RU151566U1

RU151566U1 - CASTING FORM FOR MANUFACTURING A RAILWAY WHEEL

Info

Publication number: RU151566U1
Application number: RU2014148122/02U
Authority: RU
Inventors: Роман Александрович Савушкин; Олег Аркадьевич Бройтман
Original assignee: РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-04-10

Abstract

1. Литейная форма для изготовления железнодорожного колеса, содержащая верхнюю и нижнюю опоки с полостями, образующими при смыкании верхней и нижней опок литейную полость, которая повторяет контур железнодорожного колеса, состоящего из ступицы, диска и обода, выполненные в верхней опоке центральную полость под прибыль для питания жидким металлом ступицы колеса с установленным в центральной полости фильтром и выпоры, и размещённый в нижней опоке стержень для формирования отверстия в ступице колеса, отличающаяся тем, что в верхней опоке выполнены, по меньшей мере, три полости под прибыли для питания жидким металлом обода колеса.2. Литейная форма по п. 1, отличающаяся тем, что в нижней опоке под литейной полостью для обода колеса размещён кольцевой охлаждающий элемент.3. Литейная форма по п. 2, отличающаяся тем, что кольцевой охлаждающий элемент выполнен цельным, составным или набран из секторов.1. A mold for the manufacture of a railway wheel, containing the upper and lower flask with cavities, forming when the upper and lower flasks are closed, a casting cavity that repeats the contour of the railway wheel, consisting of a hub, disk and rim, made in the upper flask central cavity for profit supplying liquid metal to the wheel hub with a filter installed in the central cavity and supports, and a rod located in the lower flask to form an opening in the wheel hub, characterized in that in the upper flask complete, at least three cavities under profit for feeding liquid metal kolesa.2 rim. The mold according to claim 1, characterized in that an annular cooling element is placed in the lower flask under the casting cavity for the wheel rim. 3. The mold according to claim 2, characterized in that the annular cooling element is made integral, integral or recruited from sectors.

Description

Полезная модель относится к области литейного производства и может использоваться в качестве песчаной формы для литья железнодорожных колес, изготовленной по любому из известных процессов, применяемых для их производства: вакуумно-пленочная формовка, песчано-глинистая, песчано-жидкостекольная, песчано-смоляная и др.The utility model relates to the field of foundry and can be used as a sand mold for casting railway wheels made according to any of the known processes used for their production: vacuum-film molding, sand-clay, sand-liquid glass, sand-resin, etc.

К литым железнодорожным колесам предъявляются требования обеспечения высокой плотности металла в объеме детали ввиду высоких нагрузок и повышенного износа, которым подвергаются железнодорожные колеса в процессе эксплуатации. Получить требуемое качество отливки можно с помощью выбора наиболее эффективного материала литейной формы, а также ее конструкции, позволяющей контролировать скорости затвердевания в разных частях отливки, сочетающей как тонкие, так и массивные элементы. Именно такой является отливка железнодорожного колеса, которое состоит из тонкого диска и более массивных ступицы и обода.Cast railway wheels are required to ensure a high density of metal in the volume of the part due to the high loads and increased wear that railway wheels undergo during operation. The required quality of the casting can be obtained by choosing the most effective mold material, as well as its design, which allows controlling the solidification speed in different parts of the casting, combining both thin and massive elements. Such is the casting of a railway wheel, which consists of a thin disk and a more massive hub and rim.

Известна графитовая форма для литья железнодорожных колес, содержащая нижнюю часть с установленным в ее центре цилиндрическим стержнем, верхнюю часть, устанавливаемую поверх нижней части и имеющую центральный открытый стояк, и разделяющий нижнюю и верхнюю части охлаждающий элемент для охлаждения расплавленного металла, соответствующего ободу колеса (см. патент US 3433293, МПК В22С 9/22, опубл. 18.03.1969).A graphite mold for casting railway wheels is known, comprising a lower part with a cylindrical rod installed in its center, an upper part mounted on top of the lower part and having a central open riser, and a cooling element separating the lower and upper parts for cooling molten metal corresponding to the wheel rim (see US patent 3433293, IPC B22C 9/22, publ. March 18, 1969).

Известная форма для литья имеет недостатки, присущие графитовым формам, а именно, высокую скорость теплопередачи графита, что приводит к ускоренному охлаждению всех частей отливки, склонности к возникновению тепловых узлов при пониженной эффективности их питания.The known casting mold has the disadvantages inherent in graphite molds, namely, the high heat transfer rate of graphite, which leads to accelerated cooling of all parts of the casting, the tendency to the emergence of thermal units with reduced efficiency of their power.

Известна вакуумно-пленочная форма для литья железнодорожных колес, содержащая верхнюю и нижнюю опоки, образующие при смыкании литейную полость, полость под прибыль на ступице колеса с установленным в ней фильтром и, по меньшей мере, один выпор, выполненные в верхней опоке, стержень для формирования отверстия в ступице колеса, установленный в нижней опоке, и, по меньшей пере, один кольцевой охлаждающий элемент для теплоотвода от обода колеса (см. патент РФ 145650, МПК В22С 9/28, опубл. 27.09.2014).Known vacuum-film mold for casting railway wheels, containing the upper and lower flask, forming when closing the casting cavity, the profit cavity at the wheel hub with a filter installed in it, and at least one protrusion made in the upper flask, a rod for forming holes in the wheel hub mounted in the lower flask, and at least one ring cooling element for heat removal from the wheel rim (see RF patent 145650, IPC V22C 9/28, published on 09.27.2014).

Данную известную песчаную литейную форму, принятую за наиболее близкий аналог, отличает от графитовых форм более низкая теплопроводящая способность ее материала, которым является несвязанный кварцевый песок, обеспечивающая необходимое регулирование условий питания для предотвращения образования пористости. Однако при изготовлении железнодорожных колес в литейной форме данной конструкции высока вероятность образования усадочных дефектов в тех местах отливки, которые соответствуют ободу отливаемого колеса в связи с его избыточной массивностью.This well-known sand casting mold, taken as the closest analogue, is distinguished from graphite molds by the lower heat-conducting ability of its material, which is unbound quartz sand, which provides the necessary regulation of food conditions to prevent the formation of porosity. However, in the manufacture of railway wheels in the mold of this design, there is a high probability of the formation of shrinkage defects in those places of the casting that correspond to the rim of the casting wheel due to its excessive massiveness.

Задача предлагаемой полезной модели состоит в создании литейной формы, позволяющей получить необходимую для обеспечения годной отливки последовательность затвердевания во всем объеме отливки железнодорожного колеса, а именно, в первую очередь, диска, затем обода и ступицы колеса.The objective of the proposed utility model is to create a mold that allows you to get the necessary solidification sequence of solidification in the entire volume of casting of a railway wheel, namely, primarily the disk, then the rim and wheel hub.

Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является снижение усадочных дефектов и повышение плотности металла в объеме отливки, соответствующей ободу колеса, увеличение надежности готовых литых железнодорожных колес.The technical result achieved by the implementation of the utility model is to reduce shrinkage defects and increase the density of the metal in the casting volume corresponding to the wheel rim, increase the reliability of the finished cast railway wheels.

Указанный технический результат достигается тем, что в песчаной форме для литья железнодорожного колеса, содержащей верхнюю и нижнюю опоки с полостями, образующими при смыкании опок литейную полость, которая повторяет контур колеса, включая ступицу, диск и обод, причем в верхней опоке выполнены центральная полость под прибыль для питания ступицы колеса с установленным в центральной полости фильтром и один или несколько выпоров, в нижней опоке установлен стержень для формирования отверстия в ступице колеса и в форме размещен кольцевой охлаждающий элемент для теплоотвода от металла, соответствующего ободу колеса, согласно тому, что предлагает полезная модель, в верхней опоке выполнены, по меньшей мере, три полости под прибыли для питания отливки обода колеса. Кольцевой охлаждающий элемент может в литейной форме отсутствовать, либо может быть размещен в нижней опоке непосредственно под литейной полостью для отливки обода колеса. Охлаждающий элемент при его размещении в нижней опоке выполнен цельным, либо с разрывами, либо набранным из секторов.The specified technical result is achieved in that in a sand mold for casting a railway wheel containing the upper and lower flask with cavities forming, when the flasks are closed, a casting cavity that follows the wheel contour, including the hub, disk and rim, with a central cavity underneath profit for powering the wheel hub with a filter installed in the central cavity and one or more strips; a rod for forming a hole in the wheel hub is installed in the lower flask and an annular lazhdayuschy element for heat removal from the metal rim of the corresponding wheel, according to what provides a useful model in the upper flask made of at least three cavities under profit for feeding the casting wheel rim. The annular cooling element may be absent in the casting form, or may be placed in the lower flask directly below the casting cavity for casting the wheel rim. The cooling element, when placed in the lower flask, is made whole, either with gaps or drawn from sectors.

Выполнение в верхней опоке нескольких полостей под прибыли для питания отливки обода колеса уменьшает скорость теплопередачи в этом массивном объеме отливки, что позволяет избежать усадочных дефектов в металле обода колеса. По мере остывания затвердевающая отливка обода колеса питается жидким металлом из трех или более прибылей, чем компенсируется усадка обода колеса, и уменьшается склонность к возникновению усадочной пористости. Тем самым повышается структурная целостность и плотность отливки, создаются условия обеспечения процесса направленного затвердевания во всем объеме обода колеса, к которому предъявляются требования обеспечения повышенного качества металла, поскольку именно обод находится в процессе эксплуатации железнодорожного колеса в наиболее сложных условиях нагружения.Performing in the upper flask several cavities for profit to power the casting of the wheel rim reduces the heat transfer rate in this massive volume of the casting, which avoids shrinkage defects in the metal of the wheel rim. As cooling takes place, the hardened casting of the wheel rim is fed with liquid metal of three or more profits, which compensates for the shrinkage of the wheel rim, and decreases the tendency to shrink porosity. This increases the structural integrity and density of the casting, creates the conditions for ensuring the process of directional solidification in the entire volume of the wheel rim, which is required to ensure high quality metal, since the rim is in the process of operating a railway wheel in the most difficult loading conditions.

Названному процессу способствует размещение охлаждающего элемента в нижней опоке непосредственно под литейной полостью для обода колеса. Это позволяет ускорить отвод тепла от обода, повысить надежность и эффективность работы прибылей, снизить их объем.The named process is facilitated by the placement of a cooling element in the lower flask directly below the casting cavity for the wheel rim. This allows you to accelerate the removal of heat from the rim, increase the reliability and efficiency of the profits, reduce their volume.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлен продольный разрез литейной формы в исполнении с прибылями (фиг. 1); с прибылями и охлаждающим элементом (фиг. 2).The proposed utility model is illustrated by drawings, which show a longitudinal section of the mold in the design with profits (Fig. 1); with profits and a cooling element (Fig. 2).

Литейная песчаная форма для отливки железнодорожного колеса (фиг. 1) содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 опоки с выполненными в них полостями, которые при смыкании верхней 1 и нижней 2 опок образуют литейную полость 3. Верхняя опока 1 имеет центральную полость 4 под прибыль, которая предназначена для заливки в форму металла и для питания отливки ступицы колеса жидким металлом. В центральной полости 4 размещен керамический фильтр 5, который при заливке жидкого металла способен всплывать на поверхность жидкого металла и подниматься вверх в полости 4 до уровня заливки расплава.The sand casting mold for casting a railway wheel (Fig. 1) contains the upper 1 and lower 2 flasks with cavities made in them, which, when the upper 1 and lower 2 flasks are closed, form a casting cavity 3. The upper flask 1 has a central cavity 4 for profit, which It is intended for pouring metal into the mold and for feeding the casting of the wheel hub with liquid metal. A ceramic filter 5 is placed in the central cavity 4, which, when pouring liquid metal, is able to float to the surface of the liquid metal and rise upward in the cavity 4 to the level of pouring the melt.

В верхней опоке 1 по окружности, соответствующей ободу колеса, равномерно выполнены, как минимум, три полости 6 под прибыли для питания отливки обода колеса. Выполнение полостей 6 под прибыли способствует более равномерному питанию жидким металлом затвердевающего обода колеса как наиболее массивного элемента отливки. Увеличение количества полостей 6 более трех существенно повышает качество отливки железнодорожного колеса. Прибыль для питания ступицы колеса и прибыли для питания отливки обода колеса могут быть заключены в термоизоляционные или экзотермические оболочки (не показаны). В верхней опоке 1 над центральной полостью 4 и над полостями 6 имеются выпоры 7, выполненные в виде цилиндрических каналов, проходящих до наружной поверхности верхней опоки 1. В нижней опоке 2 установлен песчаный стержень 8, предназначенный для формирования отверстия в ступице колеса и изготовленный цельным или пустотелым.In the upper flask 1 along the circumference corresponding to the rim of the wheel, at least three cavities 6 are uniformly made for profit to power the casting of the rim of the wheel. The implementation of the cavities 6 for profit contributes to a more even supply of liquid metal to the hardening wheel rim as the most massive casting element. The increase in the number of cavities 6 more than three significantly improves the quality of the casting of the railway wheel. Profits for powering the wheel hub and profits for powering the casting of the wheel rim can be enclosed in heat-insulating or exothermic shells (not shown). In the upper flask 1 above the central cavity 4 and above the cavities 6 there are protrusions 7 made in the form of cylindrical channels extending to the outer surface of the upper flask 1. In the lower flask 2 there is a sand rod 8 designed to form a hole in the wheel hub and made integral or hollow.

В нижней опоке 2 непосредственно под той частью литейной полости, которая предназначена для отливки обода колеса, может быть размещен кольцевой охлаждающий элемент 9 (фиг. 2). Охлаждающий элемент 9 выполняют в виде сплошного, наборного или с разрывами кольца из материалов, теплопроводность которых существенно превышает теплопроводность песчаной литейной формы, например, из стали, меди или графита. В охлаждающем элементе 9 могут быть выполнены каналы для водоохлаждения (не показаны).In the lower flask 2, immediately below that part of the casting cavity, which is intended for casting the wheel rim, an annular cooling element 9 can be placed (Fig. 2). The cooling element 9 is made in the form of a continuous, type-setting or with breaks rings from materials whose thermal conductivity substantially exceeds the thermal conductivity of a sand casting mold, for example, steel, copper or graphite. In the cooling element 9 can be made channels for water cooling (not shown).

Работает полезная модель следующим образом.The utility model works as follows.

В изготовленную литейную форму через центральную полость 4 заливают жидкий металл. Фильтр 5 уменьшает силу удара падающей струи жидкого металла и рассредоточивает ее, исключая размыв литейной формы, а также фильтруя нежелательные включения и примеси заливаемого жидкого металла. По мере заполнения литейной полости 3 жидким металлом фильтр 5 всплывает и далее выполняет функции теплоизолятора, снижая теплоотдачу в центральной полости 4 с поверхности металла в окружающую среду. По мере наполнения литейной полости 3 заполняются металлом и полости 6 под прибыли.Liquid metal is poured into the manufactured mold through the central cavity 4. The filter 5 reduces the impact force of the incident jet of liquid metal and disperses it, eliminating erosion of the mold, as well as filtering unwanted inclusions and impurities of the liquid metal being poured. As the casting cavity 3 is filled with liquid metal, the filter 5 pops up and further functions as a heat insulator, reducing heat transfer in the central cavity 4 from the metal surface to the environment. As the foundry cavity 3 is filled, metal is filled and the cavity 6 is profitable.

Первым затвердевает диск железнодорожного колеса как наименее массивный, при этом диск железнодорожного колеса непрерывно питается жидким металлом из ступицы. Затем отверждаются обод и ступица.The first to solidify the railway wheel disk as the least massive, while the railway wheel disk is continuously fed by liquid metal from the hub. Then the rim and hub are cured.

В случае использования охлаждающего элемента 9, охлаждающий элемент 9 ускоряет теплоотвод от металла, заполняющего литейную полость, образующую обод железнодорожного колеса, повышая направленность затвердевания в ободе.In the case of using the cooling element 9, the cooling element 9 accelerates the heat removal from the metal filling the casting cavity forming the rim of the railway wheel, increasing the direction of solidification in the rim.

В процессе охлаждения и затвердения отливки железнодорожного колеса, металл из центральной прибыли и прибылей, расположенных по окружности обода, питает, соответственно, ступицу и обод железнодорожного колеса, предотвращая образование усадочных дефектов в этих массивных частях отливки.During cooling and hardening of the casting of the railway wheel, metal from the central profit and profits located around the circumference of the rim feeds, respectively, the hub and rim of the railway wheel, preventing the formation of shrinkage defects in these massive parts of the casting.

После охлаждения металла до температуры выбивки отливку колеса извлекают из опок 1 и 2, а затем подвергают дальнейшей термической и механической обработке.After cooling the metal to a knock-out temperature, the casting of the wheel is removed from flasks 1 and 2, and then subjected to further thermal and mechanical processing.

Claims

1. A mold for the manufacture of a railway wheel, containing the upper and lower flask with cavities, forming when the upper and lower flasks are closed, a casting cavity that repeats the contour of the railway wheel, consisting of a hub, disk and rim, made in the upper flask central cavity for profit supplying liquid metal to the wheel hub with a filter installed in the central cavity and supports, and a rod located in the lower flask to form an opening in the wheel hub, characterized in that in the upper flask complete, at least three cavities under profit for feeding liquid metal wheel rim.

2. The mold according to claim 1, characterized in that an annular cooling element is placed in the lower flask under the casting cavity for the wheel rim.

3. The mold according to claim 2, characterized in that the annular cooling element is made integral, integral or recruited from sectors.