淺談保證K6 型轉(zhuǎn)向架搖枕內(nèi)部密實度的工藝方法

郭曉東

（牡丹江中車金緣鑄業(yè)有限公司，黑龍江 牡丹江 157013）

隨著近年軌道交通的快速發(fā)展，鐵路貨車載重量很大，可以用來運輸各種貨物，轉(zhuǎn)向架是貨車底盤中的關鍵部件，對貨車的穩(wěn)定性起著關鍵性的作用。因此，轉(zhuǎn)向架中的搖枕側(cè)架內(nèi)部密實度質(zhì)量直接影響著整車行車安全性和穩(wěn)定性，其中，搖枕內(nèi)部密實度質(zhì)量一直是鐵道貨車行業(yè)極為關注的問題之一，也是CRCC 審核中重點關注的檢測項點。近年來國鐵集團實施的“雙延長”（即延長檢修周期、延長使用壽命），將K6 搖枕、側(cè)架的運用期限由當前的25 年提高到了30 年，對配件內(nèi)部密實度要求更加嚴格，進而滿足TB/T1959-2006《鐵道貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗》[2]中靜載荷及疲勞試驗要求及使用性能，密實度是決定靜載荷和疲勞試驗是否通過、保證行車安全的重要考核指標。為了確保鐵路運輸安全，本文以轉(zhuǎn)K6 型轉(zhuǎn)向架搖枕為研究對象，對提高搖枕的內(nèi)部密實度進行了深入的研究。

1 搖枕的結構特點

轉(zhuǎn)K6 轉(zhuǎn)向架搖枕均為箱形結構，搖枕結構如圖1 所示。搖枕沿長度方向呈魚腹形，結構比較復雜，上平面中部為心盤座，設有心盤銷孔，用于安插中心銷，周邊設有心盤螺栓孔；兩端上平面設有旁承座，下平面設有突出的圓臍或彈簧止檔，用于彈簧定位；端部兩側(cè)設有四個斜楔槽和搖枕擋；內(nèi)腔常設置各種結構的立筋。通常情況下，搖枕側(cè)面中部的兩個橢圓孔用于安裝通過式基礎制動、交叉支撐裝置。搖枕上平面和底部設有對稱的工藝孔。這種結構既能保證搖枕具有足夠的強度，又可節(jié)約鋼水用量，減輕自重。

圖1 轉(zhuǎn)K6 型搖枕結構簡圖

2 搖枕內(nèi)部密實度檢測的標準要求

鑄件密實度是指鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松和疏松等缺陷的嚴重程度，搖枕關鍵部位的內(nèi)部密實度決定鑄件的使用性能。TB/T3012-2016《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》[3]中規(guī)定，根據(jù)搖枕的受力狀態(tài)應劃分出A、B 兩個重要部位并在產(chǎn)品圖樣中規(guī)定，搖枕的A 部位、B 部位劃分見圖2.搖枕的A、B 部位內(nèi)密實度至關重要，在內(nèi)部密實度檢測手段上，采用射線探傷、超聲波探傷、解剖三種檢測手段，以保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量及工藝穩(wěn)定性。

圖2 搖枕A、B 部位劃分示意圖（單位：mm）

搖枕射線探傷檢測執(zhí)行TB/T3105.1《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架無損檢測第一部分：射線照相檢驗》[4]，鑄鋼搖枕、側(cè)架射線照相缺陷分為A、B、CA、CB、CD、E六類，對于搖枕A、B 部位各類缺陷都做了明確要求，氣孔類缺陷一般在IV 級以下，夾砂或夾渣類缺陷針對部位一般在IV-V 級以下，收縮率缺陷針對部位一般在IV-V 級以下，不允許存在裂紋類缺陷，內(nèi)部密實度要求等級較為嚴格。

超聲波探傷檢測也是檢測內(nèi)部密實度的重要方式之一，在鑄鋼搖枕、側(cè)架產(chǎn)品上，雖然該檢測方式逐漸被射線探傷所代替，也不作為產(chǎn)品交驗依據(jù)，但在制造廠生產(chǎn)過程中，超聲波探傷具有檢測方便、快捷的優(yōu)勢，對產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量起到很好的輔助監(jiān)控作用。

搖枕解剖檢測執(zhí)行TB/T3012-2016《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》[3]，滿足第3.7.1 條搖枕、側(cè)架鑄件的密實度解剖檢查結果應符合附錄B 的要求，且評定區(qū)域內(nèi)所在集中縮孔面積不應超過該部位內(nèi)切圓的30%；滿足第4.6.1 條密實度要求，密實度檢查采用實物鋸切解剖檢查的方法進行，搖枕和側(cè)架的解剖部位及評定區(qū)域按附錄E 規(guī)定。

3 搖枕鑄造工藝分析及選擇

3.1 搖枕應力分布狀態(tài)分析

K6 搖枕因結構原因存在應力集中部位，例如搖枕斜楔根部、邊A 部位等。應力幅值較大部位容易造成疲勞破壞，這些鍵部位的密實度是保證搖枕疲勞壽命的根本，提高搖枕內(nèi)部密實度至關重要，搖枕應力分布狀態(tài)如圖3 所示，A、B 部位所受應力顯著大于其他部位，最大應力部位集中在搖枕邊A處，應力值在261 MPa 以上。

圖3 搖枕應力分布狀態(tài)圖

3.2 搖枕鑄造工藝的選擇

3.2.1 搖枕澆注位置與分型面

鑄型澆注位置與分型面的選擇密切相關，國內(nèi)制造企業(yè)在搖枕工藝設計中心盤位于上箱，分型面一般選擇在上部，大多數(shù)國家也采用這種方式，如圖4 所示。分型面盡量上移，使內(nèi)腔砂芯大部份位于下型，砂芯定位更準確，提高了下芯及合箱精度。同時，重要承載部位位于澆注位置的下型，受重力影響，下型密實度優(yōu)于上型，鑄件受力位置質(zhì)量易得到保證。心盤面可設置冒口對心盤部位進行補縮，冒口位于頂部，有利于澆注過程中的排氣、排渣，提高了心盤處鑄件的密實度，心盤加工質(zhì)量可以得到充分保障。

圖4 心盤在澆注位置上箱

3.2.2 搖枕冒口設計

搖枕心盤面處熱節(jié)較大，位于澆注位置上箱，便于設置冒口進行補縮。國內(nèi)外搖枕型砂工藝有酯硬化水玻璃砂工藝、CO2硬化水玻璃砂工藝、潮模砂工藝、呋喃樹脂砂工藝以及V 法造型工藝等，在澆注過程中會產(chǎn)生氣體，需要有較好的排氣系統(tǒng)，避免氣孔缺陷。心盤部位冒口多為明冒口，在補縮鑄件的同時起到排氣作用。搖枕斜楔檔頂部處于澆注位置較高的平面，該部位相對較厚，易產(chǎn)生縮孔和嗆火缺陷，該部位應設置冒口，冒口采用明冒口或帶排氣的暗冒口，可設置帶易割片的發(fā)熱保溫冒口。

3.2.3 冷鐵和鑄筋

冷鐵與澆冒口配合應用，控制引導鑄件局部同時凝固和冒口區(qū)域的順序凝固，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、裂紋等缺陷。冷鐵分為外冷鐵和內(nèi)冷鐵兩種，K6 搖枕只使用外冷鐵。搖枕外冷鐵采用圓鋼和隨形外冷鐵較多，一般在圓角半徑不大于R15 mm時多采用圓鋼外冷鐵，圓角半徑大于R15 mm 時多采用成形外冷鐵，冷鐵厚度一般以壁厚的0.8 左右為宜。

鑄筋可防止鑄件產(chǎn)生裂紋、變形缺陷。搖枕的內(nèi)腔拐角部位容易產(chǎn)生熱裂紋，除局部采用冷鐵等措施外一般都要設置防裂筋。搖枕壁厚一般在16 mm～30 mm 之間，防裂筋的厚度選取一般在6 mm左右，防裂筋根部設置合理的過渡圓角。

3.3 效果驗證

通過以上工藝方案確定后，將重要承載部位放在澆注下型，上型使用冒口進行補縮，搖枕密實度從根本上得到保證；通過冷鐵和冒口控制鋼水凝固過程，同時合理設置鑄筋，防止了慣性缺陷的產(chǎn)生，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高。目前，工藝設想已經(jīng)應用于實際生產(chǎn)，經(jīng)射線探傷、超聲波探傷、解剖三種主要檢測手段進行檢驗，滿足搖枕內(nèi)部密實度的要求，并通過了CRCC 產(chǎn)品鑒定，在我廠已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

對K6 搖枕做了射線檢測，滿足TB/T3105.1《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架無損檢測第一部分：射線照相檢驗》[4]，檢測圖片如圖5 所示。

圖5 搖枕射線檢測圖片

超聲波在工件內(nèi)傳播將會產(chǎn)生反射和衰減現(xiàn)象，當工件內(nèi)部存在缺陷時，缺陷部位將會反射聲波，形成缺陷波顯示，縮松缺陷的反射波，如圖6 所示。當工件內(nèi)沒有缺陷時，探傷儀示波屏上將只有界面波和底波，并且底波高度正常。經(jīng)過檢測，目前工藝方案的搖枕超聲波檢測結果合格。

圖6 縮松缺陷的反射波示意圖

對搖枕關鍵部位解剖并對剖面進行判定，滿足TB/T3012-2016《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》[3]對內(nèi)部密實度要求，如圖7 所示。

圖7 解剖剖面判斷圖

4 結論

通過分析結構，確定搖枕關鍵承載部位，為鑄造工藝的確定提供參考，以保證搖枕足夠的強度；通過對搖枕澆注位置及分型面分析、冒口設計、冷鐵和鑄筋設置情況等方面進行工藝選擇；通過三種檢測方法對搖枕內(nèi)部密實度進行全面檢測，證明目前選擇的工藝能保證搖枕內(nèi)部密實度，可保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和使用性能。