從全球研發(fā)熱點看軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鑄造技術(shù)的發(fā)展

摘 要：轉(zhuǎn)向架是軌道車輛車身與車輪之間的連接部件，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是構(gòu)成轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件，軌道車輛的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要采用鑄造工藝生產(chǎn)，其技術(shù)的進(jìn)步也反映著軌道車輛技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。本文基于軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鑄造工藝，對全球范圍內(nèi)涉及這一特定研究方向的技術(shù)進(jìn)行分析，闡述軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鑄造技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對典型技術(shù)進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架;側(cè)架;搖枕;鑄造;造型;組型;澆鑄

轉(zhuǎn)向架是軌道車輛車身與車輪之間的連接部件，屬于車底走行系統(tǒng)的重要部件，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架一般包括側(cè)架與搖枕，是構(gòu)成轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件。軌道車輛的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要采用鑄造工藝生產(chǎn)，要求鑄件不但要具有較高的成型精度和表面質(zhì)量，還要具有足夠的強度和抗疲勞性能，對其鑄造過程中的材料成分、造型工藝、澆注系統(tǒng)及澆注工藝設(shè)計等環(huán)節(jié)均提出較高要求。

一般來說，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的鑄造遵循鑄造工藝的一般流程，其技術(shù)核心為造型方案與澆鑄工藝的設(shè)計，決定著鑄件是否能夠獲得符合要求的外觀質(zhì)量和工作強度。從全球范圍來看，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架（側(cè)架和搖枕）的造型方案存在組芯方案和整體芯方案兩種，且均被廣泛采用，澆鑄工藝則存在普通重力鑄造、V法負(fù)壓澆鑄、消失模鑄造等多種工藝，上述工藝在鑄件的充型補縮、順序凝固、尺寸控制以及生產(chǎn)節(jié)奏和效率方面各有優(yōu)缺點，基于翻箱造型的重力鑄造方式仍然是目前應(yīng)用于轉(zhuǎn)向架構(gòu)件的最為成熟的一類鑄造技術(shù)。

專利技術(shù)通常代表一個行業(yè)的核心技術(shù)，通過對全球?qū)＠麕爝M(jìn)行檢索可以發(fā)現(xiàn)，涉及軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架鑄造專利技術(shù)的全球申請數(shù)量逾400篇。通過對專利申請人和申請年代進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，2006年以前該領(lǐng)域全球?qū)＠暾堈叨酁閬碜悦乐薜墓?，例如美國AMSTED（安施德）公司。2006以后隨著中國軌道交通技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)原創(chuàng)國為中國的專利申請開始增多，具有代表性的申請人如齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司、中國南車集團(tuán)眉山車輛廠等。2012年后隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程加速，該領(lǐng)域全球?qū)＠暾堃渤尸F(xiàn)出多元化趨勢，即包含美國NEVIS（內(nèi)維斯）公司等申請人，也包含了中國的南車長江車輛有限公司等申請人。

下面針對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架造型工藝和澆鑄工藝兩方面的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和研究熱點展開探討。

1 造型工藝

根據(jù)前面的介紹，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的造型工藝存在組芯方案和整體芯方案兩種。組芯方案是指分層、分段制芯后在型腔中將各砂芯進(jìn)行組合形成整體鑄件模型，這種方案的優(yōu)點是單個砂芯形狀簡單、制造方便，對制芯設(shè)備要求低，操作性好，但其缺點也顯而易見，由于是多段砂芯組合在一起，結(jié)合部位存在不易控制的間隙，會導(dǎo)致鑄造產(chǎn)品飛邊、披縫、皮下氣孔、微裂紋等缺陷，另外由于下芯時定位困難造成鑄件精度差，大量芯撐的使用對澆鑄過程產(chǎn)生各種不利影響。整體芯方案則是指將多元化砂芯整合為單元化，采用整體制芯工藝制芯，這種制芯工藝避免了組芯工藝中因砂芯的配合和定位問題潛在的缺陷，外觀和內(nèi)在品質(zhì)均佳，但整體芯的制造具有較高的技術(shù)難度。

近年來，我國軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架生產(chǎn)廠家熱衷研究整體芯鑄造技術(shù)，南車集團(tuán)旗下公司基于該技術(shù)曾申請國際專利，而國外生產(chǎn)廠家則仍然比較熱衷于采用技術(shù)比較成熟的組芯制造方案，但其在砂芯結(jié)構(gòu)的簡化、組芯方案規(guī)劃方面不斷取得進(jìn)步，制芯工藝也精益求精。例如，美國NEVIS（內(nèi)維斯）公司于2012年申請的WO2012158713A1等一系列“有軌車輛轉(zhuǎn)向架的側(cè)架和搖枕及其制造方法”國際專利是綜合運用了優(yōu)選造型材料、制芯下芯的公差配合、砂箱及冒口尺寸的控制、澆注系統(tǒng)的優(yōu)化等技術(shù)手段來致力于產(chǎn)品質(zhì)量的提高和生產(chǎn)成本的降低。值得注意的是，組芯造型和整體芯造型兩種工藝并不是孤立的，國內(nèi)外許多廠家對組芯造型中砂芯結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化改進(jìn)其實正是在這兩種方案中尋找結(jié)合點，以期獲得最高產(chǎn)品質(zhì)量和最佳生產(chǎn)效率。例如，巴西AMSTED MAXION（阿姆斯特德-馬克西翁）公司2008年申請的WO2008154712A1國際專利涉及一種用于軌道轉(zhuǎn)向架側(cè)架的鑄造方法，采用的仍然是組芯造型工藝，但通過對鑄造模型的改進(jìn)消除了定位于底座空間和中央空間中的型腔形成元件，從而在鑄造方法中省略了中央型芯和底座型芯，這種減少型芯數(shù)量的思路與整體芯思路有異曲同工之妙。

2 澆鑄工藝

對于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的澆鑄，無論是國內(nèi)還是國外，研究熱點仍然是基于翻箱造型的常規(guī)砂型鑄造工藝，這與側(cè)架、搖枕鑄件結(jié)構(gòu)特點相適應(yīng)，經(jīng)過幾十年實踐，中外廠家在翻箱造型、制芯、澆注系統(tǒng)設(shè)計、定向凝固及補縮控制等環(huán)節(jié)均獲得了成熟的發(fā)展，因此，該技術(shù)仍然是全球應(yīng)用和研究的主流技術(shù)。

V法負(fù)壓澆鑄、消失模鑄造等特種鑄造工藝在充型補縮、順序凝固、尺寸精度控制等方面具有特殊的優(yōu)點，但對于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架這樣的大型鑄件，采用特種鑄造工藝時，設(shè)備和澆注系統(tǒng)的設(shè)計與制造則比較復(fù)雜，工藝操作上也具有更高的要求，目前并非應(yīng)用主流，但也有廠家進(jìn)行這方面的嘗試。例如重慶漢華汽車零部件制造有限公司2013年申請的CN103212671A中國專利涉及采用消失模鑄造鐵路機(jī)車搖枕與側(cè)架的工藝，主要利用振動造型后從澆冒口點燃泡塑模型，等泡塑模型燒燼后進(jìn)行真空澆注的技術(shù)手段，結(jié)合澆注過程中持續(xù)振動砂箱來實現(xiàn)鑄件精度控制和缺陷控制。

特種鑄造工藝應(yīng)用時一般有特別關(guān)注點，隨著造型工藝進(jìn)一步成熟，造型與澆鑄技術(shù)進(jìn)一步融合，特種鑄造工藝有望解決傳統(tǒng)鑄造中難以解決的問題。

綜上，軌道車輛制造工業(yè)是高度集中化的工業(yè)，未來技術(shù)研發(fā)必然繼續(xù)延續(xù)向少數(shù)國家、少數(shù)公司集中的趨勢，這取決于該技術(shù)的復(fù)雜性和技術(shù)的傳承性，也取決于優(yōu)勢企業(yè)在研究廣度和深度上的不斷延伸。通過對造型工藝和澆鑄工藝國內(nèi)外研究熱點和典型技術(shù)進(jìn)行分析可以看出，傳統(tǒng)技術(shù)不一定是落后技術(shù)，傳統(tǒng)行業(yè)蘊含新動能，新技術(shù)要經(jīng)過自身的不斷完善，實現(xiàn)與傳統(tǒng)技術(shù)的深入融合才能成為驅(qū)動社會進(jìn)步的無限動力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Dale Monsell.北美鐵路貨車轉(zhuǎn)向架的發(fā)展.國外鐵道車輛，2000（4）.

[2]楊愛國.我國貨車轉(zhuǎn)向架的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.鐵道車輛，2005，43（6）.

作者簡介：張建明（1983-），男，漢族，山東泰安人，本科，審查員，助理研究員，主要從事發(fā)明專利實質(zhì)審查和PCT專利國際檢索工作。