CN103313811A - 用于制造车轮的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种制造车轮的系统，其包括：包括内上模壁的上模部分和包括内下模壁的下模部分。所述内上模壁和所述内下模壁至少部分界定轮腔的周长边界。所述轮腔包括：腔中心部分，其被构造来在所述腔中心部分中的熔融合金凝固后形成车轮的轮心部分；腔板部分，其被构造来在所述腔板部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的轮板部分；和腔凸缘部分，其被构造来在所述腔凸缘部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的车轮凸缘部分。所述系统包括定位在所述轮腔内并邻近于所述腔凸缘部分的冷却组件。所述冷却组件被构造来提供所述轮腔中的熔融合金从所述腔凸缘部分朝向所述腔板部分的方向性凝固。

Description

用于制造车轮的方法和系统

相关申请

本申请要求2011年1月7日申请的标题为Method and System forManufacturing a Wheel的第61/430738号美国临时申请的优先权。

技术领域

本公开内容涉及车轮，且更特定来说涉及用于制造车轮（诸如轨道车轮）的方法和系统。

发明背景

制造轨道车轮的传统方法已经包括石墨模具，熔融合金浇灌到石墨模具中来铸造车轮。石墨模具中的砂背衬可充当绝缘体以提供所要凝固。如果砂背衬在模具中移动，那么可能产生不一致性。在制造过程中使用石墨模具还可能是非常昂贵的。

发明概要

本公开内容的教示涉及一种制造车轮的系统和方法。根据一个实施方案，一种用于制造车轮的系统包括：包括内上模壁的上模部分和包括内下模壁的下模部分。所述内上模壁和所述内下模壁至少部分界定轮腔的周长边界。所述轮腔包括：腔中心部分，其被构造来在所述腔中心部分中的熔融合金凝固后形成车轮的轮心部分；腔板部分，其被构造来在所述腔板部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的轮板部分；和腔凸缘部分，其被构造来在所述腔凸缘部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的车轮凸缘部分。所述系统包括定位在所述轮腔内邻近于所述腔凸缘部分的冷却组件。所述冷却组件被构造来提供所述轮腔中的熔融合金从所述腔凸缘部分朝向所述腔板部分的方向性凝固。

根据另一实施方案，提供一种制造车轮的方法，其包括：将冷却组件定位在轮腔内。所述轮腔包括至少部分由上模部分的内上模壁和下模部分的内下模壁界定的周长边界。所述轮腔包括：腔中心部分，其被构造来在所述腔中心部分中的熔融合金凝固后形成车轮的轮心部分；腔板部分，其被构造来在所述腔凸缘部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的车轮凸缘部分；和腔凸缘部分，其被构造来在所述腔凸缘部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的车轮凸缘部分。所述冷却组件被构造来提供所述轮腔中的熔融合金从所述腔凸缘部分朝向所述腔板部分的方向性凝固。所述方法包括用定位所述轮腔中的冷却组件关闭所述上模部分和所述下模部分，且用熔融合金至少部分填充所述轮腔。所述熔融合金凝固以形成所述车轮。

特定实施方案的技术优点可以包括使用可减少制造成本的绿砂模具。特定实施方案的另一技术优点是围绕模腔的凸缘部分使用冷却件来提供腔中的熔融合金的所要方向性凝固。特定实施方案的额外技术优点是使用瓦盆、一个或多个过滤器或组合两者来从熔融合金移除内含物。使用瓦盆、一个或多个过滤器或两者还可在熔融合金进入铸造腔时减少熔融合金中的涡流。一些实施方案的另一技术优点是邻近于轮腔的腔凸缘部分使用立管来减小车轮凸缘部分中的多孔性。在特定实施方案中，立管破碎机核心可定位为邻近于立管来减小立管在与铸轮的附接点处的直径，其可利于立管的移除。

本领域技术人员将从下文的图、描述和权利要求书中容易地明白其它技术优点。而且，虽然上文已列举了具体优点，但是不同实施方案可包括所列举的优点的全部、一些或根本不包括所列举的优点。

附图简述

将从结合附图进行的详细描述中明白对特定实施方案的更全面理解，其中：

图1是根据特定实施方案的车轮制造总成的横截面图；

图2是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的部分透视图；

图3是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的另一部分透视图；

图4是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的另一部分透视图；

图5是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的另一部分透视图；和

图6是根据特定实施方案的车轮制造总成的过滤系统的透视图。

具体实施方式

图1是根据特定实施方案的车轮制造总成的横截面图。制造总成10包括上模20和下模24，熔融合金（诸如液态钢）被浇灌到上模20和下模24中以制造铸造轨道车轮。所述上模和所述下模包括当所述上模和所述下模对齐并且一起关闭时产生的铸造腔27。铸造腔27的内壁可使用模型和高压工艺在模具中产生腔而形成。壁至少部分界定腔的表面，熔融合金浇灌到腔内并且凝固用于制造车轮。在所示实施方案中，上模20和下模24两者包括绿砂22，绿砂22可包括砂、水和/或粘土的组合。绿砂22可被视为绿色，这是因为其在一些实施方案中不被烘烤（例如，不存在化学接合并且不被加热或处理）。其它实施方案可使用其它合适材料（诸如其它类型的砂）以组成所述上模和所述下模。形成在上模20和下模24中的铸造腔包括用于形成车轮的板区段的板部分62、用于形成车轮的凸缘区段的凸缘部分64和用于形成车轮的中心区段的中心部分65。

制造总成10还包括铸道30、核心32、立管套筒36、浇口区段34、上冷却件40和下冷却件44。铸道30容纳用于轨道车轮的熔融合金。在特定实施方案中，铸道30由上模和下模支撑且可不由核心32支撑。在特定实施方案中，核心32包括树脂接合砂。核心32用于在熔融合金围绕核心凝固时形成车轮中的中心圆形腔。立管套筒36使由液态合金在向下流过较低上模腔和下模腔后凝固所形成的立管部分37绝缘。浇口区段34使用模型被构造到下模24中并且在液态合金向下流过铸道30并进入由上模20和下模24产生的铸造腔27中时容纳液态合金。在特定实施方案中，浇口区段34可包括四个内浇口，每个分开约90度，液态金属或合金可流过内浇口进入铸造腔27。所示实施方案使用顶部浇口系统，所述顶部浇口系统允许熔融合金在总成10的顶部进入以利于从铸造腔底部到顶部的方向性凝固。其它实施方案可使用其它类型的浇口系统。

上冷却件40和下冷却件44通常为圆形且包围上模腔和下模腔的凸缘部分64。在特定实施方案中，冷却件可包括一件或两个半件，一个半件在上模中且另一个半件在下模中。两个半件可由销和衬套（或其它合适的组件）连接并作为一件放置到下模中。冷却件可由钢、石墨或其它合适的金属或材料制成。冷却件通过帮助确保液态合金从腔外部（例如，凸缘部分）朝向内部（例如，朝向板部分）凝固而辅助提供所要的方向性凝固。如果车轮的板部分要在凸缘部分之前凝固，那么热点将被隔离在车轮的凸缘部分中且可能在铸造件中产生不想要的孔。一些传统的制造轨道车轮的方法使用具有砂背衬的石墨上模和下模以充当绝缘体，这是因为石墨模具充当冷却件。然而，这种方法可能提供不一致的铸造。仅在腔的凸缘部分处使用绿砂和金属或石墨冷却件增大一致铸造的可能性。此外，由绿砂模型产生铸造腔（与使用放置到腔中的背衬相反）的事实由于将维持腔且不处理可能产生不一致性的另一组件而减小不一致性。在特定实施方案中，所用的冷却件可在模具中固定且可重复使用以在相同模具中铸造多个车轮。

当制造铸轮时，熔融合金向下流过铸道30并在流过浇口系统34的内浇口后进入铸造腔27，如图1中的箭头80所描绘。合金流出到铸造腔的凸缘部分64并向上回流经过立管套筒36。由于上冷却件40和下冷却件44，熔融合金首先在凸缘部分中凝固，且接着在从外部到内部方向凝固。可在制造过程中加工铸造件来完成车轮的制造。例如，在特定实施方案中，在固态金属从模具移除后剩余的金属立管部分37可通过加工去除。

图2是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的部分透视图。图2的车轮制造总成100类似于图1的车轮制造总成10。车轮制造总成100包括插入核心120中的铸道110。在一些实施方案中，铸道110由上模或下模支撑，且在其它实施方案中，铸道110可接触核心120的内部圆柱形腔的内壁的模制瓦和/或由所述模制瓦支撑。在本实施方案中，在熔融合金流过铸造腔后，立管套筒124使核心120与熔融合金绝缘。另一立管套筒134含有立管金属130，在特定实施方案中，所述立管金属130可在铸造后通过加工去除。总成100还包括内浇口140，所述内浇口140可为下模中产生的多个浇口中的一个（例如，在一些实施方案中为四个），熔融合金通过内浇口流入铸造腔中。冷却件以上半件150和下半件154示出。熔融合金的凝固形成车轮铸造160。线156示出形成在上模与下模之间的划分线。

图3是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的另一部分透视图。图3的制造总成200类似于图1和图2的各自制造总成10和100，但还包括额外套筒220以使车轮铸造的板部分绝缘来帮助确保板部分在铸造件的内部分之前（但在外凸缘部分之后）凝固。

图4是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的另一部分透视图。图4的制造总成300类似于图1、图2和图3的各自制造总成10、100和200，但还包括瓦盆310和过滤器320。瓦盆310被构造在下模中并在熔融合金向下流过铸道330（如箭头350所描绘）且到由所述上模和所述下模所产生的铸造腔340中时容纳熔融合金。

瓦盆310包括内浇口360，熔融合金通过所述内浇口360进入铸造腔。在特定实施方案中，瓦盆310由一个或多个陶瓷瓦构造。瓦盆310帮助防止下模的腐蚀并在熔融合金进入铸造腔时辅助提供所要的熔融合金层流。在不具有瓦盆的实施方案中，熔融合金进入铸道并朝向铸造腔前进时的压力和速度可能导致涡流增大且合金中的内含物增多。

过滤器320有助于减少熔融合金进入铸造腔时由熔融合金承载的内含物并减小涡流。过滤器320被设计为经受熔融合金的温度。在一些实施方案中，瓦盆310容置直接定位为与铸道330对齐的过滤器。在特定实施方案中，过滤器容置为直接邻近于包括内浇口360的每个浇口。在一些实施方案中，瓦盆容置与铸道330对齐的过滤器以及邻近于内浇口360的过滤器。瓦盆还可容置呈替代构造的过滤器320。不同实施方案可使用在任何特定位置中或呈任何特定构造的任何数量的过滤器。一些实施方案中所使用的过滤器可包括聚苯乙烯泡沫或海绵状材料且可为任何合适形状或构造。

图5是根据特定实施方案的车轮制造总成的组件的另一部分透视图。图5的车轮制造总成400类似于图1、图2、图3和图4的各自的车轮制造总成10、100、200和300，但包括立管部分410、立管套筒412和破碎机核心420。

立管套筒412使立管部分410绝缘，所述立管部分410由熔融合金流出通过铸造腔并向上回流通过立管套筒412后凝固而形成。立管部分410可在邻近的腔凸缘部分凝固后凝固，其通过在熔融合金凝固时提供熔融合金到腔凸缘部分而辅助减少铸轮的车轮凸缘部分的多孔性。在所示实施方案中，邻近于腔凸缘部分沿着腔板部分的周长放置立管套筒412。这种构造可能允许凝固期间熔融合金的更均匀分布且可增加避免车轮凸缘部分的区段中的铸造不规则性的可能性。其它实施方案可使用呈替代构造的一个或多个立管套筒412。

破碎机核心420定位在立管套筒412和立管部分410的基座上，邻近于轮腔的腔凸缘部分和腔板部分。在特定实施方案中，破碎机核心420包括树脂固化砂，诸如3部件树脂固化砂，其包括通过酚醛胺基甲酸酯工艺制成的硅砂。破碎机核心减小立管部分在其附接到铸轮的地方的直径。立管部分可通过用锤子或其它仪器敲击，导致破碎机核心和邻近的立管掉落留下合金块而移除。在移除破碎机420和立管部分410后留下的合金块可在制造过程中被加工去除以完成车轮的制造。移除合金块与全直径立管相比可能需较少加工且可帮助维持铸轮的轮板部分的轮廓。不同实施方案可结合以任何合适构造配置的总成的立管中的全部或一些使用任何合适数量的破碎机核心。

图6是根据特定实施方案的车轮制造总成的过滤系统的透视图。图6的过滤系统500可用作本文关于不同实施方案描述的过滤器，诸如图4的过滤器320。过滤系统500包括过滤器510和传送带530。熔融合金进入过滤系统500并在过滤器510之间产生的内部传送带空间中，经过过滤器，且接着进入车轮铸造腔（由箭头520描述）。过滤系统500帮助减少由熔融合金承载的内含物并在合金进入铸造腔之前利于合金的层流。在一些实施方案中，过滤系统可包括更多或更少的过滤器，且所述过滤器可被构造来产生任何合适形状的内部空间。不同实施方案可使用一个或多个过滤系统，且所述一个或多个过滤系统可关于车轮铸造腔定向在任何合适位置。在一些实施方案中，可使用无外传送带的类似的过滤系统，且在其它实施方案中，可使用其它类型的传送带。

在不同实施方案中，铸造腔可定向在上模和下模中使得轮板腔相对于上模凸出或凹入。所示实施方案使用相对于上模凹入的铸造腔。在本实施方案中，立管套筒412定位在上模中并邻近于腔板部分和腔凸缘部分使得立管部分410将沿着车轮的轮板部分邻近于车轮的车轮凸缘部分形成。所示实施方案中上模中的腔板部分的曲率利于邻近于轮腔的腔板部分的凹入侧形成立管部分410。其它实施方案可使用其它放置。

虽然已经参考特定实施方案描述了本发明，但是应了解可于此可作出各种其它改变、替代及变更而不违背本发明的精神和范畴。例如，虽然已经参考包括在车轮制造总成内的大量元件描述了本公开内容的特定实施方案，但是这些元件可组合、重新配置或定位以适应特定铸造要求或需求。例如，轮腔部分可在模具内加以不同地构造且铸造腔可以凹入或凸出方式或以任何其它有利的方式定向在模具内。在特定实施方案中，熔融合金可经由定位在核心组件内的铸道（被构造来具有包括任何合适构造的任何数量的内浇口的浇口系统的铸道），或经由替代配置进入铸造腔，且可从任何方向进入上模和下模内。在不同实施方案中，上模或下模可由绿砂或其它材料构造。模具可包括冷却组件，所述冷却组件可包括钢、石墨、其它金属或合金、或其它材料且可提供轮腔中的所要方向性凝固。此外，在一些实施方案中，可邻近于轮腔或车轮制造总成的任何部分使用绝缘体来在凝固期间辅助控制温度。在特定实施方案中，立管可定位为邻近于轮腔或车轮制造总成的任何部分并以任何构造配置以在铸轮凝固时提供熔融合金给轮腔。还可邻近于任何数量的立管采用立管破碎机核心来减小立管和铸轮之间的附接点的直径。在一些实施方案中，一个或多个过滤器可定位在上模或下模内以在熔融合金进入铸造腔之前减少熔融合金中内含物。瓦盆还可被构造来减少熔融合金中的内含物。在特定实施方案中，过滤器和瓦盆可一起使用。此外，在一些实施方案中，瓦盆可定位在铸造模具内以减小铸造腔中涡流。在特定实施方案中，过滤器还可以任何数量和任何构造配置以减少熔融合金中的涡流。在一些实施方案中，瓦盆和一个或多个过滤器可联合使用来辅助减小涡流并维持层流。

不同实施方案涵盖车轮制造总成以及其组件的配置的极大灵活性。此外，虽然已经关于制造轨道车轮描述了一些实施方案，但是可使用特定实施方案来制造其它类型的铸轮。

Claims (23)

1.一种车轮制造系统，其包括：

上模部分，其包括内上模壁；

下模部分，其包括内下模壁；

所述内上模壁和所述内下模壁至少部分界定轮腔的周长边界，所述轮腔包括：

腔中心部分，其被构造来在所述腔中心部分中的熔融合金凝固后形成车轮的轮心部分；

腔板部分，其被构造来在所述腔板部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的轮板部分；和

腔凸缘部分，其被构造来在所述腔凸缘部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的车轮凸缘部分；和

冷却组件，其定位在所述轮腔内并邻近于所述腔凸缘部分，所述冷却组件被构造来提供所述轮腔中的熔融合金从所述腔凸缘部分朝向所述腔板部分的方向性凝固。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述上模部分和所述下模部分包括绿砂。

3.根据权利要求1所述的系统，其还包括定位在所述上模部分和所述下模部分内的核心组件，所述核心部分被构造来在所述熔融合金凝固后在所述车轮中界定圆柱形孔。

4.根据权利要求3所述的系统，其还包括定位在所述核心组件内的铸道，所述铸道被构造来容纳熔融合金以使熔融合金在进入所述轮腔之前向下流过所述铸道。

5.根据权利要求1所述的系统，其还包括浇口区段，所述浇口区段包括被构造来将熔融合金引导到所述轮腔中的一个或多个内浇口。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却组件包括石墨。

7.根据权利要求1所述的系统，其还包括邻近于所述腔板部分的绝缘套筒。

8.根据权利要求1所述的系统，其还包括定位在所述下模部分内并邻近于所述腔中心部分的瓦盆。

9.根据权利要求8所述的系统，其还包括定位在所述瓦盆内的至少一个过滤器，所述至少一个过滤器被构造来在所述熔融合金进入所述腔中心部分之前减少所述熔融合金中的内含物。

10.根据权利要求1所述的系统，其还包括定位在所述下模部分中的至少一个过滤器，所述至少一个过滤器被构造来在所述熔融合金进入所述腔中心部分之前减少所述熔融合金中的内含物。

11.根据权利要求1所述的系统，其还包括：

至少一个立管破碎机核心，其定位为邻近于所述腔凸缘部分；和

立管套筒，其定位为邻近于所述至少一个立管破碎机核心中的每一个，每个立管套筒被构造来使邻近于所述轮腔的所述腔凸缘部分的各立管部分绝缘。

12.一种制造车轮的方法，其包括：

将冷却组件定位在轮腔内，所述轮腔包括至少部分由上模部分的内上模壁和下模部分的内下模壁界定的周长边界；

所述轮腔包括：

腔中心部分，其被构造来在所述腔中心部分中的熔融合金凝固后形成车轮的轮心部分；

腔板部分，其被构造来在所述腔板部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的轮板部分；和

腔凸缘部分，其被构造来在所述腔凸缘部分中的熔融合金凝固后形成所述车轮的车轮凸缘部分；

所述冷却组件被构造来提供所述轮腔中的熔融合金从所述腔凸缘部分朝向所述腔板部分的方向性凝固；

用定位在所述轮腔中的所述冷却组件关闭所述上模部分和所述下模部分；且

用熔融合金至少部分填充所述轮腔，所述熔融合金凝固以形成所述车轮。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述上模部分和所述下模部分包括绿砂。

14.根据权利要求12所述的方法，其还包括将核心组件定位在所述上模部分和所述下模部分内，所述核心部分被构造来在所述熔融合金凝固后在所述车轮中界定圆柱形孔。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括将铸道定位在所述核心组件内，所述铸道被构造来容纳熔融合金以使熔融合金在进入所述轮腔之前向下流过所述铸道。

16.根据权利要求12所述的方法，其还包括形成浇口区段，所述浇口区段包括被构造来将熔融合金引导到所述轮腔中的一个或多个内浇口。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述冷却组件包括石墨。

18.根据权利要求12所述的方法，其还包括将绝缘套筒定位为邻近于所述腔板部分。

19.根据权利要求12所述的方法，其还包括在所述下模部分内并邻近于所述腔中心部分形成瓦盆。

20.根据权利要求19所述的方法，其还包括将至少一个过滤器定位在所述瓦盆内，所述至少一个过滤器被构造来在所述熔融合金进入所述腔中心部分之前减少所述熔融合金中的内含物。

21.根据权利要求12所述的方法，其还包括将至少一个过滤器定位在所述下模部分中，所述至少一个过滤器被构造来在所述熔融合金进入所述腔中心部分之前减少所述熔融合金中的内含物。

22.根据权利要求12所述的方法，其还包括：

将至少一个立管破碎机核心定位为邻近于所述腔凸缘部分；和

将立管套筒定位为邻近于所述至少一个立管破碎机核心中的每个，每个立管套筒被构造来使邻近于所述轮腔的所述腔凸缘部分的各立管部分绝缘。

23.一种轨道车轮，其包括：

在轮腔的腔中心部分中的熔融合金凝固后所形成的轮心部分；

在所述轮腔的腔板部分中的熔融合金凝固后所形成的轮板部分；和

在所述轮腔的腔凸缘部分中的熔融合金凝固后所形成的车轮凸缘部分；

其中所述轮腔至少部分由上模部分的内壁和下模部分的内壁界定；且

其中所述轮腔包括定位在所述轮腔内并邻近于所述腔凸缘部分的冷却组件，所述冷却组件被构造来提供所述轮腔中的所述熔融合金从所述腔凸缘部分朝向的所述腔板部分的方向性凝固。

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