CN105665642A - 轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮装制动盘的制造方法，包括以下步骤：制作铸造装置，制作型芯，合箱，熔炼浇注，打箱落砂并清理，对铸件进行粗加工、热处理和精加工，将两个轮装制动盘对接在一起进行合体制造，形成合体铸件，再将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。本发明还涉及一种轮装制动盘的制造装置，包括浇注系统和补缩系统，所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和整流过滤装置，所述补缩系统包括冒口和补贴；还包括轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ，轮装制动盘Ⅰ与轮装制动盘Ⅱ对接在一起形成合体铸件。该制造方法和装置解决了轮装制动盘因筋板底部涂料堆积造成的缺肉、气孔、冷豆等缺陷问题，还解决了变形的问题，有利于铸件尺寸稳定。

Description

轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘

技术领域

本发明属于车辆制动系统技术领域，具体涉及一种适用于高速列车的轮装制动盘的制造方法和装置，及由此制得的轮装制动盘。

背景技术

制动盘是高速列车制动系统的核心部件，其在高速列车制动过程中起着关键作用。采用铸造方法制备的高速列车制动盘盘体，其结构和内部组织更加合理，有利于提高制动盘盘体的整体强度和散热能力，不仅使用寿命长，而且生产成本低廉，因此铸造是制备高速列车制动盘盘体最为广泛的方法。

高速列车轮装制动盘是安装在高速列车轮子上的制动盘，与盘体中间由散热筋连接两个摩擦工作面结构的轴装制动盘相比，其最大特点是只有一个摩擦工作面，另一面为由散热筋形成的散热面。

申请公布号为CN104128567A的发明专利公开了一种制动盘盘体的铸造方法和装置，其中实施例五至十三为轮装制动盘盘体的制备，首先通过计算机模拟确定浇注系统和补缩系统的位置，然后采用底返引入金属液的方式进行底浇，再制作型芯、浇注、热处理以及粗精加工。

申请公布号为CN104148587A的发明专利公开了一种制动盘盘体的铸造方法和装置，其中实施例五至十四为轮装制动盘盘体的制备，首选通过计算机模拟确定浇注系统和补缩系统的位置，然后采用底返引入金属液的方式进行串浇，再制作型芯、浇注、热处理以及粗精加工。

上述两项发明专利通过调整浇注系统和补缩系统的位置防止轮装制动盘在铸造过程中出现缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等缺陷，但是这样的单体结构在造型时不利于涂料作业的操作，筋板底部常有涂料堆积，并且该位置的涂料不容易干燥，经常造成筋板部位产生缺肉、气孔、冷豆等铸造缺陷，此类铸造缺陷至少占普通铸造方法中铸件废品的15-30%。另外该单体结构的铸件为平板类铸件，由于本身结构的原因，常常在铸造、热处理和加工过程中产生强烈变形，进而造成大量废品和校正等额外费用，变形缺陷至少占铸件废品的40-70%。因此，急需开发一种轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘，既能有效防止各类缺陷的产生又能减少变形，以适应高速列车的应用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种轮装制动盘的制造方法，包括以下步骤：

A、制作铸造装置；

B、制作型芯；

C、合箱；

D、熔炼浇注；

E、打箱落砂并清理；

F、对铸件进行粗加工、热处理和精加工；

将两个轮装制动盘对接在一起进行合体制造，形成合体铸件，再将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。

本发明的轮装制动盘的制造原理为：轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ的结构相同，均为盘形结构，且带有散热筋，该单体结构的两个轮装制动盘在制造过程中由于结构本身的原因容易产生严重变形，使得铸造生产困难；由于单体结构在造型时散热筋容易在砂型上留下盲孔，涂料很容易堆积在盲孔中，不利于涂料操作，从而影响散热筋的尺寸；同时由于堆积的涂料不易烘干，容易在散热筋部位形成气孔等缺陷；另外由于这些筋板在砂型上形成的盲孔的存在，在浇注充型过程中容易导致紊流，容易产生卷气、夹渣等缺陷。为了获得变形小、操作方便、缺陷少的轮装制动盘，先通过一个将来可去除的连接筋将轮装制动盘Ⅰ的散热筋与轮装制动盘Ⅱ的散热筋对接在一起，即将两个轮装制动盘合为一体，形成一个抗变形能力高、铸造时操作方便、浇注充型平稳的新的整体结构，该整体结构包括轮装制动盘Ⅰ、轮装制动盘Ⅱ和连接筋，然后在浇注完成后的某一合适时机通过切割去除连接筋或将整体结构在连接筋处分离，进而实现轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ的制造。本发明的制造思路适宜于铸钢、铸铁等黑色合金铸造，也适宜于铝镁合金等有色金属合金铸造。本发明的铸造思路也适用于各种工程设备等其他领域具有类似结构的产品的生产。

优选的是，通过连接筋将两个轮装制动盘对接在一起。

在上述任一方案中优选的是，所述连接筋设置在两个轮装制动盘的散热筋之间。

在上述任一方案中优选的是，在所述连接筋处将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。合体铸件分离的时机比较灵活，在热处理前、粗加工前、精加工前等工序都可以分离。

在上述任一方案中优选的是，在铸件进行粗加工前将合体铸件进行分离。

在上述任一方案中优选的是，在铸件进行热处理前将合体铸件进行分离。

在上述任一方案中优选的是，在铸件进行精加工前将合体铸件进行分离。

在上述任一方案中优选的是，采用激光切割、线切割、火焰切割、锯床切割、机床加工、砂轮切割、碳弧气刨中的任一种方式对合体铸件进行分离。

在上述任一方案中优选的是，采用底返引入金属液的方式进行底浇，其中金属液由整流过滤装置底部进入型腔。

在上述任一方案中优选的是，采用底返引入金属液的方式进行串浇，其中金属液由下一层底部进入该层型腔，待该层型腔充满后由该层补缩系统的冒口进入上一层型腔。

本发明还提供一种轮装制动盘的制造装置，用于上述任一种轮装制动盘的制造方法，其包括浇注系统和补缩系统，所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和整流过滤装置，所述补缩系统包括冒口和补贴；还包括轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ，所述轮装制动盘Ⅰ与所述轮装制动盘Ⅱ对接在一起形成合体铸件。

优选的是，所述轮装制动盘Ⅰ的散热筋与所述轮装制动盘Ⅱ的散热筋之间设置连接筋。连接筋可以看作为将相对放置的轮装制动盘Ⅰ与轮装制动盘Ⅱ之间相接触的全部散热筋延长，也可只是部分散热筋延长。更为优选的是，将相接触的散热筋全部延长，即全部散热筋之间均设置连接筋。连接筋的长度依据采用的分离方式的不同而不同。连接筋的截面形状可与连接部位的散热筋的截面形状相同，也可为其他任何合理的形状。

在上述任一方案中优选的是，所述连接筋的长度为0-100mm，这样既能保证连接作用，又能节省材料。

在上述任一方案中优选的是，所述连接筋的长度为10-30mm。

在上述任一方案中优选的是，所述冒口中心设置在合体铸件内侧壁至合体铸件几何中心的任一位置。

在上述任一方案中优选的是，所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统，所述冒口中心设置在合体铸件内侧壁至合体铸件几何中心的任一位置。

在本发明的轮装制动盘的制造装置中，补缩系统（冒口和补贴）为在铸造过程中实现补缩目的的任何合理的结构及位置，浇注系统为在铸造过程中实现引入金属液目的的任何合理的结构及位置。

本发明的轮装制动盘的制造方法和装置，简单易懂、节省成本、可批量生产；解决了轮装制动盘盘体因筋板底部涂料堆积造成的缺肉、气孔、冷豆等缺陷问题；方便了造型线涂料操作，尤其是有利于高效的流涂作业操作；解决了铸造变形的问题，有利于铸件尺寸稳定；解决了热处理变形的问题，有利于热处理时铸件尺寸稳定；解决了铸件加工尺寸变形的问题，有利于加工时铸件尺寸稳定；有利于统一轴装制动盘与轮装制动盘的生产工艺和生产组织安排。

本发明选用了适用于材料加工工程及制造领域的Magma、ProCast、NovaCast、AnyCast、Flow3D、华铸CAE、Ansys、Abaqus、Marc等模拟软件对轮装制动盘的制造技术进行有限元模拟，模拟结果显示：两个轮装制动盘的合体铸件的内部组织致密均匀，缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷极少，甚至没有缺陷，综合性能和整体质量极高。

本发明的技术方案与现有技术相比，生产效率至少提高40%，生产成本至少降低30%，特别适用于大尺寸（1000mm以上）轮装制动盘的生产制造，如机车制动系统的轮装制动盘。

本发明还提供一种轮装制动盘，由上述任一种制造方法和/或制造装置制成，所制造的轮装制动盘没有缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷，且性能各向同性，具有较高且均匀的力学性能，以及良好的动平衡性能。

附图说明

图1为按照本发明的轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘的一优选实施例的制造装置的结构示意图；

图2为按照本发明的轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘的另一优选实施例的制造装置的结构示意图；

图3为按照本发明的轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘的另一优选实施例的连接筋的截面形状示意图；

图4为按照本发明的轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘的另一优选实施例的连接筋的截面形状示意图。

图中标注说明：1-浇注系统，2-补缩系统，3-轮装制动盘Ⅰ，4-轮装制动盘Ⅱ，5-合体铸件，6-轮装制动盘Ⅰ的散热筋，7-轮装制动盘Ⅱ的散热筋，8-连接筋。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

实施例一：

以时速350km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为1000mm）为例，按照本发明的轮装制动盘的制造方法的一实施例，其包括以下步骤：

A、制作铸造装置；

B、制作型芯；

C、合箱；

D、熔炼浇注；

E、打箱落砂并清理；

F、对铸件进行粗加工、热处理和精加工；

将两个轮装制动盘对接在一起进行合体制造，形成合体铸件，再将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。

本实施例的轮装制动盘的制造原理为：轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ的结构相同，均为盘形结构，且带有散热筋，该单体结构的两个轮装制动盘在制造过程中由于结构本身的原因容易产生严重变形，使得铸造生产困难；由于单体结构在造型时散热筋容易在砂型上留下盲孔，涂料很容易堆积在盲孔中，不利于涂料操作，从而影响散热筋的尺寸；同时由于堆积的涂料不易烘干，容易在散热筋部位形成气孔等缺陷；另外由于这些筋板在砂型上形成的盲孔的存在，在浇注充型过程中容易导致紊流，容易产生卷气、夹渣等缺陷。为了获得变形小、操作方便、缺陷少的轮装制动盘，先通过一个将来可去除的连接筋将轮装制动盘Ⅰ的散热筋与轮装制动盘Ⅱ的散热筋对接在一起，即将两个轮装制动盘合为一体，形成一个抗变形能力高、铸造时操作方便、浇注充型平稳的新的整体结构，该整体结构包括轮装制动盘Ⅰ、轮装制动盘Ⅱ和连接筋，然后在浇注完成后的某一合适时机通过切割去除连接筋或将整体结构在连接筋处分离，进而实现轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ的制造。

本实施例通过连接筋将两个轮装制动盘的散热筋对接在一起，在所述连接筋处将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。合体铸件分离的时机比较灵活，在热处理前、粗加工前、精加工前等工序都可以分离，本实施采用激光切割的方式在铸件进行热处理前将合体铸件进行分离。

本实施例采用底返引入金属液的方式进行底浇，其中金属液由整流过滤装置底部进入型腔。

如图1所示，按照本发明的轮装制动盘的制造装置，用于上述制造方法，其包括浇注系统1和补缩系统2，所述浇注系统1包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和整流过滤装置，所述补缩系统2包括冒口和补贴；还包括轮装制动盘Ⅰ3和轮装制动盘Ⅱ4，所述轮装制动盘Ⅰ3与所述轮装制动盘Ⅱ4对接在一起形成合体铸件5。

所述轮装制动盘Ⅰ的散热筋6与所述轮装制动盘Ⅱ的散热筋7之间设置连接筋8。连接筋可以看作为将相对放置的轮装制动盘Ⅰ与轮装制动盘Ⅱ之间相接触的全部散热筋延长，也可只是部分散热筋延长。本实施将相接触的全部散热筋延长，即全部散热筋之间均设置连接筋。连接筋的长度依据采用的分离方式的不同而不同，本实施例的连接筋长度为10mm。连接筋的截面形状与连接部位的散热筋的截面形状形同。

所述冒口中心设置在合体铸件内侧壁至合体铸件几何中心的任一位置。在本实施的轮装制动盘的制造装置中，补缩系统（冒口和补贴）为在铸造过程中实现补缩目的的任何合理的结构及位置，浇注系统为在铸造过程中实现引入金属液目的的任何合理的结构及位置。

本实施例的轮装制动盘的制造方法和装置，简单易懂、节省成本、可批量生产；解决了轮装制动盘盘体因筋板底部涂料堆积造成的缺肉、气孔、冷豆等缺陷问题；方便了造型线涂料操作，尤其是有利于高效的流涂作业操作；解决了铸造变形的问题，有利于铸件尺寸稳定；解决了热处理变形的问题，有利于热处理时铸件尺寸稳定；解决了铸件加工尺寸变形的问题，有利于加工时铸件尺寸稳定；有利于统一轴装制动盘与轮装制动盘的生产工艺和生产组织安排。

本实施例选用Magma模拟软件对轮装制动盘的制造技术进行有限元模拟，模拟结果显示：两个轮装制动盘的合体铸件的内部组织致密均匀，缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷极少，甚至没有缺陷，综合性能和整体质量极高。与现有技术相比，生产效率提高了50%，生产成本降低了40%。

由上述制造方法和制造装置制成的轮装制动盘没有缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷，且性能各向同性，具有较高且均匀的力学性能，以及良好的动平衡性能。

实施例二：

以时速350km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为1000mm）为例，按照本发明的轮装制动盘的制造方法的另一实施例，其工艺步骤、原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：本实施例采用线切割的方式在铸件进行精加工前将合体铸件进行分离。本实施例采用底返引入金属液的方式进行串浇，其中金属液由下一层底部进入该层型腔，待该层型腔充满后由该层补缩系统的冒口进入上一层型腔。

如图2所示，用于本实施例的轮装制动盘的制造装置，其结构、原理、各部件之间的连接关系和有益效果等均与实施例一相同，包括浇注系统1和补缩系统2，所述浇注系统1包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和整流过滤装置，所述补缩系统2包括冒口和补贴；还包括轮装制动盘Ⅰ3和轮装制动盘Ⅱ4，所述轮装制动盘Ⅰ3与所述轮装制动盘Ⅱ4对接在一起形成合体铸件5。所述轮装制动盘Ⅰ的散热筋6与所述轮装制动盘Ⅱ的散热筋7之间设置连接筋8。不同的是：本实施例的连接筋长度为30mm。所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统，所述冒口中心设置在合体铸件内侧壁至合体铸件几何中心的任一位置。在本实施的轮装制动盘的制造装置中，补缩系统（冒口和补贴）为在铸造过程中实现补缩目的的任何合理的结构及位置，浇注系统为在铸造过程中实现引入金属液目的的任何合理的结构及位置。

实施例三：

以时速350km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为1000mm）为例，其制造方法、制造装置、原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：本实施例采用火焰切割的方式在铸件进行粗加工前将合体铸件进行分离。连接筋长度为100mm。连接筋的截面形状与连接部位的散热筋的截面形状不同，其截面面积小于连接部位的散热筋的截面面积，如图3所示。

实施例四：

以时速350km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为1000mm）为例，其制造方法、制造装置、原理和有益效果等均与实施例二相同，不同的是：本实施例采用锯床切割的方式在铸件进行精加工前将合体铸件进行分离。连接筋长度为80mm。连接筋的截面形状与连接部位的散热筋的截面形状不同，其截面面积小于连接部位的散热筋的截面面积，如图3所示。

实施例五：

以时速350km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为1000mm）为例，其制造方法、制造装置、原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：本实施例采用激光切割的方式在铸件进行精加工前将合体铸件进行分离。连接筋长度为5mm。连接筋的截面形状与连接部位的散热筋的截面形状不同，其中间部位的截面面积小于连接部位的散热筋的截面面积，如图4所示。

实施例六：

以时速350km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为1000mm）为例，其制造方法、制造装置、原理和有益效果等均与实施例二相同，不同的是：本实施例采用机床加工的方式在铸件进行精加工前将合体铸件进行分离。连接筋长度为60mm。连接筋的截面形状与连接部位的散热筋的截面形状不同，其中间部位的截面面积小于连接部位的散热筋的截面面积，如图4所示。

本领域技术人员不难理解，本发明的轮装制动盘的制造方法和装置及由此制得的轮装制动盘包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮装制动盘的制造方法，包括以下步骤：

A、制作铸造装置；

B、制作型芯；

C、合箱；

D、熔炼浇注；

E、打箱落砂并清理；

F、对铸件进行粗加工、热处理和精加工；

其特征在于：将两个轮装制动盘对接在一起进行合体制造，形成合体铸件，再将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。

2.如权利要求1所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：通过连接筋将两个轮装制动盘对接在一起。

3.如权利要求2所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：所述连接筋设置在两个轮装制动盘的散热筋之间。

4.如权利要求3所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：在所述连接筋处将合体铸件分离成两个独立的轮装制动盘。

5.如权利要求4所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：在铸件进行粗加工前将合体铸件进行分离。

6.如权利要求4所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：在铸件进行热处理前将合体铸件进行分离。

7.如权利要求4所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：在铸件进行精加工前将合体铸件进行分离。

8.如权利要求4所述的轮装制动盘的制造方法，其特征在于：采用激光切割、线切割、火焰切割、锯床切割、机床加工、砂轮切割、碳弧气刨中的任一种方式对合体铸件进行分离。

9.一种轮装制动盘的制造装置，包括浇注系统和补缩系统，所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和整流过滤装置，所述补缩系统包括冒口和补贴，其特征在于：还包括轮装制动盘Ⅰ和轮装制动盘Ⅱ，所述轮装制动盘Ⅰ与所述轮装制动盘Ⅱ对接在一起形成合体铸件。

10.一种轮装制动盘，其特征在于：由权利要求1-8中任一种制造方法制成。