CN100548536C - 铸造火车车轮的退行式浇注方法 - Google Patents

铸造火车车轮的退行式浇注方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铸造火车车轮的退行式浇注方法,包括:浇注模具装置进入浇注工位;浇注模具装置上升,浇注套管组件插入浇注模具装置内部,直至到达浇注开始位置;钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的铸件腔;浇注模具装置下降,浇注套管组件逐渐从浇注模具装置内部退出,使铸件腔内钢水液面的绝对高度基本保持不变,直至浇注结束;浇注模具装置下降,离开浇注工位。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。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。本发明方法能提高产品质量,生产成品率高。

Description

铸造火车车轮的退行式浇注方法
技术领域
本发明涉及一种铸件生产的浇注方法,特別是一种铸造火牟车轮的退行 式浇注方法。
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一一浮芯,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,在浇注的远端一一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才几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^"、或水玻璃^>-制成,浇注时钢水对他们 会有较严重的沖刷现象,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,只有冒口部分由砂村形成,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在浇注机构连通, 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 ^f氐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方法,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方法,
包括:
步骤l、浇注模具装置进入浇注工位;
步骤2、浇注模具装置上升,浇注套管组件插入浇注模具装置内部,直 至到达浇注开始位置;
步骤3、钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的铸件腔;
步骤4、浇注模具装置下降,免注套管组件逐渐从浇注模具装置内部退 出,使铸件腔内钢水液面的绝对高度基本保持不变,直至浇注结束;
步骤5、浇注模具装置下降,离开浇注工位。
其中,所述步骤l具体为:浇注模具装置由套箱携带送入液压升降浇注 台上的浇注工^f立上。
其中,所述步骤2具体为:所述浇注才莫具装置由液压升降浇注台带动上 升直至浇注开始位置,浇注套管组件插入浇注模具装置内部,所述浇注开始 位置是所述浇注模具装置中浇口的进口上端位于浇注套管组件的下端面位 置。
其中,所述步骤3具体为:钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的浇 口,由所述浇口将所述钢水送入铸件腔。进一步地,所述免口将所述钢水送 入铸件腔具体为:所述钢水进入浇口内腔,至少两个内浇口将所述钢水分成 至少两股分别送入铸件腔。
其中,所述步骤4具体为:随着浇注过程的进行,当钢水液面上升到稍 高于浇注套管组件的下端面时,液压升降浇注台带动浇注模具装置自动下降, 浇注套管组件逐渐从浇注模具装置内部退出,使所述铸件腔内钢水液面与浇 注套管组件的相对高度不变,直至浇注结束。本发、明才是出了一种铸造火车车轮的退行式浇注方法,采用退让式浇注过
程,在浇注过程中,浇注^i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,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。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。本发明采用的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沖刷给铸件质量带来的不良影响。因 此本发明铸造火车车轮的退行式浇注方法提高了产品质量和生产成品率。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案^: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方法的流程图; 图2为本发明退行式浇注系统的结构示意图; 图3为本发明耐火材料浇口的结构示意图。
附图标记说明:
l一下石墨型; 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- 一耐火材料浇口 ; 11- -快换机构;
12—支撑套管; 13- 一大浇注套管; 14- 一支撑套管;
15—小浇注套管; 16- 一浇包水口; 17- 一水口塞头;
18—插入孔; 19- 一下石墨型的内壁; 20- —下妙、衬的上表面;
21 —芯座; 22- —冒口; 23- —水口砖;
24—进口上端; 25- —钢水进口 ; 26- -近球形空腔;
27 —夹角; 28- 一内浇口 ; 29- 一套箱;
30—液压升降浇注台。具体实施方式
图1为本发明铸造火车车4仑的退行式浇注方法的流程图,包括: 步骤l、浇注模具装置进入浇注工位;
步骤2、浇注模具装置上升,浇注套管组件插入浇注模具装置内部,直 至到达浇注开始位置;
步骤3、钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的铸件腔;
步骤4、浇注模具装置下降,浇注套管组件逐渐从浇注模具装置内部退 出,使铸件腔内钢水液面的绝对高度基本保持不变,直至浇注结束;
步骤5、浇注模具装置下降,离开浇注工位。
下面结合退行式浇注系统进一步详细说明本发明的技术方案。图2为本 发明退行式浇注系统的结构示意图。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洗注模具装置 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方法。如图2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—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进口上端24的小浇注套 管15。
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免注套管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。
浇注套管组件包^fe由浇包水口 16和水口塞头17组成的开关组件,下部 连4妄大浇注套管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4妄作用;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"t姿,浇包水口 16由水口砖23形成。
本发明步骤l中,浇注模具装置由套箱携带送入液压升降浇注台上。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上的浇注工位上,开始浇 注过程。
本发明步骤2中,浇注模具装置由液压升降浇注台带动上升直至浇注开 始位置,所述浇注开始位置是所述浇注模具装置中浇口的进口上端位于浇注 套管組件的下端面位置。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。
本发明步骤3中,钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的浇口,由所 述浇口将所述钢水送入铸件腔。进一步地,所述浇口将所述钢水送入铸件腔 具体为:所述钢水进入浇口内腔,至少两个内浇口将所述钢水分成至少两股 分别送入铸件腔。图3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为至少一个,与钢 水进口 25的轴线呈一定设计夹角。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 IO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。
本发明步骤4中,随着浇注过程的进行,当钢水液面上升到稍高于浇注 套管组件的下端面时,液压升降浇注台带动浇注;漠具装置自动下降,使所述 铸件腔内钢水液面与浇注套管组件的相对高度不变,直至浇注结束。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。
在上述技术方案基础上,本发明还包括在浇注模具装置中冒口根部的车 轮零件刚刚凝固、但还没有强度时清除冒口的开箱操作步骤。在铸造车轮的 生产中,清除冒口的开箱操作是很有特点的,不是等零件冒口冷却后再清除, 而是在零件已经完全凝固,但冒口根部刚刚凝固,但还没有强度时清除,所 以可操作时间很短,如果开箱太早,冒口根部没有完全凝固,造成零件缩孔 报废;如果开箱太晚,冒口拔不断,零件也报废。与现有技术重力浇注方案 相比,本发明由于取消了雨淋芯,本发明开箱时间相对宽松,对提高铸件质 量更有利。
本发明工作过程为: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的进口上端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 IO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-阡,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 一个洗注流禾呈。
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緩i"曼下降,^使得整个浇注过 程中铸件腔内钢水液面的绝对高度基本不变。
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 (6)

1.一种铸造火车车轮的退行式浇注方法,其特征在于,包括: 步骤1、浇注模具装置进入浇注工位; 步骤2、浇注模具装置上升,浇注套管组件插入浇注模具装置内部,直至到达浇注开始位置; 步骤3、钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的铸件腔; 步骤4、浇注模具装置下降,浇注套管组件逐渐从浇注模具装置内部退出,使铸件腔内钢水液面的绝对高度基本保持不变,直至浇注结束; 步骤5、浇注模具装置下降,离开浇注工位。
2. 根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注方法,其特征在于, 所述步骤1 M为:免;封tt装置由套箱携带i^,升降免注台上的浇注工位上。
3. 根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注方法,其特征在于, 所述步骤2具体为:所述浇注模具装置由液压升降浇注台带动上升直至浇注 开始位置,浇注套管组件插入浇注模具装置内部,所述浇注开始位置是所述 浇注才莫具装置中浇口的进口上端位于浇注套管组件的下端面位置。
4. 根据权利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注方法,其特征在于, 所述步骤3具体为:钢水经浇注套管组件进入浇注模具装置的浇口,由所述 浇口将所述钢水送入铸件腔。
5. 根据权利要求4所述的铸造火车车轮的退行式浇注方法,其特征在于, 所述浇口将所述钢水送入铸件腔具体为:所述钢水进入浇口内腔,至少两个 内浇口将所述钢水分成至少两股分别送入铸件腔。
6. 根据一又利要求1所述的铸造火车车轮的退行式浇注方法,其特征在于, 所述步骤4具体为:随着浇注过程的进行,当钢水液面上升到稍高于浇注套 管组件的下端面时,液压升降浇注台带动浇注模具装置自动下降,浇注套管 组件逐渐从浇注才莫具装置内部退出,使所述铸件腔内钢水液面与浇注套管组 件的相对高度不变,直至浇注结束。
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