[发明专利]一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法，适用于各种规格整体式轨道车轮毛坯的铸造。

背景技术

轨道车轮是轨道交通机车车辆的一个重要零件，每台车需要8～12个，市场需求量较大。轨道车轮是包括火车车轮、城铁车轮、地铁车轮和货车车轮的一大类产品，其结构上主要有轮毂、辐板、轮缘、轮辋、踏面。辐板有直辐板、斜辐板和S形辐板等多种形式，其中S形辐板具有良好的应力状态，且有显著的轻量化作用，其用量最大。S形辐板轨道车轮要求踏面具有高抗磨性和良好的抵抗疲劳剥落的能力，要求辐板和轮毂部分有良好的强度、韧性和塑性。因此，目前的S形辐板车轮的材质主要是以CL60为代表的高碳钢或中高碳合金钢，踏面部分通过喷淋淬火处理来提高其耐磨性。

根据毛坯生产方法不同，轨道车轮可分为锻造辗钢车轮和铸造车轮两大类。锻造辗钢车轮的生产工艺流程包括燉粗、压痕、模锻、轧制、压弯、冲孔、热处理和切削加工。原料为钢坯，加热后首先经过自由锻燉粗，再进行环内燉粗、压痕和模锻后成为车轮的基本形状，然后利用车轮专用轧机进行轧制，得到车轮的踏面和轮辋，再将辐板压弯成为S型辐板，并通过冲孔工序得到中央轴孔，最后经过必要的热处理和切削加工得到车轮成品。这种方法生产的车轮综合性能优异，但成本高，所需锻压设备庞大。

现有技术中，铸造轨道车轮有两种方法。美国埃贝克斯公司（ABEx）生产轨道车轮的特征是用石墨模铸型，雨琳式浇注系统浇铸。其生产工艺步骤是：1650℃出钢，钢水倾倒在茶壶钢水包中，加入硅铁、锰铁、增碳剂等调整成分后，再将钢水倒入4t的底注式柱塞浇铸包中，浇铸前在钢水中加入合金孕育剂。石墨铸型在浇铸线上由步进梁移动，石墨铸型内的砂芯有雨淋芯、浮芯和中芯三种。钢水从柱塞浇铸包底部流出，经雨淋芯进入石墨模铸型，浮芯随钢水上浮，使钢水不断补充，从而防止了钢水凝固时产生缩孔。同时由于钢水流速受到控制，也减少了对铸型的侵蚀。中芯用来形成轴孔。注满一个模箱后，石墨模铸型在链式输送线上自动移动、缓慢冷却。开箱取出的轮坯送入退火坑内消除应力并控制冷却，最后，对车轮踏面进行喷水淬火，淬火后的车轮经回火处理，得到轨道车轮毛坯。

美国格里芬公司（GRIFFIN）铸造轨道车轮的特征是石墨模铸型压力浇铸工艺，其流程是：出钢温度1650℃，钢水倒入专用钢水包中，钢水包放入密封式钢包车上，盖上钢包盖。钢包盖上装有陶瓷制的钢水上升管，同时插入钢水中。上升管与密闭室衔接处周围是真空隔绝装置。向密闭室内充压力0.2MPa压缩空气，室内压力将钢水从上升管压入烘烤至200℃的石墨模铸型中，整个压铸操作过程约20秒。钢水注满石墨型腔后，吊车将模箱吊至输送线上，冷却7～12分钟。铸型冷却到1100℃左右，卸下上模，夹具将轮坯从下模中取出。轮坯进入隧道炉中控制冷却至540℃出炉。去除石墨止流柱塞，清理轮毂孔，切除6个冒口，并用火焰切通轮毂孔，清理后，轮坯输送至环形炉进行正火或淬火，得到轨道车轮毛坯。这种方法生产的产品尺寸精度高、孔径与成品轮之差仅为3mm，轮廓尺寸与最终产品要求之差仅为0.5mm。表面质量好、安全性好、制造成本低。

但是这些铸造轨道车轮的方法都需要使用补缩冒口，成形后必须切除冒口，导致工艺出品率只有55～70%。如此，既浪费材料，又耗费工时。此外，模腔内的钢液所受压力很低，难以起到强制补缩和致密化的效果，车轮的致密度较低。再者，由于使用砂芯，容易带来砂眼缺陷而使工件报废，且S形辐板壁厚显著小于轮辋和轮毂，充型与补缩困难。因此，S形辐板轨道车轮较少用铸造方法生产，多是用锻造方法生产的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不用砂型、不用冒口来铸造内部致密、外形光洁、尺寸精确的S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法。

本发明的技术方案：

一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型，该铸型包括上型和下型。

下型包括：下模套、下模底、下型支撑、下型固定板、压室壁、下压头和环形顶件系统。

所述的压室壁的平面端的端面位于下型固定板上表面的中央，下型支撑的一个端面位于其外围，压室壁、下型支撑同轴安装在下型固定板的上表面上。

所述的环形顶件系统包括：顶件油缸、推板、顶杆压板和第一至第八个顶杆或第一至第九个顶杆或第一至第十个顶杆或第一至第十一个顶杆或第一至第十二个顶杆或第一至第十三个顶杆或第一至第十四个顶杆或第一至第十五个顶杆或第一至第十六个顶杆。

所述的顶件油缸位于压室壁和下型支撑之间，固定在下型固定板的上表面上。