CN101234410A - 铸造火车车轮的铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造火车车轮的铸模，包括扣合的下型铸模和上型铸模，下型铸模包括上端设置成具有车轮下型轮辋内侧面形状的下石墨冷铁，下型内铝圈和下型外铝圈通过下型压板与下石墨冷铁配合，下型硬模与下型内铝圈连接，并与下石墨冷铁紧密配合共同形成砂衬下结合面，下砂衬设置在下结合面和下型硬模上；上型铸模包括下端设置成具有车轮上型轮辋内侧面以及轮缘和踏面形状的上石墨冷铁，上型内铝圈和上型外铝圈通过上型压板与上石墨冷铁配合；上型硬模与上型内铝圈连接，并与上石墨冷铁紧密配合共同形成砂衬上结合面，上砂衬设置在上结合面和上型硬模上。本发明成本相对较低，更好地保护石墨型，更有利于搬运，散热能力高，有利于提高生产率。

Description

铸造火车车轮的铸模

技术领域

本发明涉及一种铸造铸模，特别是一种铸造火车车轮的铸模。

背景技术

对火车车轮制造来说，由于车轮的工况条件十分恶劣，对他的内部外部质量要求均十分苛刻，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。

现有技术一种工艺设备是通过外浇口的砂型铸造，该外浇口后来成为轮毂上的冒口。专门的浇口型心装置使金属能从它进入轮毂，在浇铸和定型时，车轮的滚动表面与铸铁铸模壁面结触。实际生产发现，当轮缘重量大时，由于铸铁铸模会过热和来不及将大热量导出，使铸件常有多种缺陷，轮的废品增多。另外，铸铁铸模寿命也降低了。

在多年研究基础上，现有技术提出了一种改进性工艺，该工艺主要特点是用石墨作为制造铸模的基本材料，石墨的高导热性及低热胀因子解决了铸模的寿命问题，有可能将滚动表面与轮缘二端部一起冷却。为了使轮盘在轮缘之后成型，其表面与石墨上的面砂结触，面砂用钠硅粘结剂粘在石墨铸模上。该工艺的优点是，可在同一个石墨铸模内浇铸有不同厚度轮缘的轮子，方法是在轮缘与轮盘间的过渡段上用不同厚度的面砂。

但实际生产上，用于铸造车轮的石墨冷铁价格很贵，也很娇贵，不仅需要配合套箱方可使用，而且极易损坏，当石墨冷铁损耗到一定程度后，就报废了，使用寿命短，同时石墨冷铁生产厂家很少，采购困难。上述问题对火车车轮生产造成很大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造火车车轮的铸模，在车轮的轮辋、轮缘和踏面的热节部位表面使用石墨冷铁直接形成型腔，以使该局部先凝固；在车轮的辐板和轮毂表面以砂型形成零件表面，以使该部位的凝固时间落后于上述热节部位，使生产成本降低，更好地保护石墨型，提高生产率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铸造火车车轮的铸模，包括扣合的下型铸模和上型铸模，所述下型铸模包括上端设置成具有车轮下型轮辋内侧面形状的下石墨冷铁、下型内铝圈、下型外铝圈、下型压板、下型硬模和下砂衬，其中，所述下型内铝圈和所述下型外铝圈通过所述下型压板与所述下石墨冷铁配合，所述下型硬模与所述下型内铝圈连接，并与所述下石墨冷铁紧密配合共同形成砂衬下结合面，所述下砂衬设置在所述下结合面和所述下型硬模上；

所述上型铸模包括下端设置成具有车轮上型轮辋内侧面以及轮缘和踏面形状的上石墨冷铁、上型内铝圈、上型外铝圈、上型压板、上型硬模和上砂衬，其中，所述上型内铝圈和所述上型外铝圈通过所述上型压板与所述上石墨冷铁配合，所述上型硬模与所述上型内铝圈连接，并与所述上石墨冷铁紧密配合共同形成砂衬上结合面，所述上砂衬设置在所述上结合面和所述上型硬模上。

所述下型外铝圈与所述下石墨冷铁配合为所述下型外铝圈尺寸设计为被加热到高于工作温度时与所述下石墨冷铁无间隙配合；所述上型外铝圈与所述上石墨冷铁配合为所述上型外铝圈尺寸设计为被加热到高于工作温度时与所述上石墨冷铁无间隙配合。进一步地，所述下型外铝圈与所述下石墨冷铁的配合面为锥形面；所述上型外铝圈与所述上石墨冷铁的配合面为锥形面。

所述下型内铝圈与所述下石墨冷铁配合为常温下的间隙配合；所述上型内铝圈与所述上石墨冷铁配合为常温下的间隙配合。进一步地，所述下型内铝圈与所述下石墨冷铁的配合面为锥形面；所述上型内铝圈与所述上石墨冷铁的配合面为锥形面。

所述下型压板通过螺栓连接所述下型内铝圈和所述下型外铝圈并使所述下型内铝圈和所述下型外铝圈夹持住下石墨冷铁，组成下型铸模整体，所述下型压板的上表面设置有下排气通道；所述上型压板通过螺栓连接所述上型内铝圈和所述上型外铝圈并使所述上型内铝圈和所述上型外铝圈夹持住所述上石墨冷铁，组成上型铸模整体，所述上型压板的下表面设置有上排气通道。

所述下型铸模和所述上型铸模通过子母扣结构配合。

所述上型铸模的上部设置有保温冒口，所述保温冒口与所述上型内铝圈之间设置有填充料，所述填充料上部设置封盖。

在上述技术方案基础上，所述下砂衬通过定位结构设置形成轮毂孔的中芯，所述中芯上设有支撑柱，所述支撑柱的上顶面与雨淋浇口的下底面配合。所述雨淋浇口上开设有作为浇注通道的雨淋孔，所述雨淋浇口中心开设有补缩通道。

本发明提出了一种具有复合结构的铸造火车车轮的铸模，通过在车轮的轮辋、轮缘和踏面的热节部位表面使用石墨冷铁直接形成型腔，以使该局部先凝固；在车轮的辐板和轮毂表面以砂型形成零件表面，以使该部位的凝固时间落后于上述热节部位，同时减少了石墨冷铁的体积，成本相对较低，更好地保护石墨型，更有利于搬运，散热能力高，有利于提高生产率。

针对所述下型铸模和所述上型铸模而言，设置上、下型外铝圈和上、下型内铝圈的优点是：

a)可以用小尺寸的石墨生产大尺寸的车轮，节省石墨用量，降低成本；

b)铝的导热性高于石墨，可以使铸型周转率提高，从而减少铸型数量；

c)石墨易损伤，增加外铝圈有利于石墨型的搬运，利于保护石墨型，提高石墨型的使用寿命；

d)增加外铝圈可以省掉套箱，利于使用机械手，简化生产工序，提高自动化程度；

e)针对所述上型铸模而言，增加内铝圈可以方便上、下型硬模的安装固定。

本发明设置上、下型压板的优点是：

a)方便将内铝圈、外铝圈、石墨冷铁组装到一体；

b)利于保护上、下石墨冷铁，以免磕碰损伤；

c)设置上型压板可以保护上石墨冷铁上的排气道，以免浇注钢水时进入杂物堵塞排气道；

d)上、下型压板上可设置排气槽，以利于石墨冷铁上的排气道和外部大气连通。

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铸模的结构示意图。

附图标记说明：

1-下型内铝圈；        2-下型压板；             3-下型石墨冷铁；

4-下型外铝圈；        5-上型外铝圈；           6-上型石墨冷铁；

7-上型压板；          8-上型内铝圈；           9-上型硬模；

10-填充料；           11-保温冒口；            12-封盖；

13-上砂衬；           14-石墨、砂衬结合面；    15-上石墨冷铁铸面；

16-上砂衬铸件表面；   17-上硬模、砂衬结合面    18-中芯侧面；

19-石墨、砂衬结合面； 20-下砂衬铸件表面；      21-下硬模、砂衬结合面；

22-定位结构；         23-下砂衬；              24-中芯；

25-浮芯；             26-雨淋浇口；            27-雨淋浇口配合面；

28-雨淋孔；          29-支撑柱；            30-下型硬模；

31-补缩通道；        32-下石墨冷铁铸面；    33-子母扣结构；

34-下排气通道；      35-上排气通道。

具体实施方式

图1为本发明铸造火车车轮的铸模的结构示意图。铸造火车车轮的铸模包括扣合的上型铸模和下型铸模，上型铸模和下型铸模均是由铝圈、石墨冷铁和硬模构成的复合材料镶嵌结构，其中石墨冷铁具有火车车轮轮辋、轮缘和踏面的热节部位表面形状，并与砂衬形成铸件腔，以使该局部先凝固；在车轮的辐板和轮毂表面以砂型形成零件表面，以使该部位的凝固时间落后于上述热节部位。具体地，本发明下型铸模包括下石墨冷铁3，下石墨冷铁3的上端设置成具有车轮下型轮辋内侧面形状，形成下石墨冷铁铸面32，下型内铝圈1和下型外铝圈4通过下型压板2与下石墨冷铁3配合，下型硬模30与下型内铝圈1连接，并与下石墨冷铁3紧密配合共同形成石墨、砂衬结合面19和下硬模、砂衬结合面21，下砂衬23设置在上述结合面上。上型铸模包括上石墨冷铁6，上石墨冷铁6的下端设置成具有车轮上型轮辋内侧面以及轮缘和踏面形状，形成上石墨冷铁铸面15，上型内铝圈8和上型外铝圈5通过上型压板7与上石墨冷铁6配合；上型硬模9与上型内铝圈8连接，并与上石墨冷铁6紧密配合共同形成石墨、砂衬结合面14和上硬模、砂衬结合面17，上砂衬13设置在上述结合面上。

由于石墨冷铁和铝两种材质的线膨胀系数相差很大，同时铸模的最高工作温度通常在200℃～300℃的高温，如果在室温时铝圈和石墨冷铁之间的配合间隙为零，随着温度的上升，二者之间发生的膨胀量差距很大，外铝圈的膨胀量远大于石墨冷铁的膨胀量，这样两者之间会出现间隙，导致二者之间的导热变得很差，也导致上型铸模和下型铸模之间定位精度变的很差，甚至会使二者之间错位、脱落。为此，本发明提出了如下解决方案：

假设外铝圈在最高工作温度能够与石墨保持间隙为零，计算自由状态下外铝圈在常温下的尺寸，并以此尺寸在常温下加工外铝圈。装配时，将外铝圈加热到高于工作温度，这时外铝圈受热膨胀，将外铝圈和石墨冷铁装配到一起。在工作温度范围内，外铝圈和石墨冷铁之间始终保持过盈配合，外铝圈保持在材料弹性区。当铸模暂时停止使用时，为了防止铸模温度降至常温导致石墨冷铁和外铝圈之间应力过大造成材料损坏，可以对铸模型进行保温，使之温度始终保持在安全区内。同时，将石墨冷铁和外铝圈之间的配合面设置成锥形面，只能向一头脱落，即使工作温度高于设计温度，两者之间出现缝隙，也能保证两者之间始终是一体。进一步地，将内铝圈和石墨冷铁之间的配合采取常温下的间隙配合，在工作时，由于温度升高，内铝圈膨胀量大于石墨冷铁，二者之间变成了过盈配合，间隙为零，但要保证过盈量在材料的安全区内。内铝圈和石墨冷铁之间的配合面也是锥形面，只能向一头脱落，即使温度低于设计温度，两者之间出现缝隙，也能保证两者之间始终是一体。

在上述设计思想下，本发明下型外铝圈4与下石墨冷铁3之间的配合为下型外铝圈4被加热到高于工作温度时与下石墨冷铁3无间隙配合，上型外铝圈5与上石墨冷铁6之间的配合为上型外铝圈5被加热到高于工作温度时与上石墨冷铁6无间隙配合。下型外铝圈4与下石墨冷铁3的配合面为锥形面，上型外铝圈5与上石墨冷铁6的配合面为锥形面。进一步地，下型内铝圈1与下石墨冷铁3之间的配合为常温下的间隙配合，上型内铝圈8与上石墨冷铁6之间的配合为常温下的间隙配合。下型内铝圈1与下石墨冷铁3的配合面为锥形面，上型内铝圈8与上石墨冷铁6的配合面为锥形面。

下型压板2通过螺栓连接下型内铝圈1和下型外铝圈4，并使下型内铝圈1和下型外铝圈4压住下石墨冷铁3，组成下型铸模整体，下型压板2的上表面设置有下排气通道34。上型压板7通过螺栓连接上型内铝圈8和上型外铝圈5，并使上型内铝圈8和上型外铝圈5压住上石墨冷铁6，组成上型铸模整体，上型压板7的下表面设置有上排气通道35。下型压板2和上型压板7可以选用铸铁，但并不排除其他合适的材质。

下型硬模30用于和下石墨冷铁3的局部共同形成砂衬结合面，造型时，下砂衬23在其上挂砂。下型硬模30和下型内铝圈1之间采用螺栓(或螺钉)连接结构，使之成为一整体，下型硬模30和下型内铝圈1之间也要保证在工作温度时不得有间隙，否则影响传热。下型硬模30和下石墨冷铁3之间也需要紧密配合。上型硬模9用于和上石墨冷铁6的局部共同形成砂衬结合面，造型时，上砂衬13在其上挂砂。上型硬模9和上型内铝圈8之间采用螺栓(或螺钉)连接结构，使之成为一整体，上型硬模9和上型内铝圈8之间也要保证在工作温度时不得有间隙，否则影响传热。上型硬模9和上型石墨冷铁6之间也需要紧密配合。下型硬模30和上型硬模9的材质可以使用灰铸铁，但不排除其他合适的材料。

在下砂衬23上，设有用于给中芯24定位的定位结构22，中芯24通过定位结构22设置在下砂衬23上，中芯侧面18形成轮毂孔，中芯24上设有三个支撑柱29，支撑柱29的上顶面与雨淋浇口26下底面在雨淋浇口配合面27处配合，雨淋浇口26上设有数个雨淋孔28，雨淋孔28是浇注通道，雨淋浇口26中部开设中心孔作为补缩通道31，浇注时由浮芯25盖住，浇注完成后浮芯25上浮，打开补缩通道31。

铸模型腔由上石墨冷铁铸面15、下石墨冷铁铸面32、上砂衬铸件表面16、下砂衬铸件表面20、中芯侧面18、雨淋浇口配合面27组成，雨淋浇口26以上是冒口。

冒口上部是保温冒口11，保温冒口11与上型内铝圈8之间填充有填充料10，填充料10上部设置封盖12，填充料10可以是干砂，以提高保温效果，封盖12的材料一般用已硬化的水玻璃砂制成；

需要特别说明的是：在其它实施例，所述保温冒口外侧面是锥形，其直径自上而下逐渐变大，在所述保温冒口外侧面套设压铁。

上型铸模和下型铸模之间采用子母扣结构33配合。

本发明上述技术方案通过在车轮的轮辋、轮缘和踏面的热节部位表面使用石墨冷铁直接形成型腔，以使该局部先凝固；在车轮的辐板和轮毂表面以砂型形成零件表面，以使该部位的凝固时间落后于上述热节部位，同时减少了石墨冷铁的体积，成本相对较低，更好地保护石墨型，更有利于搬运，散热能力高，有利于提高生产率。

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 (10)

1.一种铸造火车车轮的铸模，包括扣合的下型铸模和上型铸模，其特征在于，所述下型铸模包括上端设置成具有车轮下型轮辋内侧面形状的下石墨冷铁、下型内铝圈、下型外铝圈、下型压板、下型硬模和下砂衬，其中，所述下型内铝圈和所述下型外铝圈通过所述下型压板与所述下石墨冷铁配合，所述下型硬模与所述下型内铝圈连接，并与所述下石墨冷铁紧密配合共同形成砂衬下结合面，所述下砂衬设置在所述下结合面和所述下型硬模上；所述上型铸模包括下端设置成具有车轮上型轮辋内侧面以及轮缘和踏面形状的上石墨冷铁、上型内铝圈、上型外铝圈、上型压板、上型硬模和上砂衬，其中，所述上型内铝圈和所述上型外铝圈通过所述上型压板与所述上石墨冷铁配合，所述上型硬模与所述上型内铝圈连接，并与所述上石墨冷铁紧密配合共同形成砂衬上结合面，所述上砂衬设置在所述上结合面和所述上型硬模上。

2.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下型外铝圈与所述下石墨冷铁配合为所述下型外铝圈尺寸设计为被加热到高于工作温度时与所述下石墨冷铁无间隙配合；所述上型外铝圈与所述上石墨冷铁配合为所述上型外铝圈尺寸设计为被加热到高于工作温度时与所述上石墨冷铁无间隙配合。

3.根据权利要求2所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下型外铝圈与所述下石墨冷铁的配合面为锥形面；所述上型外铝圈与所述上石墨冷铁的配合面为锥形面。

4.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下型内铝圈与所述下石墨冷铁配合为常温下的间隙配合；所述上型内铝圈与所述上石墨冷铁配合为常温下的间隙配合。

5.根据权利要求4所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下型内铝圈与所述下石墨冷铁的配合面为锥形面；所述上型内铝圈与所述上石墨冷铁的配合面为锥形面。

6.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下型压板通过螺栓连接所述下型内铝圈和所述下型外铝圈并使所述下型内铝圈和所述下型外铝圈夹持住所述下石墨冷铁，组成下型铸模整体，所述下型压板的上表面设置有下排气通道；所述上型压板通过螺栓连接所述上型内铝圈和所述上型外铝圈并使所述上型内铝圈和所述上型外铝圈夹持住所述上石墨冷铁，组成上型铸模整体，所述上型压板的下表面设置有上排气通道。

7.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下型铸模和所述上型铸模通过子母扣结构配合。

8.根据权利要求1所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述上型铸模的上部设置有保温冒口，所述保温冒口与所述上型内铝圈之间设置有填充料，所述填充料上部设置封盖。

9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述下砂衬通过定位结构设置形成轮毂孔的中芯，所述中芯上设有支撑柱，所述支撑柱的上顶面与雨淋浇口的下底面配合。

10.根据权利要求9所述的铸造火车车轮的铸模，其特征在于，所述雨淋浇口上开设有作为浇注通道的雨淋孔，所述雨淋浇口中心开设有补缩通道。

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