[发明专利]一种用于轨道车的芯的互锁结构

说明书

发明领域

本发明涉及铁道耦合器领域，尤其涉及用于产生铁路耦合器转向节内部空间的芯及芯的制备方法，以及转向节本身的结构及其生产方法。

背景技术

轨道车耦合器位于各轨道车的端部，使得这种轨道车车厢的一端能够连接到另一辆轨道车车厢的与之相邻配置的端部。每个耦合器的彼此能相互配合（engagable）的部分在轨道领域被称为转向节（knuckles）。例如，美国专利4024958、4206849、4605133、5582307均提及了轨道货运车厢耦合器转向节。

耦合器转向节（coupler knuckles）通常由铸钢（cast steel）生产，生产过程中使用一个模具和三个用以产生转向节内部空间的芯。这三个芯通常构成后部芯或“肾形”区段，中间芯或“C-10”或“枢轴销”（pivot pin）区段以及前部芯或“指形”区段。在铸造过程中，模具和位于模具内部的三个芯之间本身的相互关系在生产令人满意的轨道货车耦合器转向节中是至关重要的。

生产这些组件最常见的技术是通过砂型铸造。砂型铸造为制造复杂的中空形状如耦合器主体、转向节、侧架（side frames）和承梁（bolsters）提供了一种低成本、高产量的生产方法。一个典型的砂型铸造包括：(1)围绕模样（pattern）填充砂形成模具（mold），一般包括浇注系统；(2)从模具中拿出模样；(3)将芯放入模具中，芯是封闭的；(4)用热的金属液体浇注所述模具；(5)使金属在模具中冷却；(6)将凝固的金属（也称为原始铸件）通过分离（breaking away）模具取出；(7)铸件完成和处理，其可能包括使用研磨机、焊机、热处理和机械加工。

在砂型铸造操作中，模具的制造是通过：用砂作为基础材料，并且使用粘结剂与之混合以保持其形状。模具分成两部分制造—上模(顶部)和下模(底部)，沿着分型线（parting line）分开。砂围绕模样填充，当模样从模具中移除后，砂仍然保持模样的形状。模样中机械制备（machined）拨模角度(draft angles)，以确保模样从模具中取出。在某些砂型铸造操作中，在注模过程中通过浇注工艺使用一个砂箱支撑砂。芯被插入到模具中，上模被放在下模上以封闭模具。

当铸造复杂或中空的部件时，芯用来确定所述中空内部或复杂区段，它们不能随模样一起制造。这些芯通常是由砂和粘结剂混合在一起制造，然后填充到一个具有该芯形状的盒子里。该芯盒可以手工充填也可以利用吹芯机（core blower）填充。将芯从盒中移除，然后放入模具中。利用型芯座（core prints）将芯定位到模具内，以及浇注金属时防止芯移动。此外，可能利用芯撑（chaplets）来支撑芯或限制芯的移动，以及在金属凝固过程中融合到基体金属（base metal）中。

模具通常包含浇注系统，浇注系统为熔化的金属提供了一个通道，控制金属流动到腔内。浇注系统包括了一个下浇口，控制金属的流动速度，下浇口与浇道连接。浇道是金属通过注入口流动到腔内的通道。注入口可以控制金属进入腔内的流速，防止液体的湍流。

在金属被注入模具后，在接近固态时，铸件冷却和收缩。当金属收缩时，额外的液态金属必须继续加入到收缩的地方,否则最终的组件将会出现空洞。在厚重的金属区段，模具中放置冒口（risers），以提供液态金属的辅助库。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空腔或正被浇铸的部分更长。随着腔的内容物冷却，冒口能够在区域内补充液体，确保生产一个结实的最终铸件。在上模顶部开口的冒口还可以在浇注和冷却过程中充当通风孔使空气排掉。

在各种铸造技术中，使用不同的砂粘结剂使砂保留模样的形状。这些砂粘结剂对最终产品有很大的影响，因为它们控制空间稳定性、表面光洁度以及在每个具体过程中的铸造细节。两种最典型的砂型铸造方法包括：(1)湿型砂，由硅砂、有机粘结剂和水组成；(2)自硬或空气硬化砂型，由硅砂和快速固化化学粘合剂组成。传统上，耦合器主体和转向节采用湿型砂工艺制造，因为其成型材料成本低。虽然采用该方法有效地制备这些组件已有许多年，然而这种工艺存在一些缺陷。

由于贯穿转向节的金属的内部和/或外部不一致，许多转向节是不合格的。这些不一致通常由铸造过程中一个或多个芯移动而引起，引起转向节壁的厚度差异。这些差异可能导致偏载以及增加转向节使用过程中失效的风险。

传统上，三个芯的每一个都需要被设置在模具中一个单独的型芯座上，型芯座有助于固定每个芯的位置。此外，额外的支撑机制，如手动插入钉子，是必要的，以避免移动。这些技术是劳动密集型的，还存在人为失误。