CN106812834A - 一种轴装制动盘及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴装制动盘及其制造方法，在轴装制动盘铸造过程中，将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在摩擦面外侧的加工余量顶处，可以避免错型错芯对轴装制动盘中间的散热筋造成影响。同时将摩擦面外侧的加工余量顶设计成锥面，增大铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，冷却成型后将轴装制动盘摩擦面的加工余量顶加工成平面，对铸件结构形状没有任何影响；采用一型两件的铸造模具，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率；散热筋的形状设置为空竹形，散热筋的中间直径小于两端的直径，相邻散热筋之间形成筒状通风通道，散热效果更佳。

Description

一种轴装制动盘及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种轴装制动盘及其制造方法，特别是一种城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车用轴装制动盘及其制造方法。

背景技术

目前，城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车的基础制动均采用盘形制动装置，盘形制动装置的作用是在车辆实施制动时，使闸片垂直压紧轴装制动盘的两个摩擦面产生摩擦力，由此产生制动力矩，将车辆运动时的动能和势能转化为热能，从而达到使车辆减速或停车的目的。因此制动盘是将列车动能和势能通过摩擦转化成热能的关键部件。

目前使用的轴装制动盘的结构是由上下对称的两个薄片圆环中间联接上多个圆柱形散热筋组成, 薄片圆环的外侧面作为摩擦面，因此在铸造过程中现有的做法是使用上箱、下箱将铸件从中间分型由上下两个半型腔合起来形成整体，且上箱、下箱的分型面处在制动盘的中间，虽然这样工艺较为简单，但是在实际操作过程中轻微的错型错芯经常发生，一旦产生错型错芯，虽然外轮廓尺寸可以通过机加工来满足图纸尺寸要求，但中间的散热筋根本无法处理，致使产品质量分布不均，检验时无法通过动平衡检测而成为废品；且圆柱形的散热筋效果不够理想。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种散热效果更佳、易于实现、避免铸造时错型错芯影响质量的轴装制动盘及其制造方法。

本发明的技术方案为：一种轴装制动盘，包括有制动盘和与制动盘相连接的制动盘毂，所述制动盘内环设有连接法兰，所述制动盘包括对称设置的两片盘环和设在两片盘环之间的多个轴向的散热筋，所述盘环未设置散热筋的外表面为摩擦面；所述散热筋呈空竹形设置，散热筋的中间直径小于两头直径，相邻散热筋之间形成筒状通风通道。

上述轴装制动盘的制造方法，在轴装制动盘的铸造过程中，将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在轴装制动盘摩擦面外侧的加工余量顶处，可以避免错型错芯对所述轴装制动盘中间的散热筋和摩擦面造成影响；同时将加工余量顶设计成锥面，增大铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，冷却完成后，将加工余量顶加工成平面；所述散热筋呈空竹状设置，散热筋的中间直径小于两端的直径，散热效果更佳。

一种轴装制动盘制造方法，包括具体如下步骤：

A、通过计算机模拟软件对所述轴装制动盘的结构设计工艺和铸造工艺进行模拟分析，以确定整个轴盘的结构形状设计满足空气动力学性能要求，在制造时将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在轴装制动盘摩擦面外侧的加工余量顶处；将加工余量顶设计成锥形并确定其厚度；散热筋的形状设置为空竹形，散热筋的中间直径小于两端的直径。

B、制定轴装制动盘的铸造工艺。

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，所述摩擦面外侧的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果，所述散热筋的形状符合步骤A中模拟分析的结果。

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂。

E、对轴装制动盘进行粗加工和热处理，去除摩擦面的加工余量顶。

F、对轴装制动盘进行调质处理和精加工。

进一步，在步骤C中，所述铸造模具设计为一型两件，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率的同时，也满足了铸件顺序凝固的工艺需要，符合铸件顺序凝固的温度梯度要求，以获得更好的产品内在质量。

进一步，所述加工余量顶的厚度不超过10mm，保证加工效果的同时，减少材料的浪费。

在进行模拟分析前，首先对产品需要达到的技术要求做分析，根据技术要求模拟制动盘的结构设计工艺和铸造工艺。本发明选用的模拟软件包括适用于材料加工工程及制造领域中的任何模拟软件，如Magma、ProCast、NovaCast、AnyCast、Flow 3D、华铸CAE、Ansys、Abaqus、Marc等。

打开模拟软件，建立实体模型，在模型上划分网格，设定参数，进行模拟分析；根据模拟结果调试参数，然后使用新的参数再次进行模拟分析；经过不断的调试参数，得到能够达到铸件技术要求的结构设计工艺和铸造工艺。

本发明通过计算在满足铸件正常的顺序凝固不受影响，将铸件的整体设置在下箱内，而不是对称设置在上箱、下箱内，所述上箱内仅保留摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，即使生产时产生轻微错型错芯，仅会影响摩擦面的加工余量顶，避免影响所述轴装制动盘中间的散热筋和摩擦面，进而使机加工后的产品形成均匀的摩擦环厚度，完全通过动平衡测试；将散热筋的形状设置成空竹状，相邻散热筋之间形成筒状通风通道，散热效果更佳。

发明的技术效果：（1）本发明的轴装制动盘生产方法，相对于现有技术，在制造过程中，将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘的摩擦面的加工余量顶和冒口，避免因错型错芯对轴装制动盘的摩擦面和散热筋造成影响；（2）将轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩；（3）冷却成型后通过机加工将轴装制动盘的摩擦面的加工余量顶加工成平面，对铸件结构形状没有任何影响，只需在加工过程中增加少量的加工时间，最大限度保证了产品动平衡检测通过率；（4）采用一型两件的铸造工艺，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率的同时，也满足了铸件顺序凝固的工艺需要，符合铸件顺序凝固的温度梯度要求，以获得更好的产品内在质量；（5）将散热筋的形状设置成空竹状，相邻散热筋之间形成筒状通风通道，散热效果更佳。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是现有轴装制动盘的产品结构示意图；

图2是本发明一种轴装制动盘制造方法的工艺流程图；

图3是本发明轴装制动盘的毛坯结构示意图；

图4是本发明轴装制动盘的散热筋结构示意图；

图5是本发明的生产方法合箱的示意图；

图6是图5中A的局部放大图。

图中：摩擦面1，散热筋2，加工余量顶3，上箱4，下箱5。

具体实施方式

实施例1

如图1-6所示，以时速250km/h的高速列车铸钢轴装制动盘（外径为610mm，内径为240mm）为例，其按照先后顺序包括以下步骤：

A、通过计算机模拟软件对轴装制动盘的铸造工艺和铸造模具进行模拟分析，将轴装制动盘整体设置在下箱5内，上箱4内只保留轴装制动盘摩擦面1外侧的加工余量顶3和冒口，将上箱4、下箱5的分型面设置在该加工余量顶3处；将上箱4内的加工余量顶3设计成锥形，其锥面厚度为7mm（其他实施例可以是5mm、6mm、8mm、9mm、10mm等）；将下箱5内轴装制动盘另一摩擦面外侧的另一加工余量顶同样设计成锥形，锥面厚度设置为5mm（其他实施例可以是6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等）；将散热筋2的形状设置成空竹状，散热筋2的中间直径小于两端的直径，在散热筋的表面形成弧形曲线，相邻散热筋之间形成筒状通风通道，散热效果更佳。

B、制定所述轴装制动盘的铸造工艺。

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，摩擦面1外侧的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果；其中，上箱4内加工余量顶的锥面厚度为7mm，下箱5内加工余量顶的锥面厚度为5mm；散热筋2的形状符合步骤A中模拟分析的结果。

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂。

E、对轴装制动盘进行粗加工和热处理，去除摩擦面1外侧的加工余量顶。

F、对轴装制动盘进行调质处理和精加工。

选用 ProCast模拟软件对铸造工艺和铸造模具进行模拟分析。根据最佳模拟结果，制定实际的铸造工艺流程和实际的铸造模具。在轴装制动盘的铸造过程中，金属液进入型腔的方式、位置、流速等各个参数均要符合模拟结果；铸造模具中浇铸系统和补缩系统的位置、形状、尺寸、冒口数量及形状等各个参数也均要符合模拟结果。铸造模具设计成一型两件的铸造模具，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率。

上箱4内加工余量顶的锥面厚度为7mm（其余实施例可以是5mm、6mm、8mm、9mm、10mm等），下箱5内的加工余量顶的锥面厚度为5mm（其他实施例可以是6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等）；上箱4、下箱5的分型面处在上箱4与摩擦面1的交界处，即分型面处在上箱内的加工余量顶3处；完成制作型芯，合箱，熔炼浇铸工序后，冷却定型，打箱落砂后对制动盘进行机加工，去除摩擦面外侧的加工余量顶3，再对轴装制动盘进行后续精加工及检测。上箱4面需要放置补缩冒口方便渣气上浮至冒口内，能更好的保证铸件的内在质量，因此上箱4内的加工余量顶的厚度大于下箱5内的厚度；散热筋2的中间直径稍小、两头直径稍大，按一定的规则排列连接轴装制动盘的两片盘环；相邻散热筋1之间形成筒状通风通道，散热效果提升25%。

对制得的制动盘进行无损检测，同时满足超声探伤II级和磁粉探伤I级的检验要求，检测合格的轴装制动盘配对进行轮对动平衡检验，检验合格率100%，使用该工艺前后尺寸检验合格率、动平衡检测合格率数据的对比见表1。

表1 试验组与对比组检验合格率数据

项目	例数	尺寸一次检验合格量	加工后尺寸合格量	动平衡检测合格量
					试验组	100	63	96	96
对比组	100	21	65	44

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种轴装制动盘，其特征在于，包括有制动盘和与制动盘相连接的制动盘毂，所述制动盘内环设有连接法兰，所述制动盘包括对称设置的两片盘环和设在两片盘环之间的多个轴向的散热筋（2），所述盘环未设置散热筋（2）的外表面为摩擦面（1）；所述散热筋（2）呈空竹形设置，散热筋（2）的中间直径小于两端的直径，相邻散热筋（2）之间形成筒状通风通道。

2.一种如权利要求1所述的轴装制动盘的制造方法，其特征在于，在铸造过程中，将轴装制动盘整体设置在下箱（5）内，上箱（4）内保留轴装制动盘摩擦面（1）外侧的加工余量顶（3）和冒口，将上箱（4）、下箱（5）的分型面设置在轴装制动盘摩擦面（1）外侧的加工余量顶（3）处；所述散热筋（2）呈空竹状设置，散热筋（2）的中间直径小于两端的直径。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于还包括，在铸造过程中，将所述轴装制动盘摩擦面（1）外侧的加工余量顶（3）设计成锥面；

铸造成型后，将所述加工余量顶（3）加工成平面。

4.一种如权利要求1所述的轴装制动盘的制造方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

A、通过计算机模拟软件对所述轴装制动盘的结构形状工艺和铸造工艺进行模拟分析，以确定整个轴盘的结构形状设计满足空气动力学性能要求，在制造时将轴装制动盘整体设置在下箱（5）内，上箱(4)内保留轴装制动盘摩擦面（1）外侧的加工余量顶（3）和冒口，将上箱（4）、下箱（5）的分型面设置在轴装制动盘摩擦面（1）外侧的加工余量顶（3）处；将所述加工余量顶（3）设计成锥形并确定其厚度；所述散热筋（2）呈空竹状设置，散热筋（2）的中间直径小于两端的直径；

B、制定轴装制动盘的铸造工艺；

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，所述摩擦面外侧的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果，散热筋的形状符合步骤A中模拟分析的结果；

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂；

E、对轴装制动盘进行粗加工和热处理，去除摩擦面（1）外侧的加工余量顶；

F、对轴装制动盘进行调质处理和精加工。

5.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加工余量顶（3）的厚度不超过10mm。

6.如权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述步骤在步骤C中，所述铸造模具设计为一型两件，用一个浇注系统一次浇注两个轴装制动盘。