CN100542716C - 铸造火车车轮的退行式浇注系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，包括浇注模具装置、浇注套管组件和液压升降浇注台，浇注模具装置形成模具铸件腔，浇注套管组件用于伸入铸件腔并浇注钢水，液压升降浇注台用于支撑浇注模具装置，随着浇注过程的进行自动下降，浇注套管组件逐渐从浇注模具内部退出，使钢水液面与浇注套管组件的相对高度大约保持不变。本发明采用退让式浇注过程，降低了钢水在空气中的暴露时间，从而减少了钢水的吸气和二次夹杂的生成，极大地提高了产品质量。退让式浇注系统全部由耐火材料组成，基本消除了浇注过程中由于钢水对浇注系统的冲刷给铸件质量带来的不良影响。本发明系统生产成品率高。

Description

铸造火车车轮的退行式浇注系统

技术领域

本发明涉及一种铸造火车车轮的浇注系统，特别是一种铸造火车车轮的退行式浇注系统。

背景技术

对火车车轮制造来说，传统制造方法是模锻法，也就是通常说的碾钢轮。模锻法的原理是将轧制好的坯料加热到塑性变形温度，放入锻模中，在压力机等类似设备的作用下形成车轮。由于火车车轮的工况条件十分恶劣，其内、外部质量要求均十分苛刻，这就决定了不可能采用传统的铸造工艺。现有技术曾有使用铁模铸造的研究，后终因质量稳定性差等原因，未能投入使用。

火车车轮铸造的核心问题是如何保证铸件内部无缩孔，也就是实现真正的顺序凝固。现有火车车轮铸造技术一般采用石墨作铸型，各公司利用不同的技术，实现车轮铸件的顺序凝固，从而得到无内部缩孔、缩松的铸件。主要有两种工艺设备：一种是重力浇注方案，另一种是低压底铸式浇注方案。

所谓重力浇注，就浇注来说与通常铸造生产的浇注方法没什么不同，所不同的是根据车轮的特点，在浇注系统方面有所区别，简单的说，重力浇注的浇包采用传统的底注浇包(也有采用茶壶浇包的)，中间轮毂直接作浇口，冒口下部放雨淋芯作为雨淋浇口，雨淋芯的中间是直径较大的孔，作为冒口的补缩通道，浇注时该通道上盖一个芯子作盖子——浮芯，浇注结束后浮芯自动浮起，补缩通道打开，轮毂孔铸出，由中芯形成，中芯上设补缩通道。为了实现铸件的顺序凝固，铸型采用石墨来增强冷却效果，铸件的壁厚是不均匀的，在浇注的远端——轮辋部位是一个巨大的环形热节，轮辋部位铸型直接由石墨形成，使此处钢水以尽量快的速度冷却。

实际生产表明，该重力浇注法具有浇注设备简单、生产成本和设备投资相对较少等优点，但也存在废品率较高等缺陷，具体体现在：

(1)该方案在浇注时浇包水口与铸型的浇口杯之间有较大一段距离，浇注时钢水接触大量的空气，会产生吸气和二次氧化产生氧化夹杂物，对火车车轮这种对夹杂物和机械性能要求非常严格零件，就有可能对产品质量产生决定性的影响；

(2)该方案的浇注系统由冒口(直接从冒口浇注)、雨淋芯、浮芯、中芯组成，这些浇注系统组件均有树脂砂或水玻璃砂制成，浇注时钢水对他们会有较严重的冲刷现象，极有可能形成铸件内部夹砂缺陷。

据统计，当工艺稳定时，采用该方案铸造火车车轮的平均废品率在10％左右。

低压底注浇注方案与重力浇注方案不一样，其全部零件表面均有石墨形成，只有冒口部分由砂衬形成，其辐板也不做补缩通道用，轮毂有轮毂的冒口，轮辋有轮辋的冒口。在低压底铸浇注方案中，每个铸型上都带一个塞杆机构，浇注前处于打开状态。浇注时，铸型下部有通道与低压浇注机构连通，然后低压浇注系统内部加压，钢水液面通过制定通道上升，进入铸型，很快铸型充满后，铸型上的塞杆机构堵住底注浇口，然后低压浇注系统内部减压，浇注管内钢水液面下降，铸型与低压浇注系统脱离，完成浇注。

实际生产表明，该低压底铸式浇注方案存在设备投资大、工艺出品率较低以及生产成本高等缺陷，具体体现在：

(1)该浇注方案需要的设备复杂和维护成本大，投资和维护难度较大；

(2)由于采用全石墨型铸造，铸件轮毂和轮辋需要分别补缩，工艺出品率相对较低；

(3)每个铸型设有一套塞杆水口系统，成本较高；

(4)轮辋部位设冒口并且设在不加工表面上，增加了打磨难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，克服现有技术的局限性，提高生产成品率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，包括：

浇注套管组件，用于浇注钢水，包括伸入铸件腔内且位于中芯上端面的小浇注套管；

液压升降浇注台，用于在浇注过程中当钢水液面上升到稍高于所述小浇注套管的下端面时，所述液压升降浇注台自动下降，使所述钢水液面与所述小浇注套管下端面的相对高度不变；

浇注模具装置，由所述液压升降浇注台支撑，包括扣合的下石墨型和上石墨型，所述下石墨型内设置下砂衬，所述下砂衬的中心通过芯座设置开设有补缩通道的中芯，所述中芯的内部埋入有耐火材料浇口；所述上石墨型内设置上砂衬，并与所述下砂衬形成模具铸件腔。

所述耐火材料浇口的内部为近球形空腔，近球形空腔的上部设置钢水进口，每侧设置至少一个与所述钢水进口的轴线呈30°～70°夹角的内浇口。

所述浇注套管组件包括由浇包水口和水口塞头组成的浇注开关组件，所述浇注开关组件的下部连接大浇注套管，所述大浇注套管下部连接小浇注套管。进一步地，所述大浇注套管和小浇注套管为耐火材料制品，所述大浇注套管和小浇注套管外套设有加固强化作用的支撑套管。所述大浇注套管和支撑套管通过快换机构与所述浇包水口连接。

所述浇注模具装置与一套箱连接，所述套箱携带所述浇注模具装置位于所述液压升降浇注台上。

所述中芯之上设置有冒口和铸件腔的分隔片，所述分隔片的中心开设有供所述小浇注套管插入所述铸件腔且作为补缩通道的插入孔。

本发明提出了一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，采用退让式浇注过程，能很大程度降低钢水在空气中的暴露时间，从而减少了钢水的吸气和二次夹杂的生成，提高了产品质量。退让式浇注系统全部由耐火材料组成，基本消除了浇注过程成中由于钢水对浇注系统的冲刷给铸件质量带来的不良影响。在浇注过程中，浇注模具装置在铸件腔内钢水量不断增加时，随着可升降式液压升降浇注台缓慢下降，使得整个浇注过程中铸件腔内钢水平面的绝对高度基本不变。同时，与现有技术重力浇注方案相比，本发明由于取消了雨淋芯，使开箱时间相对宽松，对提高铸件质量更有利。因此本发明铸造火车车轮的退行式浇注方法提高了生产成品率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明铸造火车车轮的退行式浇注系统的结构示意图；

图2为本发明耐火材料浇口的结构示意图。

附图标记说明：

1—下石墨型；        2—上石墨型；          3—上砂衬；

4—分隔片；          5—中芯；              6—铸件腔；

7—下砂衬；          10—耐火材料浇口；     11—快换机构；

12—支撑套管；       13—大浇注套管；       14—支撑套管；

15—小浇注套管；     16—浇包水口；         17—水口塞头；

18—插入孔；         19—下石墨型的内壁；   20—下砂衬的上表面；

21—芯座；           22—冒口；             23—水口砖；

24—上端面；         25—钢水进口；         26—近球形空腔；

27—夹角；           28—内浇口；           29—套箱；

30—液压升降浇注台。

具体实施方式

本发明铸造火车车轮的退行式浇注系统的主体结构包括浇注模具装置、浇注套管组件和液压升降浇注台，浇注模具装置形成模具铸件腔，浇注套管组件用于伸入铸件腔并浇注钢水，液压升降浇注台用于支撑浇注模具装置，随着浇注过程的进行自动下降，浇注套管组件逐渐从浇注模具内部退出，使钢水液面与浇注套管组件的相对高度不变，形成本发明铸造火车车轮的退行式浇注系统。

图1为本发明铸造火车车轮的退行式浇注系统的结构示意图。如图1所示，浇注模具装置包括相对设置且扣合在一起的下石墨型1和上石墨型2，下石墨型1内设置下砂衬7，下砂衬7的中心通过芯座21设置中芯5，中芯5开设有补缩通道，中芯5的内部包裹着浇注系统8；上石墨型2内设置上砂衬3，并与下砂衬7一起形成模具铸件腔6。具体地，下石墨型的内壁19上附着下砂衬7，下砂衬的上表面20是形成车轮零件的表面，在下砂衬7的中心是中芯5的芯头芯座21，此处确定中芯5的位置，中芯由耐火材料骨料加粘合剂以特定工艺制作成型，并开通有补缩通道，中芯内部包裹着一个耐火材料制成的耐火材料浇口10。浇注套管组件用于浇注钢水，包括伸入铸件腔6内且位于中芯5上端面24的小浇注套管15；液压升降浇注台30支撑着浇注模具装置，用于随着浇注过程的进行，当钢水液面上升到稍高于小套管15的下端面31时，液压升降浇注台30自动下降，使钢水液面与小浇注套管15下端面31的相对高度不变。本发明上述技术方案采用退让式浇注过程，能很大程度降低钢水在空气中的暴露时间，从而减少钢水的吸气和二次夹杂的生成，对火车车轮这种对夹杂物和机械性能要求非常严格零件，极大地提高了产品质量。

实际生产时，浇注模具装置设置在套箱29上，由套箱29携带浇注模具装置进入液压升降浇注台30，并位于液压升降浇注台30上完成浇注过程。

进一步地，中芯5上面是冒口22和铸件腔6的分隔片4，分隔片4的中心部分是一个插入孔18，插入孔18的作用一方面作为浇注时小浇注套管15的插入通道，另一方面作为铸件的补缩通道。冒口22的材质一般是一种保温效果较好的材料。

图2为本发明耐火材料浇口的结构示意图，仅仅是一种设计方案。耐火材料浇口10的内部为近球形空腔26，近球形空腔26的上部设置钢水进口25，每侧分叉为内浇口28，设置的内浇口28为至少两个，与钢水进口25的轴线呈30°～70°夹角。实际生产中，内浇口28的轴线与钢水进口25的轴线之间的夹角27可根据需要确定，而钢水进口25的形状、大小则根据需要确定，内浇口28的形状、大小、个数以及分布也根据需要确定。本实施例中，耐火材料浇口10应该是高强度、耐高温能力、抗冲刷能力均强于中芯5的材料，并且应该事先准备好，在制造中芯5时埋入到中芯5内部。上述技术方案使本发明的浇注系统全部由耐火材料组成，基本消除了浇注过程中由于钢水对浇注系统的冲刷给铸件质量带来的不良影响。

浇注套管组件包括由浇包水口16和水口塞头17组成的开关组件，下部连接大浇注套管13，大浇注套管13的材质是高寿命耐火材料，大浇注套管13外套设加固强化作用的支撑套管12；大浇注套管13下部连接小浇注套管15，小浇注套管15同样由高寿命耐火材料制成，小浇注套管15外也套设支撑套管14，同时起连接作用；大浇注套管13和支撑套管12通过快换机构11与浇包水口16连接，浇包水口16由水口砖23形成。

本发明的工作过程为：浇注时，套箱29携带浇注模具装置沿辊道线进入液压升降浇注台30，到位后液压升降浇注台30上升，直至小浇注套管15的下端面31与中芯5内耐火材料浇口10的上端面24几乎接触；然后水口塞头17上提，浇包水口16打开，钢水沿浇包水口16、大浇注套管13、小浇注套管15、耐火材料浇口10的进口25分两股分别从两个内浇口28进入铸件腔6；随着浇注过程的进行，钢水液面上升到稍稍高于小浇注套管15的下端面31时，液压升降浇注台30自动下降，始终保持钢水液面与浇注小套管15下端面31的相对高度不变；浇注结束时，水口塞头17下降，封闭浇包水口16；液压升降浇注台30下降到位后，套箱29开出浇注位，下一浇注模具装置进入浇注位，开始另一个浇注流程。

由上述技术方案可以看出，在浇注过程中，浇注模具装置使铸件腔内钢水量的不断增加，随着可升降式液压升降浇注台缓慢下降，浇注套管组件逐渐从浇注模具内部退出，使得整个浇注过程中铸件腔内钢水平面的绝对高度基本不变。与现有技术重力浇注方案相比，本发明由于取消了雨淋芯，使开箱时间相对宽松，对提高铸件质量更有利。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，包括：

浇注套管组件，用于浇注钢水，包括伸入铸件腔内且位于中芯上端面的小浇注套管；

液压升降浇注台，用于在浇注过程中当钢水液面上升到稍高于所述小浇注套管的下端面时，所述液压升降浇注台自动下降，使所述钢水液面与所述小浇注套管下端面的相对高度不变；

浇注模具装置，由所述液压升降浇注台支撑，包括扣合的下石墨型和上石墨型，所述下石墨型内设置下砂衬，所述下砂衬的中心通过芯座设置开设有补缩通道的中芯，所述中芯的内部埋入有耐火材料浇口；所述上石墨型内设置上砂衬，并与所述下砂衬形成模具铸件腔。

2.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，所述耐火材料浇口的内部为近球形空腔，所述近球形空腔的上部设置钢水进口，每侧设置至少一个与所述钢水进口的轴线呈30°～70°夹角的内浇口。

3.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，所述浇注套管组件包括由浇包水口和水口塞头组成的浇注开关组件，所述浇注开关组件的下部连接大浇注套管，所述大浇注套管下部连接小浇注套管。

4.根据权利要求3所述的铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，所述大浇注套管和小浇注套管为耐火材料制品，所述大浇注套管和小浇注套管外套设有加固强化作用的支撑套管。

5.根据权利要求4所述的铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，所述大浇注套管和支撑套管通过快换机构与所述浇包水口连接。

6.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，所述浇注模具装置与一套箱连接，所述套箱携带所述浇注模具装置位于所述液压升降浇注台上。

7.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注系统，其特征在于，所述中芯之上设置有冒口和铸件腔的分隔片，所述分隔片的中心开设有供所述小浇注套管插入所述铸件腔且作为补缩通道的插入孔。

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