不夠，容易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。P N抱軸箱沒有發(fā)現(xiàn)此類問題，但是其他抱軸箱如H X N5B抱軸箱就出現(xiàn)了上述問題，可適當(dāng)在該位置增設(shè)冷鐵來增加冒口的水平補(bǔ)縮距離。而且這兩只暗冒口的出氣位置距離兩端明冒口較近，所以一定要設(shè)置好位置，避免明冒口的冒口圈將其蓋住，影響鑄型的排氣通暢。鑄造工藝見圖2、圖3.

圖3 鑄造工藝示意圖

為了防止鑄件產(chǎn)生裂紋，提高組織的致密性，在鑄件背部的熱節(jié)部位以及箱體與兩端外圓連接的轉(zhuǎn)角部位均設(shè)置了外冷鐵。這樣可保證鑄件的順序凝固，提高冒口的補(bǔ)縮效果，防止鑄件產(chǎn)生裂紋、縮孔、縮松等缺陷。

3 熔煉控制

采用電弧爐氧化法熔煉鋼水，應(yīng)避免硫、磷、銅含量較高的廢鋼入爐。澆注溫度為1 570℃～1 585℃.嚴(yán)格控制化學(xué)成分，特別是S、P等有害元素，S≤0.025%、P≤0.025%，可有效防止或減少熱裂傾向[1]。

4 生產(chǎn)過程控制

P N抱軸箱在生產(chǎn)初期因成品加工面鑄造缺陷較多，較大，超出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，報廢率很高。為了減少抱軸箱加工表面的鑄造缺陷，提高其產(chǎn)品合格率，我們設(shè)置了粗加工返修及半精加工返修工序。

粗加工返修工序?qū)﹁T件進(jìn)行磁粉探傷，缺陷焊修修復(fù)后做消除應(yīng)力整體回火熱處理。半精加工返修工序?qū)﹁T件進(jìn)行磁粉探傷、著色滲透探傷、超聲波探傷。磁粉探傷對裂紋、未熔合等缺陷極為靈敏，著色滲透探傷主要針對加工表面的縮松、砂眼等缺陷。同時為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少成品精加工表面的鑄造缺陷，對半精加工的加工余量進(jìn)行了控制，要求半精加工余量須達(dá)到0.5 mm.焊修完畢復(fù)探合格后需對鑄件進(jìn)行消除應(yīng)力局部回火處理。焊接后的焊縫及熱影響區(qū)的H B W硬度應(yīng)不高于本體100.

P N抱軸箱材質(zhì)為C級鋼，較B級鋼鑄件的焊接性要差，焊接過程中極易產(chǎn)生撕裂及焊接裂紋。在焊修前一定要將缺陷清除干凈，并采用磁粉探傷法檢查。由于電弧冷焊時，鑄件受熱不均勻，焊縫和近縫區(qū)冷卻速度很快，極易在鑄件中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致焊接裂紋，因此應(yīng)對焊修區(qū)域做焊前預(yù)熱處理，并在焊接過程中每層中間采用尖頭錘敲擊焊縫，進(jìn)行應(yīng)力釋放。缺陷修復(fù)可采用鎢極氬弧焊和焊條電弧焊焊接。鎢極氬弧焊熱輸入較小，因此相比其他焊接方法焊接變形量小，但是焊修效率較低，可應(yīng)用于尺寸精度要求高的區(qū)域。電弧焊焊縫熔合性更好，而且熔敷效率相對較高。

5 結(jié)論

抱軸箱裂紋、夾砂、縮孔縮松缺陷較多，在生產(chǎn)過程中需要重點關(guān)注造型時冒口及冷鐵的放置情況。

為了避免抱軸箱缺陷超標(biāo)，降低產(chǎn)品報廢，可以通過在生產(chǎn)過程中設(shè)置多道工序進(jìn)行控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。我公司在抱軸箱生產(chǎn)過程中采取了一系列的工藝措施，并設(shè)置了粗加工返修及半精加工返修等多道工序進(jìn)行控制，成功地生產(chǎn)出了合格的鑄件產(chǎn)品（見圖4），獲得了第三方監(jiān)造公司的審核通過及澳方的認(rèn)可。同時為其他車型抱軸箱的生產(chǎn)提供了借鑒作用。

圖4 抱軸箱產(chǎn)品圖

［1］中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊：第5卷鑄造工藝［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］王進(jìn)興，徐榮發(fā).發(fā)熱保溫冒口在鑄鋼件上的應(yīng)用試驗與研究［A］.2009中國鑄造活動周論文集［C］.沈陽：中國鑄造學(xué)會，2009：463-472.

［3］樊安國，徐家穎.Kalminex xp發(fā)熱保溫冒口在鐵路貨車轉(zhuǎn)向架鑄鋼件上的應(yīng)用［J］.鑄造，2005（6）：83-85.

［4］李金峰.發(fā)熱保溫冒口在汽車鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2011（2）：36-40.

Casting Production Practice for the U-tube of Australia PN Locomotive

LIU Jian-ming，LIU Ya
（CRRC QISHUYAN CO.，LTD.，Changzhou Jiangsu 213011，China）

In view of the product structure characteristics and quality requirements of the U-tube，we carry on the casting process design reasonably for the U-tube，and adopt a series of measures to ensure the product quality in the process of production and then succeeded in producing the qualified castings.

U-tube，casting process，production practice

TG242

A

1674-6694（2016）06-0044-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.014

2016-09-11

劉健明（1986-），男，學(xué)士，主要從事鑄造工藝及技術(shù)管理工作。