[发明专利]铸造轨道车车钩部件的浇冒系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于铸造轨道车车钩钩舌的方法和装置领域，尤其涉及铸造轨道车车钩部件的浇冒系统。

背景技术

轨道车车钩设置于轨道车的端部，以将轨道车的一端连接至另一轨道车的相邻一端上。每一种车钩的接合部分在铁道领域都被称为钩舌。例如，美国专利号为4024958、4206849、4605133及5582307的专利描述了铁路运输车车钩的钩舌。

车钩钩舌通常由铸钢并使用一模具和形成钩舌内部空间的三个型芯制得。该三个型芯通常组成后方型芯或称“肾”部分、中间型芯或称“c-10”或“中心承枢”部分、和前方型芯或称“指型”部分。在铸造过程中，模具和内置于模具中的三个型芯的相关关系对生产合格的铁路运输车车钩钩舌至关重要。

生产这些组件最常见的技术是砂铸。砂铸是形成复杂中空形（例如车钩本体、钩舌、侧框架和车架承梁）的一种低成本、高生产率的方法。典型的砂铸过程包括：（1）通过在一模型周围填充砂形成模具，该模型通常包括浇注系统和浇冒系统；（2）从模具上移除该模型；（3）将封闭的型芯放入模具内；（4）通过浇注在模具内注满滚烫的液态金属；（5）让金属在模具内冷却；（6）凝固的金属，称为原始铸件，通过破除模具而移出；（7）可能使用研磨机、焊机、热处理和机械加工来抛光、清洁该铸件。

在不同的铸造技术中会使用不同的砂粘结剂以使砂保持模型的形状。这些粘结剂可控制尺寸稳定性、表面光洁度和每个具体过程中铸造细节的可完成性，所以对最终产品有很大的影响。两个砂铸方法包括：（1）湿型砂，包括硅砂、粘土、有机粘结剂和水，（2）自硬或常温凝固砂，包括硅砂和快速固化化学粘结剂。传统上，鉴于低成本和模具材料，车钩本体和钩舌使用湿型砂过程制得。虽然多年来都是使用该方法有效地生产这些组件，但这个过程存在缺陷。

在砂铸过程中，模具是通过使用砂作为基础材料并混合一种粘结剂来保持砂的形状制得的。模具具有两半，上型（上部）和下型（下部），它们沿分型线分开。将砂填装在模型周围并在模具被取走后保存模型的形状。在提取过程中，在模型上机械加工拔模角度以确保该模型可从模具上脱离。在一些砂铸操作中，在模制和浇注的过程中使用型箱来支撑砂。将型芯置入模具内，并将上型放至下型上以关闭模具。

当铸造复杂或中空元件时，型芯用来设置该中空内部或不能使用模型形成的复杂部分。这些型芯通常是由砂、粘结剂混合在一起，然后填充至一个形状特征与型芯一样的盒子内制得。这些型芯盒使用人工塞紧或使用吹芯机。从盒子内移出型芯并放入模具内。将型芯放入模具内时，使用型芯座引导放置位置且可防止型芯在浇注金属时移动。此外，可使用型芯撑支撑或限制型芯的移动，型芯撑在凝固过程中融合到基体金属中。

模具通常包含浇注或“浇冒”系统，它提供一个熔融金属的流道，使金属流入构成铸造元件形状的型腔内。浇注系统通常包括一个流往溢流井的竖浇道，溢流井反过来连接至流道，流道是模具的上型和/或下型部分上的渠道，用以供金属流过。流道通常连接至冒口，冒口是多余熔融金属的储液室，在金属冷却时可不断供给部分型腔。金属通过内浇口从冒口和/或流道流入模具型腔内，从而形成部件。

金属被注入模具后，在接近固态时铸件会冷却和收缩。当金属冷却和收缩时，额外的液态金属必须不断地补给至收缩部位，否则最终部件将会出现孔隙。在厚重的金属区段，模具中设置冒口以提供液态金属的辅助存储。冒口是最后凝固的区域，从而使其内的液体保持液体状态的时间比型腔更长。随着型腔内的液体冷却，冒口补给收缩部位，以确保生产一个结实的最终铸件。冒口在上型模具的顶部是开口的，还可在浇注和冷却过程中充当通风孔使空气排掉。

在浇注系统中，内浇口的正确设计和放置是减少或消除在浇注系统和模具型腔填充过程中可能形成的杂质的关键因素。如果内浇口和浇注系统尺寸不正确或被放置在铸件的会导致金属发生不必要下落的位置，将会产生湍流金属流，这将引起液态金属携带气囊，气囊会导致杂质（经常被称为再氧化杂质）的形成。这些杂质对部件质量具有负面影响且对铸件的使用特性存在潜在危害。另外，这些杂质往往需要付出昂贵的二次机械处理以识别、去除，及修复位于不良位置的杂质。

除了再氧化杂质外，湍流的上液面也能增加液态金属的总含气量，由于在凝固过程中在该区域的气体溶解度水平超过其他区域，所以这可能导致在最后凝固的地方出现气孔的缺陷。

在钢铸件中杂质的其他常见来源通常包括被侵蚀的型砂、从熔炉或金属罐中夹带的渣、从熔化炉或金属罐中夹带的耐熔材料。浇注系统或湍流浇注模型的不正确设计都会产生这些杂质或使其进一步恶化。