CN103998319A - 用于有轨车辆车钩推铁的铸造工艺 - Google Patents

Abstract

一种铸造用于有轨车辆车钩的至少一个推铁的方法包括：制造模具盒，该模具盒垂直分为两个半部，每个半部限定至少一个推铁型腔的一侧并且包括在所述至少一个推铁型腔的上方的位置处的浇口的至少一部分，所述至少一个推铁型腔也垂直放置；在所述模具垂直放置时通过所述浇口将熔融金属浇入所述模具盒并且使所述熔融金属进入所述至少一个推铁型腔；以及在所述至少一个推铁冷却后摇动所述模具盒以释放所述至少一个推铁。产生所述模具盒可以通过冷壳工艺。所述模具盒的半部可包括两个推铁型芯的侧边的反射图像并且进模口连接在所述浇口和所述两个推铁型芯之一之间，以便熔融金属穿过各所述进模口进入所述两个推铁型腔的对应轮毂，同时铸造两个推铁。

Description

用于有轨车辆车钩推铁的铸造工艺

引用在先的申请

本申请要求2011年9月30日提交的、美国专利申请第13/250,148号的权益，通过本次引用并入该申请文献的公布内容的全部。

技术领域

本实施方式总体涉及铁路车钩领域，并且更为具体而言，涉及车钩推铁的铸造，产生优质推铁。

背景技术

砂型铸造是早期铸造形式之一，主要用于铸造有轨车辆车钩的本体、钩舌和钩锁。它的广泛使用是由于所需的成本低且材料简单。砂型铸件或砂模铸件是通过下述工艺产生铸造部件：（1）将模型放置在砂中制造模具，该模具并入有浇注系统；（2）移除模型；（3）向模具型腔填充熔融金属；（4）使金属冷却；（5）脱离砂模型具并且移走铸件（也称为振动脱砂过程）；以及（6）对所述铸件抛光，其可包括焊缝修护、打磨、机械加工和/或热处理操作。

在砂型铸造中，设备的主要部件是模具，模具包括数个元件。模具分为两个半部—沿模缝线会合的上型部（上半部分）和下型部（下半部分）。砂子混合物围绕形成模具型腔的母“模型”进行装填，其中所述母“模型”是铸造的形状的印模。砂子通常包裹在称为砂箱的铸机内，所述砂箱用于容纳砂子，为没有底部或盖的箱子。砂子混合物可以在添加时夯实和/或有时震动最终的模具组件来压实砂子并且填充模具中任何不想要的空隙。砂子可以通过手工装填，但是用压力或冲击的机器确保砂子的平坦装填并且需要的时间非常少，从而提高生产率。移走模型，留下模具型腔。若需要可添加型芯，并且将上型部放置于下型部的顶部。

除了铸件的外部特征和内部特征之外，其他特征并入模具以适应熔融金属的流动。熔融金属浇入浇池，浇池是砂模顶部上的大凹口。熔融金属漏斗似地流出此浇池的底部并且向下进入主通道，称为浇口(或下浇口)。浇口与一系列通道连接，所述通道称为运载熔融金属进入型腔的浇道。在每个浇道的端部，熔融金属通过控制流速和最小化扰动的模口（或进模口）进入型腔。填充有熔融金属的称为冒口的腔室通常与浇道系统连接。冒口在固化期间提供额外的金属源。当铸件冷却时，熔融金属收缩并且进模口和冒口内的额外金属运动以在需要时回填入型腔。流过所有通道（浇口、浇道、和冒口）的熔融金属将附着至铸件固化并且在其移走后与所述部件分离。熔融金属浇入模具型腔，并且在它冷却和固化之后，将铸件与砂模分离。

因为车钩推铁是相对较小的、简单的部件，历史上此部件通常为锻造，而非铸造。

附图说明

参考下面的附图和描述可以更好地理解本系统。附图中的元件不必须按比例，而是将重点放在图示本发明的原理上。而且，在附图中，相似的附图标记指代不同视图中相应的部件。

图1是包括推铁（未示出，但位于车钩的内侧）的铸造的铁路车钩的透视图。

图2是用于形成图1中的铁路车钩的车钩组件的透视分解图。

图3是制造用于铸造两个推铁（例如，图2中的推铁）的模具的模型的透视图。

图4是由图3中的模型制成的两个模具半部的透视图。

图5是准备用于图4的同时铸造两个推铁的模具半部的立体透视图。

图6是图5中模具半部的分解图，所述模具半部分离以释放出所铸造的推铁。

具体实施方式

在一些情形下，熟知的结构、材料或操作不详细显示或不详细描述。而且，所描述的特征、结构或特点可以在一个或一个以上实施方式中以任何合适的方式结合。还容易理解，在本文的附图中概括描述和图示的本实施方式的元件可以以多种各式各样的不同结构进行布置和设计。

美国铁路协会（The Association of American Railroads，AAR)车钩100，在图1中示出，是各部件的组件，对于车钩组件而言，所有这些部件要求以精确的方式相互作用以正常操作和获得最优的部件寿命。操作状态包括锁上、解锁、和锁定。由于车钩部件在车钩的使用寿命期间经常更换，部件的互换必须保持用于正常操作的适当的接口尺寸。因此，控制车钩部件的尺寸容差有助于确保正常操作。

车钩在服务操作中还传送牵引和推动有轨车辆的纵向力。这些力可具有相当大的幅度——通常好几十万磅——并且要求精确控制穿过车钩组件的力的荷载路径。根据AAR规范M-211，对于钩舌的设计荷载达到650,000磅，对于车钩本体的设计荷载达到900,000磅。均匀负载有助于确保磨损模式均匀并且进而确保更为均匀的荷载分布。最后，车钩的强度及其疲劳寿命可防止部件的过早失效，这受尺寸容差一致性直接影响，并因此受均匀荷载分布的水平直接影响。

图2显示了铁路车钩组件200的主要部件，包括本体204、钩舌208、钩舌销212，推铁216、钩锁220、以及锁提销224。对于这些主要部件，钩舌208和本体204通常使用铸造工艺（例如，湿砂铸造）生产。由于其尺寸较小，钩锁220、推铁216、和锁提销224组件可以通过各种方法（例如，铸造或通过锻造）制造。如本文公开，推铁216还可以通过砂型铸造工艺制造或者通过是壳模法的一般分类中的一部分的冷壳技术制造。可以使用的一种冷壳成型包括型芯系统。通过冷壳或非烘烤工艺的铸造相对于湿砂铸造具有一定的优势。这些优势包括具有更好的（更为平滑的）光洁度、更严格尺寸容差和出自同一模具的部件的一致性更高。这些优势意味着所生产的推铁不需要经历如对以前铸造的或锻造的推铁那样对推铁的耳轴或其他部件进行机械加工操作。另外的优势在由本公布的受让人拥有的相关申请中有详细描述，2010年1月11日提交的、专利申请序列号为12/685,346、题为“Use of No-Bake MoldProcess to Manufacture Railroad Couplers”（代理卷号为：13418-36），在此通过引用其全部并入本文。

在锁上和解锁操作过程中，钩舌208围绕钩舌销212的轴旋转。钩舌尾部228在锁上和解锁操作期间必须在钩锁220上的钩舌搁座232下方通过。所述钩锁在锁上和解锁操作期间必须在本体204的锁腔236内向下和向上移动。而且，在锁定期间，钩锁220必须在本体的锁腔236内向上移动以便锁腿244上的锁定座240精确地放置在推铁216的锁腿座248上。推铁216还包括钩舌驱动腿249、耳轴251和轮毂252，其中轮毂252位于推铁216的中间并邻近耳轴251。锁腿座248包括锁驱动表面253。

车钩组件200的部件，包括推铁216，应具有精确的尺寸特征以确保操作成功。尺寸特征越好，操作越平滑。尺寸变化越大，操作越粗糙，如果足够大，部件会阻塞并且车钩可能会不能工作。平滑表面抛光也有助于操作成功，这通过砂型铸造的使用得到改进，而且使用无烘烤壳模铸造或冷壳模铸造得到甚至更大的改进。如果部件的容差太大，当钩舌208相对于本体204和钩锁220旋转时会发生干扰。这种干扰可导致使锁上和解锁车钩的操作困难的粘结状况。在一些情形下，相关部件尺寸的极端容差可导致车钩无法工作和/或不能互换部件。

图3显示了制造用于铸造两个推铁216（例如，图2中的推铁216）的模具（图4）的模型300。模型300可包括两个半部301、311，包括铸造两个推铁的推铁型腔的两个面的反射图像。模型300可只包含该模型的每个半部的一个面来铸造单个推铁，但图2显示的模型300可使模具从同一模具中同时铸造两倍多的推铁。更为具体而言，第一半部301包括限定第一推铁型腔的一部分的面303a和限定第二推铁型腔的一部分的面313b。第二半部311包括限定第一推铁型腔的另一部分的面303b和限定第二推铁型腔的另一部分的面313a。如果说成对的推铁型腔的推铁面303a、313b和303b、313a是对应半部301、311的彼此的反射图像，那就是说当源自模型300的模具400对半折叠时（图4）所述推铁面303a、313b和303b、313a基本匹配。当源自模型300的模具用于铸造时，所述匹配产生两个完整的推铁216，其中推铁216满足或超过尺寸容差的工业标准。

而且，模型的第一半部301包括限定杯型浇口型腔的一部分的凸起部分305，模型的第二半部311包括限定该浇口型腔的剩余部分的凸起部分315。用于浇口型腔的这些凸起部分305、315位于推铁面的上方以连接由模型300制成的模具的外表面和推铁型腔。模型半部301、311的推铁面303a、313b和303b、313a是以第一端（钩舌驱动腿249区域）在下且第二端（锁腿座248区域）在上竖直取向，在作为选择的实施方式中可以反过来取向。因此，凸起部分305、315限定了浇口型腔，所述浇口型腔在重力的帮助下将熔融金属供给至由反射的推铁面限定的推铁型腔。这有助于使用由模型300制成的模具铸造推铁；熔融金属平稳流动以在填满第二端之前填满推铁型腔的（距离浇口型腔最远的）第一端。

此外，模型300的第一半部301可包括成角度的压痕307，所述成角度的压痕307限定接收来自浇口的熔融金属并且将熔融金属供给至推铁型腔的轮毂的第一进模口。模型300的第二半部311可包括成角度的压痕317，所述成角度的压痕317限定接收来自浇口的熔融金属并将熔融金属供给至（所述两个推铁型腔中的）另外一个推铁型腔的轮毂的第二进模口。成角度的压痕307、317可供给推铁型腔各自轮毂的两侧之一的平坦部分。

从冷壳系统的角度而言，在一种例子中，模具盒是竖向或横向地分成两个分离的半部并进行吹制，不作为一整块，但作为同一模具盒内的单个半部。砂子可以混合并填充（吹入）使用模型300的盒型腔内，随后使用胺气固化。在另外的例子中，如本领域已知的，模具可以在不使用模具盒的情形下进行模塑。在砂子与金属的重量比为0.9:1的条件下，模具的设计是非常有效的。在固化工艺完成之后，将模具400（图4）的两个半部401、411驱出至输送带上——或下推至轨道——用于进行后续的处理。一旦两个半部401、411完成，对各个半部进行清洁并使用小弹簧夹或弹簧压板（未示出）来将各个半部竖向夹紧以固定在一起。

图4示出了模具400，模具400包括由图3的模型制成的两个模具半部401、411，其中所述模型包括用以铸造两个推铁216的推铁型腔的两侧的反射图像。图5示出了图4的模具半部401和411折叠在准备用于铸造两个推铁的模具500内。如果模型300仅限定单个推铁，那么模具400将仅形成单个推铁型腔，这可以由类似于将模具400穿过中心对半切割所形成的模具来实现。在图4和图5显示的实施方式中，模具400、500包括两个推铁型腔，使用所述两个推铁型腔铸造两个推铁216。基于本发明的公布内容可制成额外的模具，用作同时铸造两个以上推铁216。

更为具体而言，模具的第一半部401、501包括第一推铁型腔503的面403a和第二推铁型腔513的面413b。模具的第二半部411、511包括第一推铁型腔503的另一面403b和第二推铁型腔513的另一面413a。模具的第一半部401、501还包括杯形浇口型腔505的一部分405，模具的第二半部411、511包括所述浇口型腔505的剩余部分415。模具400的第一半部401和第二半部411各自还分别包括成角度的进模口407/507、417/517，所述成角度的进模口将浇口505与对应的推铁型腔503和513连接。作为选择，在另外的实施方式中，进模口407、417和507、517可补给各自推铁型腔513和503的另一部分。进模口407、417和507、517可以形成为便于它们接入对应各推铁型腔403、413和503、513的轮毂252。

进一步参考图5，熔融金属沿箭头520进入，穿过浇口505。浇口在将熔融金属以漏斗式直接汇入推铁型腔503、513过程中和在固化期间提供额外金属源中充当铸造的冒口。因此，打开的冒口提供了补偿收缩的金属源并且通过方便金属流动以防止过早固化。熔融金属穿过进模口507、517来填满对应的推铁型腔503、513，在填充第二端（锁腿座248区域）之前填充第一端（钩舌驱动腿249区域）。当然，推铁型腔503、513可以相对于所显示那样的颠倒取向，这样第二端在第一端之前填满。进模口507、513可填料至推铁型腔503、513的轮毂252。轮毂252对应推铁型腔503、513的位于其第一端和第二端之间的中心部分。

垂直浇注允许最佳的定向固化，因为模具500会用熔融金属从底到顶对其自身进行填料。熔融金属流至模具500的底部，在此处熔融金属开始填满推铁型腔503、513，从推铁腿219的末端开始，一旦形成推铁形状的整个型腔填充完，熔融金属沿路返回至浇口505（或冒口）。由于首先向推铁腿249的底部末端处填充金属，因而金属会首先冷却形成由模具提供的精确尺寸。固化过程沿返回至浇口505（或冒口）的路径发生，在浇口505处熔融金属会保持非常高的温度直至整个推铁模具被填充。推铁不会存在在底部末部之上首先固化的部分（该部分由于其固化会阻止熔融金属供给至推铁模具）。由于固化的最后区域出现在铸件的顶部，顶部的浇口505（或冒口）继续对正在被铸造的推铁216填料。这是用于铸造的部件的浇注和固化的理想顺序。

尽管图6示出了图5中的模具半部501、511被分离以释放铸造的推铁，但实际中模具半部501、511不会如图示那样干净利索地分离，而需要振动以释放砂子并将其留下。结果是两个推铁216通过被填充的进模口607和617在所述推铁各自的轮毂252处接合并且存在填充后的浇口605。填充的进模口607和617以及浇口605从两个推铁216移走，进行喷砂清理以清洁推铁216。若需要，可以对推铁216热处理并进行二次喷砂清理。由本文公开的工艺产生的推铁216满足AAR标准容差并且不需要进行机械加工（例如，对于通过锻造或采用湿砂工艺的铸造生产的推铁216，通常要对耳轴进行机械加工）。

本文所用的术语和描述是作为举例说明而提出并且不意味着限制。本领域技术人员会意识到在不脱离所公开的实施方式的基本原则的情形下可以对上述实施方式作出多种变化。例如，方法的步骤不需要以特定的顺序执行，除非特别指出，尽管这些步骤在本说明书中以那样的顺序描述。因此，本发明的范围应当仅由权利要求（及其等同体）确定，权利要求中的所有术语应以其最宽泛合理意义进行理解，除非另有说明。

Claims (19)

1.一种用于有轨车辆车钩的推铁，所述推铁是通过包括用于产生铸造所述推铁所使用的模具的冷壳工艺的铸造工艺制成，所述推铁具有在所述推铁投入使用之前不需要对耳轴进行机械加工的表面光洁度和尺寸容差。

2.一种用于铸造用于有轨车辆车钩的至少一个推铁的方法，包括：

制造竖向分离成半部的模具盒，每个半部限定至少一个推铁型腔的一面并且包括位于所述至少一个推铁型腔的上方的位置处的浇口的至少一部分，所述至少一个推铁型腔也竖直取向；

在所述模具竖直取向时通过所述浇口将熔融金属浇入所述模具盒并且使所述熔融金属进入所述至少一个推铁型腔；以及

在所述至少一个推铁冷却后抖出所述模具盒以释放所述至少一个推铁。

3.如权利要求2所述的方法，其中制造所述模具盒包括通过冷壳工艺制造所述模具盒。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述模具盒的半部包括所述两个推铁型腔的面的反射图像和连接在所述浇口和所述两个推铁型腔之一之间的进模口，以便所述熔融金属穿过各进模口进入所述两个推铁型腔各自的轮毂，从而同时铸造所述两个推铁。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述进模口从所述浇口成角度地延伸进入各推铁型腔的轮毂。

6.如权利要求2所述的方法，其中所述模具的砂子与金属的重量比为约0.9:1或更好。

7.一种通过权利要求2所述的方法产生的用于有轨车辆车钩的推铁，所述推铁具有在所述推铁投入使用之前不需要机械加工耳轴的表面光洁度和尺寸容差。

8.一种用于铸造用于有轨车辆车钩的两个推铁的方法，包括：

制造模具盒，该模具盒包括两个竖直的半部，每个半部包括在该模具盒内竖直取向的两个推铁型腔的面的大致反射图像，每个半部还包括在该模具盒的外部表面和所述推铁型腔之间连通的浇口的至少一部分；

在所述模具竖直取向时通过所述浇口浇注熔融金属以充分填充所述两个推铁型腔；

在所述推铁冷却之后抖开所述模具盒以释放所述两个推铁。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述浇口的所述至少一部分位于所述竖直取向的推铁型腔上方，以便熔融金属在填满所述两个推铁型腔的第二端之前填满所述推铁型腔的距离所述浇口最远的第一端。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述模具盒还包括位于该模具盒内每个半部的进模口，每个进模口连接在所述浇口和相应的所述推铁型腔之一之间，以便熔融金属通过各进模口进入相应的推铁型腔，从而同时铸造所述两个推铁。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述进模口成角度以将所述浇口与相应的推铁型腔各自的轮毂连接。

12.如权利要求8所述的方法，其中所述制造模具盒包括通过冷壳工艺制造所述模具盒。

13.一种通过权利要求8所述的方法产生的用于有轨车辆车钩的推铁，所述推铁具有在所述推铁投入使用之前不需要机械加工耳轴的表面光洁度和尺寸容差。

14.一种制造用于形成有轨车辆车钩的推铁的模具盒的模型，包括两个半部和浇口的至少一部分，所述两个半部基本限定至少一个推铁型腔的相应的面的反射图像，所述浇口位于所述至少一个推铁型腔的每一面的上方，所述至少一个推铁型腔以所述浇口位于所述至少一个推铁型腔上方的方式竖直取向以便所述模具盒通过所述浇口接收熔融金属并且在填满所述至少一个推铁型腔的第二端之前填满所述至少一个推铁型腔的距离所述浇口最远的第一端。

15.如权利要求14所述的模型，其中所述两个半部基本限定两个推铁型腔的面的反射图像，从而能够同时铸造两个推铁。

16.如权利要求15所述的模型，其中翻转各推铁的反射图像以便一个推铁型腔关于平分所述浇口的垂直线与另一推铁型腔对置。

17.如权利要求15所述的模型，其中所述两个半部的每个半部还限定了与所述推铁型腔之一对应的进模口，所述进模口连接在所述浇口和所述推铁型腔之间。

18.如权利要求17所述的模型，其中各相应的进模口成角度以对所述相应的推铁型腔的轮毂填料。

19.如权利要求15所述的模型，还包括限定在各半部内的成角度的压痕，各成角度的压痕对应将所述浇口与所述推铁型腔之一连接的进模口。