CN108642329B - 一种列车齿轮箱及其制备方法 - Google Patents

一种列车齿轮箱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种列车齿轮箱及其制备方法，属于齿轮箱制备技术领域。本发明选用碱性酚醛树脂自硬砂为造型材料，其流动性好、易紧实、强度高且易溃散。而且，不含N、P、S元素，高温下有二次硬化现象，并且其裂纹倾向比呋喃树脂砂小，不放出刺激性气体，生产环境好，落砂清理性能好；此外，由于碱性酚醛树脂自硬砂自身发气量小，还能够解决铝合金铸件易出现的气孔、针孔等问题。本发明采用平做立浇方式进行浇注，在造型时将模样沿轴向中间分模造型,合箱后将砂箱竖立起来浇注，避免铸件工作部位处于铸件顶部，使探伤部分整体处于铸件下部，并且在重力作用下首先凝固，从而得到致密的组织，保证质量检测结果，提高铸件的工作性能。

Description

一种列车齿轮箱及其制备方法
技术领域
本发明涉及齿轮箱制备技术领域，具体涉及一种列车齿轮箱及其制备方法。
背景技术
齿轮箱为高速列车的动力传动装置，是列车的核心部件之一，其工作性能的好坏直接影响到高速列车组运行的可靠性和安全性。因此，对箱体的力学性能具有较高要求。并且在工厂中，箱体与其他部件的装配在恒温室进行，可见对其精度同样具有较高要求。
然而，在现有制造工艺中，齿轮箱铸件的精度与质量还有待进一步提高，并且加工成本偏高且制备过程中产生的废气、粉尘、废渣等污染物较多。
发明内容
本发明的目的是提供一种列车齿轮箱的制备方法，以解决现有齿轮箱力学性能较差、精度较低以及制备成本高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种列车齿轮箱的制备方法，包括：
(1)熔炼：将铝合金锭置于炉中在温度为740-770℃的条件下加热，待铝合金锭熔化后打开炉口，使铝合金液流入中间包中；然后将温度调节至710-730℃，并分别加入占合金锭总质量0.5％的变质剂Al-10Sr和0.5％的晶粒细化剂Al-5Ti-1B搅拌，喷吹氮气并加入覆盖剂，静置10-20min后检测铝合金液中的含氢量；
(2)待含氢量合格后，采用平做立浇方式进行浇注，浇注条件包括：
(21)铸件毛重68.2kg，浇注铝液重80kg；
(22)造型方法为手工两箱造型，一箱一件；
(23)造型材料为碱性酚醛树脂自硬砂,涂料为水石英粉；
(24)分型面为中间分型；
(25)浇注系统为开放底注式浇注系统，直浇道总截面积、横浇道总截面积和内浇道总截面积的面积比为：ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:3；
(26)浇注时间为15-25s；
(27)打箱时间为1540-1660s；
(28)浇注温度为705-715℃，出炉温度为745-755℃；
(29)工艺出品率：η＝88.1％
(3)待铸件出炉后进行质检和处理；
(4)将铸件按照下列步骤进行热处理：
(41)将铸件置于固熔炉中加热至520-530℃保温140-160min；
(42)将出炉后的铸件于30℃以下的水中进行淬火处理；其中，出炉转移的时间小于15s，淬火时间为25-35min；
(43)将淬火后的铸件在135-145℃、保温时间为4.5-5.5h的条件下进行时效处理；
(5)将铸件在抛射量为110-260kg/min、抛射速度为50-75m/s的条件下抛丸5-7min。
本发明通过对铸造过程中各个步骤工艺条件的优化，在每个步骤的协同作用下制备的齿轮箱其质量好、精度高，并且生产成本低、减少了污染物的产生。
在造型材料方面：本发明选用碱性酚醛树脂自硬砂为造型材料，相较于硅砂、黏土等造型材料，其流动性好、易紧实、强度高(24h抗拉强度可达1.3-1.6MPa)且易溃散(残留强度约为0.2MPa)。而且，本发明的碱性酚醛树脂自硬砂不含N、P、S元素，高温下有二次硬化现象，并且其裂纹倾向比呋喃树脂砂小，不放出刺激性气体，生产环境好，落砂清理性能好；此外，由于碱性酚醛树脂自硬砂自身发气量小，还能够解决铝合金铸件易出现的气孔、针孔等问题。本发明选取水石英粉作为涂料，其抗裂纹性和涂厚性(涂料所能涂覆的最大厚度)好。
在浇注方面：本发明采用平做立浇方式进行浇注，在造型时将模样沿轴向中间分模造型,合箱后将砂箱竖立起来浇注，避免铸件工作部位处于铸件顶部，使探伤部分整体处于铸件下部，并且在重力作用下首先凝固，从而得到致密的组织，保证质量检测结果，提高铸件的工作性能。并且依据本发明提供的最佳浇注工艺参数，其制备得到的产品质量更加。
根据本发明所提供的热处理工艺，能够明显提高铸件的抗拉强度。
本发明在热处理后进行抛丸处理，能够改善表面组织结构，消除表面应力(拉应力)集中，提高疲劳强度，并使表面硬度有所提高，进一步提高铸件的力学性能；同时经过抛丸处理后的铸件还利于喷漆时油漆的附着。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(23)中，造型的芯骨材料为圆钢或铸铁。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(23)中，造型的冒口为腰圆柱形明顶冒口。
本发明通过设置冒口消除铸件收缩缺陷。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(25)中，开放底注式浇注系统的直浇道底部设置有泡沫式陶瓷过滤器，泡沫式陶瓷过滤器的滤孔为圆形孔或矩形孔；其中，圆形孔的尺寸为：直径为40mm、深度为13.5mm；矩形孔的尺寸为：长度为31mm、宽度为40mm、深度为13.5mm。
本发明通过在直浇道底部设置泡沫陶瓷过滤器，利用其三维立体结构，通过阻挡捕捉吸附有效去除氧化夹杂和其他非金属夹杂，对金属液有极好过滤作用，可提高金属液洁净度、减少水口结瘤避免堵塞、保证充型顺利进行、改善铸件质量、降低生产成本，效率高使用方便。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(3)中，质检步骤包括：X检验以及毛坯尺寸和外观的检查；处理步骤包括：去除浇注口和冒口以及修理毛边。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(5)中，抛丸为粒度为0.8-1.2mm的铝合金丸。
本发明采用粒度为0.8-1.2mm的铝合金丸进行抛丸处理，其抛丸效果好，相交于不锈钢丸，价格便宜，节约生产成本。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(2)还包括在浇筑时采用冷铁材料控制铸件在型腔中的凝固顺序，使得铸件的关键部位先凝固而得到补缩。
本发明利用冷铁材料来对铸件的关键部位(即对品质要求较高的部位，包括力学性能、精度等)优先凝固从而得到补缩，消除关键部位的缺陷。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述冷铁材料为石墨，厚度为20mm。
上述的制备方法制得的列车齿轮箱。
本发明具有以下有益效果：
本发明制得的齿轮箱质量优质、具有高工艺出品率，降低了企业生产成本，同时减少了铸造生产过程中污染的排放。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的列车齿轮箱的制备方法，包括：
(1)熔炼：将铝合金锭置于炉中在温度为770℃的条件下加热，待铝合金锭熔化后打开炉口，使铝合金液流入中间包中；然后将温度调节至730℃，并分别加入占合金锭总质量0.5％的Al-10Sr和Al-5Ti-1B中间合金搅拌，喷吹氮气并加入覆盖剂，静置10min后检测铝合金液中的含氢量。
(2)待含氢量合格后，采用平做立浇方式进行浇注，浇注条件包括：
(21)铸件毛重68.2kg，浇注铝液重80kg；
(22)造型方法为手工两箱造型，一箱一件；
(23)造型材料为碱性酚醛树脂自硬砂,涂料为水石英粉，造型的芯骨材料为圆钢或铸铁；造型的冒口为腰圆柱形明顶冒口；
(24)分型面为中间分型；
(25)浇注系统为开放底注式浇注系统，ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:3；开放底注式浇注系统的直浇道底部设置有泡沫式陶瓷过滤器，泡沫式陶瓷过滤器的滤孔为矩形孔，矩形孔的尺寸为：长度为31mm、宽度为40mm、深度为13.5mm；
(26)浇注时间为15s；
(27)打箱时间为1540s；
(28)浇注温度为715℃，出炉温度为755℃；
(29)工艺出品率：η＝88.1％；
优选地，在浇筑时采用石墨控制铸件在型腔中的凝固顺序，使得铸件的关键部位先凝固而得到补缩；铸件的冷铁厚度为20mm。
(3)待铸件出炉后进行质检和处理；其中，质检步骤包括：X检验以及毛坯尺寸和外观的检查；处理步骤包括：去除浇注口和冒口以及修理毛边。
(4)将铸件按照下列步骤进行热处理：
(41)将铸件置于固熔炉中加热至530℃保温140min；
(42)将出炉后的铸件于30℃以下的水中进行淬火处理；其中，出炉转移的时间小于15s，淬火时间为25min；
(43)将淬火后的铸件在145℃、保温时间为4.5的条件下进行时效处理。
(5)将铸件在抛射量为260kg/min、抛射速度为50m/s的条件下抛丸7min；其中，抛丸为粒度为1.2mm的铝合金丸。
实施例2：
本实施例的列车齿轮箱的制备方法，包括：
(1)熔炼：将铝合金锭置于炉中在温度为740℃的条件下加热，待铝合金锭熔化后打开炉口，使铝合金液流入中间包中；然后将温度调节至710℃，并分别加入占合金锭总质量0.5％的Al-10Sr和Al-5Ti-1B中间合金搅拌，喷吹氮气并加入覆盖剂，静置20min后检测铝合金液中的含氢量。
(2)待含氢量合格后，采用平做立浇方式进行浇注，浇注条件包括：
(21)铸件毛重68.2kg，浇注铝液重80kg；
(22)造型方法为手工两箱造型，一箱一件；
(23)造型材料为碱性酚醛树脂自硬砂,涂料为水石英粉，造型的芯骨材料为圆钢或铸铁；造型的冒口为腰圆柱形明顶冒口；
(24)分型面为中间分型；
(25)浇注系统为开放底注式浇注系统，ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:3；开放底注式浇注系统的直浇道底部设置有泡沫式陶瓷过滤器，泡沫式陶瓷过滤器的滤孔为圆形孔，圆形孔的尺寸为：直径为40mm、深度为13.5mm；
(26)浇注时间为25s；
(27)打箱时间为1660s；
(28)浇注温度为705℃，出炉温度为745℃；
(29)工艺出品率：η＝88.1％；
优选地，在浇筑时采用石墨控制铸件在型腔中的凝固顺序，使得铸件的关键部位先凝固而得到补缩；铸件的冷铁厚度为20mm。
(3)待铸件出炉后进行质检和处理；其中，质检步骤包括：X检验以及毛坯尺寸和外观的检查；处理步骤包括：去除浇注口和冒口以及修理毛边。
(4)将铸件按照下列步骤进行热处理：
(41)将铸件置于固熔炉中加热至520℃保温160min；
(42)将出炉后的铸件于30℃以下的水中进行淬火处理；其中，出炉转移的时间小于15s，淬火时间为35min；
(43)将淬火后的铸件在135℃、保温时间为5.5h的条件下进行时效处理。
(5)将铸件在抛射量为110kg/min、抛射速度为75m/s的条件下抛丸5min；其中，抛丸为粒度为0.8mm的铝合金丸。
实施例3：
本实施例的列车齿轮箱的制备方法，包括：
(1)熔炼：将铝合金锭置于炉中在温度为750℃的条件下加热，待铝合金锭熔化后打开炉口，使铝合金液流入中间包中；然后将温度调节至720℃，并分别加入占合金锭总质量0.5％的Al-10Sr和Al-5Ti-1B中间合金搅拌，喷吹氮气并加入覆盖剂，静置15min后检测铝合金液中的含氢量。
(2)待含氢量合格后，采用平做立浇方式进行浇注，浇注条件包括：
(21)铸件毛重68.2kg，浇注铝液重80kg；
(22)造型方法为手工两箱造型，一箱一件；
(23)造型材料为碱性酚醛树脂自硬砂,涂料为水石英粉，造型的芯骨材料为圆钢或铸铁；造型的冒口为腰圆柱形明顶冒口；
(24)分型面为中间分型；
(25)浇注系统为开放底注式浇注系统，ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:3；开放底注式浇注系统的直浇道底部设置有泡沫式陶瓷过滤器，泡沫式陶瓷过滤器的滤孔为圆形孔，圆形孔的尺寸为：直径为40mm、深度为13.5mm；
(26)浇注时间为20s；
(27)打箱时间为1600s；
(28)浇注温度为710℃，出炉温度为750℃；
(29)工艺出品率：η＝88.1％；
优选地，在浇筑时采用石墨控制铸件在型腔中的凝固顺序，使得铸件的关键部位先凝固而得到补缩；铸件的冷铁厚度为20mm。
(3)待铸件出炉后进行质检和处理；其中，质检步骤包括：X检验以及毛坯尺寸和外观的检查；处理步骤包括：去除浇注口和冒口以及修理毛边。
(4)将铸件按照下列步骤进行热处理：
(41)将铸件置于固熔炉中加热至525℃保温150min；
(42)将出炉后的铸件于30℃以下的水中进行淬火处理；其中，出炉转移的时间小于15s，淬火时间为30min；
(43)将淬火后的铸件在140℃、保温时间为5h的条件下进行时效处理。
(5)将铸件在抛射量为200kg/min、抛射速度为60m/s的条件下抛丸6min；其中，抛丸为粒度为1mm的铝合金丸。
试验例
对上述实施例1-3制得的齿轮箱以及现有齿轮箱进行力学性能、晶粒度、针孔度、致密度等检测，检测结果见表1。其中，现有齿轮箱为中车戚墅堰所生产的CRH6-200齿轮箱。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
抗拉强度/MPa 358 355 360 340
延伸率/％ 7.2 7.3 7.5 6.0
硬度/HB 124 123 125 99.5
晶粒度 3 3 3 4
针孔度 2 2 2 3
表面粗糙度/Ra 5.1 5.2 4.9 8.9
从表1中可以看出，本发明实施例制得的齿轮箱其力学性能、晶粒度、针孔度、致密度均优于对比例，说明通过对铸造工艺的优化设计，提高了齿轮的力学性能和表面精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种列车齿轮箱的制备方法，其特征在于，包括：
(1)熔炼：将铝合金锭置于炉中在温度为740-770℃的条件下加热，待铝合金锭熔化后打开炉口，使铝合金液流入中间包中；然后将温度调节至710-730℃，并分别加入占合金锭总质量0.5％的变质剂Al-10Sr和0.5％的晶粒细化剂Al-5Ti-1B搅拌，喷吹氮气并加入覆盖剂，静置10-20min后检测铝合金液中的含氢量；
(2)待含氢量合格后，采用平做立浇方式进行浇注，浇注条件包括：
(21)铸件毛重68.2kg，浇注铝液重80kg；
(22)造型方法为手工两箱造型，一箱一件；
(23)造型材料为碱性酚醛树脂自硬砂,涂料为水石英粉；
(24)分型面为中间分型；
(25)浇注系统为开放底注式浇注系统，直浇道总截面积、横浇道总截面积和内浇道总截面积的面积比为：ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:3；所述开放底注式浇注系统的直浇道底部设置有泡沫式陶瓷过滤器，所述泡沫式陶瓷过滤器的滤孔为圆形孔或矩形孔；其中，所述圆形孔的尺寸为：直径为40mm、深度为13.5mm；所述矩形孔的尺寸为：长度为31mm、宽度为40mm、深度为13.5mm；
(26)浇注时间为15-25s；
(27)打箱时间为1540-1660s；
(28)浇注温度为705-715℃，出炉温度为745-755℃；
(29)工艺出品率：η＝88.1％；
在浇筑时采用冷铁材料控制铸件在型腔中的凝固顺序，使得铸件的关键部位先凝固而得到补缩，所述冷铁材料为石墨，厚度为18-22mm；
(3)待铸件出炉后进行质检和处理；
(4)将铸件按照下列步骤进行热处理：
(41)将铸件置于固熔炉中加热至520-530℃保温140-160min；
(42)将出炉后的铸件于30℃以下的水中进行淬火处理；其中，出炉转移的时间小于15s，淬火时间为25-35min；
(43)将淬火后的铸件在135-145℃、保温时间为4.5-5.5h的条件下进行时效处理；
(5)将铸件在抛射量为110-260kg/min、抛射速度为50-75m/s的条件下抛丸5-7min，抛丸为粒度为0.8-1.2mm的铝合金丸。
2.根据权利要求1所述的列车齿轮箱的制备方法，其特征在于，在步骤(23)中，造型的芯骨材料为圆钢或铸铁。
3.根据权利要求1所述的列车齿轮箱的制备方法，其特征在于，在步骤(23)中，造型的冒口为腰圆柱形明顶冒口。
4.根据权利要求1所述的列车齿轮箱的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，质检步骤包括：X检验以及毛坯尺寸和外观的检查；处理步骤包括：去除浇注口和冒口以及修理毛边。
5.权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的列车齿轮箱。
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