CN109848369A - 拼合楔及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种轨道车的摩擦楔块的制造方法，包括在铸模的上下砂型部中形成至少一个型腔，型腔限定出至少一个摩擦楔块的至少一些外部特征。毗邻型腔的至少一个型芯被插入下砂型中。型芯包括被配置为用于界定摩擦楔块的柱面的至少一个表面。索具形成于铸模的上下砂型部中。索具包括下铸口、至少一个内浇口和至少一个流道用以将熔融物引导至型腔。熔融物被倒入铸模以形成摩擦楔块铸件。摩擦楔块铸件被从铸模移除。索具被从摩擦楔块铸件移除且摩擦楔块铸件精制完成。

Description

拼合楔及其制造方法

分案申请说明

本申请是申请日为2013年5月24日、申请号为201310199387.3、发明名称为“拼合楔及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求2012年10月17日申请的、申请号为61/715,010的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容在此通过引用被并入本申请。

背景技术

轨道车辆通常包括有赖于一对轮架组件的单节机动有轨车。轮架组件包括一对侧架和轮对，其通过垫板(bolster)和阻尼系统连接在一起。阻尼系统包括一组摩擦楔块减震器。车辆置于垫板的中心辊上，中心辊作为轮架系统的旋转点。车身运动通过连接垫板和侧架的弹簧和摩擦楔块减震器来反应。侧架包括基座，基座各限定出颚板，轮对的滚轮总成利用滚轴轴承接盘被置于颚板内。

部件可通过各种铸造技术形成。用于生产这些部件的最常见的技术是通过砂型铸造。用砂型铸造方法来形成诸如侧架和垫板之类复杂的中空形状，成本低，产量高。在典型的砂型铸造操作中，(1)通过围绕模型填砂，铸模被形成，其通常包括浇注系统；(2)模型被从铸模移除；(3)型芯被放入铸模内且铸模被封闭；(4)铸模通过浇注充满热液态金属；(5)金属在铸模中冷却；(6)被称为粗铸件的凝固金属脱离铸模被移除；(7)以及铸件完成并通过使用磨床、焊机、热处理及加工得到清洁。

在砂型铸造操作中，铸模被建造以砂为基本原料，混合粘合剂来保持形状。铸模被建造成两半，即沿分型线被分开的上下砂型。砂被围绕模型充填并在从铸模取出后保留模型的形状。3度或更大模锻斜度被加工在模型中以确保模型在取出时能从铸模脱开。在一些砂型铸造操作中，砂箱被用于在贯穿浇注过程的造型工艺期间支撑砂。型芯被插入铸模内且上型被放在下型上以封闭铸模。

当铸造复杂或中空部分时，型芯被用于限定出中空的内部，或不能用模型建造的复杂型材。这些型芯通常通过在形如具有用型芯建造出的特征的盒子中铸造型砂和粘合剂而被建造出来。这些芯盒被手工充填，或者型芯被使用吹芯机或壳型机(shell machines)制成。型芯从盒子被移除并被放入铸模。型芯被置于铸模中，利用型芯座来引导其位置。型芯座还可避免型芯在浇注金属时移动。此外，芯撑可被用于支撑或阻止型芯移动，并在凝固期间融入基本金属。

铸模通常包括浇注系统，为熔融金属提供路径，且控制金属流入型腔。该浇注系统包含铸口，控制金属流速，且连接至流道。流道为金属穿过浇口流至型腔内的通道。浇口控制流入型腔的流速，并避免液体产生涡流。

金属被倒入铸模后，铸件随着接近固态而冷却并收缩。随着金属收缩，额外的液体金属必须继续注入收缩区域，否则孔洞将出现在最终的部件中。在高收缩区域中，冒口被置于铸模中从而在浇注期间提供辅助储藏以被填满。这些冒口是最后凝固的区域，且因此允许内中物比被铸造部的型腔更久地保持液态。随着型腔的内中物冷却，冒口中的液态金属注入收缩区域，确保生产出最终实心铸件。开口于上型铸模顶部的冒口还可作为在浇注和冷却期间排出气体的排气孔。

在各种铸造工艺中，不同的砂粘合剂被用于使砂保留模型形状。这些粘合剂对最终产品有很大影响，因为其控制了尺寸稳定性、表面光洁度以及每个特定流程中的铸造细节的实现。两种最典型的砂型铸造方法包括(1)湿型砂，由硅砂、有机粘合剂及水组成；以及(2)由硅砂和诸如酚醛尿烷之类的快速固化化学粘合剂组成的化学或树脂粘合剂材料。传统上，侧架和垫板使用湿型砂工艺来建造，归因于铸造材料相关的成本较低。虽然这个方法已经有效地生产这些部件多年，该工艺仍存在缺点。

如上所述通过湿型砂操作生成的摩擦楔块减震器存在一些问题。首先，模型中所需的相对大模锻斜度使得摩擦楔块中有相应的模锻斜度，其可被打磨为符合客户所需规格。尤其成问题的是在摩擦楔块的柱面上。其次，在摩擦楔块的关键部分上获得平坦且光滑的表面通常需要额外的加工步骤，例如打磨表面。这可造成最终产品尺寸不一致，增加了加工时间，甚至超出规定尺寸时造成部件报废。阅读以下说明书，用这些铸造操作的其它问题将很清楚。

发明内容

本发明的第一方面是提供用于轨道车的摩擦楔块的制造方法。方法包括在铸模的上下砂型部中形成至少一个型腔，型腔限定出至少一个摩擦楔块的至少一些外部特征。毗邻型腔的至少一个型芯被插入铸模中。型芯包括被配置为用于界定摩擦楔块的柱面的至少一个表面。索具(rigging)形成于铸模的上下砂型部中。索具包括下铸口、至少一个内浇口和用以将熔融物引导至型腔的至少一个流道。熔融物被倒入铸模以形成摩擦楔块铸件。摩擦楔块铸件被从铸模移除且索具被移除。

本申请的第二方面是提供用于轨道车的摩擦楔块，在精加工之前具有大体上平坦的柱面，表面光洁度小于500微英寸均方根粗糙度(RMS)，且倒角边缘的半径约为0.30英寸。

本申请的第三方面是提供用于轨道车的包括柱面的摩擦楔块，该柱面具有大体上平坦的顶和底部区域及凹入的中部区域。顶部和底部平坦区域所在的平面和凹入中部区域的顶端之间的最大距离在0.020和0.060英寸之间。

本申请的第四方面是提供用于轨道车的摩擦楔块，包括具有凹入部的柱面。

本申请的第五方面是提供用于轨道车的摩擦楔块，具有包括贝氏体、马氏体、奥氏体、碳化物及不大于5％的珠光体的针状灰口铁微观结构。

本申请的第六方面是提供用于轨道车的摩擦楔块，其硬度在420-520布氏硬度之间。

基于以下附图和详细说明书的研究，其它特征或有益效果对于本领域技术人员将显而易见，或变成显而易见。说明书中包含的所有这些附加特征和有益效果都在权利要求的保护范围内，且由以下权利要求来保护。

附图说明

附图被包括进来以便帮助进一步理解权利要求，被并入并构成说明书的一部分。描述的详细说明书和阐述的实施例用于解释由权利要求限定的原则。

图1阐明了轨道车辆轮架的侧架的侧视图，连同有垫板孔的剖视特写视图；

图2阐明了如图1所示的侧架的垫板孔的详细视图，具有插入其中的垫板的外侧端区的剖视图；

图3阐明了第一示范性摩擦楔块实施例；

图4a和图4b阐明了可在铸模中提供用以制造摩擦楔块的示范性索具的不同视图；

图5a阐明了可被利用与索具和铸模配合以形成第一摩擦楔块实施例的型芯的细节；

图5b阐明了型芯与完成的摩擦楔块的相互作用；

图6a和图6b阐明了第二示范性摩擦楔块实施例及用于制造其的型芯；以及

图7a和图7b阐明了第三示范性摩擦楔块实施例，限定了用于制造其的凹柱面和型芯。

具体实施方式

图1阐明了轨道车辆轮架的侧架100的侧视图。轨道车辆可相当于货运车厢，比如在美国用于载货超过220,000磅总重使用的那些。侧架100限定了垫板孔110。

垫板孔110由一对侧架立柱112、承压构件114和弹簧座116限定。垫板孔110的尺寸被设置为收容垫板的外侧端区115，其剖视图已阐明。一组弹簧117被置于垫板的外侧端区115和弹簧座116之间，并弹性地将垫板连结至侧架100。

参见图2，耐磨护板202被置于摩擦楔块206的各柱面(图3中标号300)和侧架立柱112之间。楔块插件208被置于摩擦楔块206的各斜面(图3中标号302)和垫板的垫座袋(shoepockets)204之间。在操作期间，每个摩擦楔块206的柱面300和斜面302分别支承对应的耐磨护板202和楔块插件208。摩擦楔块206紧贴着(against)耐磨护板202和楔块插件208滑动，产生摩擦并损耗能量以起到减震器的作用，避免侧架100和垫板之间的持续振荡。

图3阐明了示范性摩擦楔块实施例206。摩擦楔块206包括柱面300、斜面302和底面304。磨耗指示器306被限定于摩擦楔块206的一侧上。磨耗指示器306有助于确定摩擦楔块206中剩余的耐用年限量。

柱面边缘308a-d被设有一定半径的倒角，在柱面300和摩擦楔块206的毗邻侧之间提供平滑过渡。在一个实施例中，摩擦楔块206的柱面300大体上平坦。倒角边308a-d的半径约为0.30英寸。如以下更多细节所述，各边308a-d由型芯形成，而不是在铸造后进行后续加工操作。

图4a和图4b阐明了可在铸模(未画出)中提供用以制造摩擦楔块206的示范性索具400的不同视图，同上所述。索具通常由用于形成摩擦楔块206的型腔的模型(未画出)形成。应理解图4a和图4b阐明了示范性索具、型芯402和完成的楔块206，因其将进行落砂处理。为清楚起见上下砂型并未画出。虽然示范性索具400阐明了4个摩擦楔块206的制造，应理解索具400可适于制造不同数量的摩擦楔块206。此外，索具可在必要时被调整以更改下铸口、流道和内浇口的位置。下铸口、流道和内浇口的形状也可被更改。

参见图4a和图4b，索具400包括连接至内浇口407的下铸口404。内浇口407依次连接至流道408。流道408通往铸模中的型腔用于形成摩擦楔块206的外部形状。在一种实施方式中，流道408被设置以使得熔融物从形成摩擦楔块206的底部304的型腔一侧充满型腔，其为摩擦楔块206的次关键尺寸。

型芯402被插入铸模中。型芯402形成各摩擦楔块206的柱面300。每个型芯402可被用于形成两个摩擦楔块206的表面。在替代实施方式中，型芯402可被设置以形成不同数量的摩擦楔块206的表面300。例如，方形型芯(例如具有四个侧面的型芯)可被使用以形成四个摩擦楔块206的柱面。应理解，由单个型芯可形成的摩擦楔块206的数量仅受限于型芯具有的侧面的数量。

图5a和图5b阐明了型芯402的细节。为清楚起见，图5b显示了置于紧贴着型芯402的完整楔块206，从而显示了型芯402与完成的楔块206之间的相互作用。型芯402可为艾素(isocure)型芯、自硬型芯或壳芯。型芯402的内区404限定了摩擦楔块206的柱面300。在一种实施方式中，内区为大体上平坦的面。内边缘406a-d限定了摩擦楔块206的倒角柱面边缘308a-d。边406a-d的半径约为0.30英寸。型芯402还包括形成摩擦楔块206的磨耗指示器306的区域406。

摩擦楔块206的平整度很重要，因为摩擦楔块206的柱面300与耐磨护板202相互作用，而耐磨护板202作为热轧钢板因此也非常平坦。由于模锻斜度和分型线，在铸模中形成柱面300(例如用湿型砂)将引入人工制品。未经额外的加工，这些人工制品将阻碍摩擦楔块206正确地贴靠耐磨护板202。在型芯402的未阐明的实施例中，只需完全平坦的面形成楔块206的相应柱面300，内区404和倒角内边缘406a-d被消除。在型芯402的另外的未阐明的实施例中，包括内区404而不包括倒角内边缘406a-d。

比较起来，型芯的制造更难且比产品湿型砂铸模更精确，创建出质量更高的铸造面。改进的表面抛光降低了摩擦楔块206的毛胚铸件粗糙程度。随着摩擦楔块206在最初磨合时紧贴着耐磨护板202滑动，这些粗糙不平被移除。粗糙程度的降低减少了磨合摩擦楔块206所需的时间，并减少了装配中的研磨尺寸和量。较快地磨合使得磨损减少且因而零件寿命更长。更少和更小尺寸的研磨可消除三体(3body)磨损机制的影响且因此减少系统的磨损率。在一些实施方式中，型芯的使用有利于制造具有表面抛光少于约500微英寸均方根粗糙度的柱面300的摩擦楔块206。

此外，限定内倒角边缘排除了继铸造之后在柱面300上研磨的需要，否则将产生许多沟槽和划痕，影响摩擦楔块206的磨合。研磨还会在铸造中产生其他不一致。

图6a和图6b阐明了第二示范性摩擦楔块实施例602及用于制造其的型芯600。型芯600围绕平坦中区604的周围限定了凹槽602。摩擦楔块602包括限定了凹入部608和凸起部606的柱面。凹入部608由型芯600的平坦中区604形成。凸起部606由凹槽602形成。形成于柱面中的凹处608有利于摩擦控制材料(未画出)的嵌入，例如闸瓦材料、离合器材料或其它干摩擦材料。该凹处608提供了捕获并收容嵌入材料而无需粘合剂或其它粘接技术的方式。

通过以上描述的型芯，凹槽602在凸起部606上形成弧径。该弧径绕柱面的边缘形成相应的弧径，从而消除或大大减少对柱面加工(例如研磨)的需要。

图7a和图7b阐明了第三示范性摩擦楔块实施例702，限定了用于制造其的凹柱面和型芯700。型芯700的内部限定了通常平坦且大致上处于同一平面内的顶部和底部区域704a和b。中部区域706被限定于顶部和底部区域704ab之间且高于/在前于顶部和底部区域704a和b。中部区域706可为弧形。顶部、底部及中部区域704a和b及706相配合，以形成如图7b所示的具有通常凹入的中部区域710和平坦的顶与底部区域708a和b的摩擦楔块柱面。

在维修中申请人观察到，已知楔块的柱面的中央区域趋于磨损得比顶部和底部区域小。同样地，耐磨护板202在中央显示出大量磨损量，而在顶部和底部很少磨损。第三摩擦楔块实施例702的凹入柱面在摩擦楔块702和耐磨护板202之间导致更多均匀磨损。这样进而增加了摩擦楔块702的有效使用寿命。申请人观察到，0.020和0.060英寸之间的凹入量D对于摩擦楔块702的使用寿命产生出最佳磨损均匀度。

应理解凹入量D可不同，且基于对摩擦楔块和耐磨护板202的特定组合出现的磨损量可被调整。在一些实施方式中，摩擦控制材料可被设置在凹处内以控制摩擦水平，并进一步控制摩擦楔块和耐磨护板202之间的磨损均匀度。

在一些实施方式中，为了提高摩擦楔块的寿命，继铸造之后热处理可被适用。申请人观察到，如果摩擦楔块被硬化到420-520布氏硬度之间的硬度，摩擦楔块的有效使用寿命可被最大化，而这样的硬度通常无法用现有摩擦楔块制造方法实现，例如美国专利4,166,756中揭示的方法。为了实现这样的硬度，摩擦楔块在铸造后被加热到1200华氏温度以上。摩擦楔块被保持在这样的温度下一段时间，接着被浸入温度在100度和500度之间的淬冷介质中迅速冷却，例如油、水或熔盐。摩擦楔块的最终硬度和微观结构基于许多被确定，包括摩擦楔块在淬火时的温度、在此温度下保持的时间、淬冷介质的温度及摩擦楔块的成色(alloy)。

通常在淬火后，摩擦楔块变得易碎，含有残留应力，且不适于使用。回火处理被用于进一步改善微观结构，恢复延展性，增加韧性并消除残留应力。回火处理通常通过将摩擦楔块加热到规定温度接着按规定速率慢慢将其冷却来实现。

在一种实施方式中，摩擦楔块由包括铜和/或镍的铁合金构成。这种情况下，在淬火和回火后，生成的合金显示成主要包括贝氏体和马氏体的针状灰口铁微观结构，带有一些残留奥氏体、碳化痕迹及不大于5％的珠光体。

虽然已经描述出各种实施例，但对于本领域技术人员明显可在权利要求的范围内得到更多实施例和实施方式。以上描述的各种尺寸仅为示范性的且在必要时可改变。因此，对于本领域技术人员明显可在权利要求的范围内得到更多实施例和实施方式。所以，描述的实施例仅被提供以帮助理解权利要求，而并不限制权利要求的保护范围。

Claims (21)

1.轨道车辆轮架，包括：

垫板，所述垫板具有外侧端区，所述外侧端区具有第一垫座袋和第二垫座袋；

侧架，所述侧架包括由一对侧架立柱界定的垫板孔，承压构件，以及弹簧座，所述垫板孔的尺寸形成为能接收所述垫板的所述外侧端区；

弹簧组，所述弹簧组位于所述垫板的所述外侧端区和所述弹簧座之间，所述弹簧组弹性地将所述垫板连结至所述侧架；

第一摩擦楔块和第二摩擦楔块，每个摩擦楔块包括：

柱面，所述柱面具有倒角边，所述倒角边在所述柱面和所述摩擦楔块的相邻侧之间提供平滑过渡；

斜面；

底面；以及

位于所述摩擦楔块一侧的磨耗指示器；

第一耐磨护板和第二耐磨护板，每个耐磨护板位于所述摩擦楔块的各柱面和各侧架立柱之间；

第一楔块插件和第二楔块插件，每个楔块插件位于所述摩擦楔块的各斜面和各垫座袋之间；

其中每个所述摩擦楔块的所述柱面毛坯铸件在没有进一步加工的情况下大体上平坦并且具有表面光洁度小于500微英寸均方根值；

其中每个所述摩擦楔块具有包括贝氏体、马氏体、奥氏体、碳化物及不大于5％的珠光体的针状灰口铁微观结构；以及

其中每个所述摩擦楔块具有在420-520BHN之间的硬度。

2.如权利要求1所述的轨道车辆轮架，其中所述第一摩擦楔块和所述第二摩擦楔块中的每个的倒角边的半径约为0.30英寸。

3.轨道车辆的摩擦楔块，包括：

柱面，所述柱面具有倒角边，所述倒角边在所述柱面和所述摩擦楔块的相邻侧之间提供平滑过渡；

斜面；

底面；以及

位于所述摩擦楔块一侧的磨耗指示器；

其中所述柱面毛坯铸件在没有进一步加工的情况下具有表面光洁度小于500微英寸均方根值。

4.如权利要求3所述的摩擦楔块，其中所述柱面大体上平坦。

5.如权利要求4所述的摩擦楔块，其中所述摩擦楔块具有包括贝氏体、马氏体、奥氏体、碳化物及不大于5％的珠光体的针状灰口铁微观结构。

6.如权利要求5所述的摩擦楔块，其中所述摩擦楔块具有在420-520BHN之间的硬度。

7.如权利要求6所述的轨道车辆的摩擦楔块，其中所述倒角边的半径约为0.30英寸。

8.如权利要求3所述的摩擦楔块，其中所述柱面具有大体上平坦的顶部与底部区域和凹入的中部区域，并且其中所述顶部与底部平坦区域所在的平面和所述凹入的中部区域的顶端之间的最大距离在0.020和0.060英寸之间。

9.如权利要求3所述的摩擦楔块，其中所述柱面具有凹入部。

10.如权利要求3所述的摩擦楔块，其中所述柱面包括被界定于所述柱面的凹槽所围绕的大体上平坦的中部区域。

11.如权利要求10所述的摩擦楔块，其中所述凹槽具有约0.06英寸的深度。

12.如权利要求11所述的摩擦楔块，其中所述凹入部包括摩擦控制材料。

13.轨道车辆的摩擦楔块，包括：

柱面，所述柱面具有倒角边，所述倒角边在所述柱面和所述摩擦楔块的相邻侧之间提供平滑过渡；

斜面；

底面；以及

位于所述摩擦楔块一侧的磨耗指示器；

其中所述柱面毛坯铸件在没有进一步加工的情况下具有表面光洁度小于500微英寸均方根值；以及

其中所述摩擦楔块具有包括贝氏体、马氏体、奥氏体、碳化物及不大于5％的珠光体的针状灰口铁微观结构。

14.如权利要求13所述的摩擦楔块，其中所述摩擦楔块具有一个在420-520BHN之间的硬度。

15.如权利要求14所述的摩擦楔块，其中所述柱面大体上平坦。

16.如权利要求15所述的轨道车辆的摩擦楔块，其中所述倒角边的半径约为0.30英寸。

17.如权利要求13所述的摩擦楔块，其中所述柱面具有大体上平坦的顶部与底部区域和凹入的中部区域，并且其中所述顶部与底部平坦区域所在的平面和所述凹入的中部区域的顶端之间的最大距离在0.020和0.060英寸之间。

18.如权利要求13所述的摩擦楔块，其中所述柱面包括凹入部。

19.如权利要求13所述的摩擦楔块，其中所述柱面包括被界定于所述柱面的凹槽所围绕的大体上平坦的中部区域。

20.如权利要求19所述的摩擦楔块，其中所述凹槽具有约0.06英寸的深度。

21.如权利要求18所述的摩擦楔块，其中所述凹入部包括摩擦控制材料。