專利名稱：鑄造火車車輪的退行式澆注方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄件生產(chǎn)的澆注方法，特別是一種鑄造火車車輪的退行 式淺注方法。
背景技術(shù)：
對火車車輪制造來說，傳統(tǒng)制造方法是模鍛法，也就是通常說的碾鋼輪。 模鍛法的原理是將軋制好的坯料加熱到塑性變形溫度，放入鍛模中，在壓力 機(jī)等類似設(shè)備的作用下形成車輪。由于火車車輪的工況條件十分惡劣，其內(nèi)、 外部質(zhì)量要求均十分苛刻，這就決定了不可能采用傳統(tǒng)的鑄造工藝?，F(xiàn)有技 術(shù)曾有使用鐵模鑄造的研究，后終因質(zhì)量穩(wěn)定性差等原因，未能投入使用。
火車車輪鑄造的核心問題是如何保證鑄件內(nèi)部無縮孔，也就是實現(xiàn)真正 的順序凝固?，F(xiàn)有火車車輪鑄造技術(shù)一般采用石墨作鑄型，各公司利用不同 的技術(shù)，實現(xiàn)車輪鑄件的順序凝固，從而得到無內(nèi)部縮孔、縮松的鑄件。主
要有兩種工藝設(shè)備 一種是重力澆注方案，另一種是低壓底鑄式澆注方案。
所謂重力澆注，就澆注來說與通常鑄造生產(chǎn)的澆注方法沒什么不同，所 不同的是根據(jù)車輪的特點，在澆注系統(tǒng)方面有所區(qū)別，簡單的說，重力澆注 的澆包采用傳統(tǒng)的底注澆包(也有采用茶壺澆包的)，中間輪轂直接作澆口， 冒口下部放雨淋芯作為雨淋澆口，雨淋芯的中間是直徑較大的孔，作為冒口 的補(bǔ)縮通道，澆注時該通道上蓋一個芯子作蓋子一_浮芯，澆注結(jié)束后浮芯 自動浮起，補(bǔ)縮通道打開，輪轂孔鑄出，由中芯形成，中芯上設(shè)補(bǔ)縮通道。 為了實現(xiàn)鑄件的順序凝固，鑄型采用石墨來增強(qiáng)冷卻效果，鑄件的壁厚是不 均勻的，在澆注的遠(yuǎn)端一一輪輞部位是一個巨大的環(huán)形熱節(jié)，輪輞部位鑄型 直接由石墨形成，使此處鋼水以盡量快的速度冷卻。
實際生產(chǎn)表明，該重力澆注法具有澆注設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本和設(shè)備投資
相對較少等優(yōu)點，但也存在廢品率較高等缺陷，具體體現(xiàn)在
(1) 該方案在澆注時澆包水口與鑄型的澆口杯之間有較大一段距離，澆 注時鋼水接觸大量的空氣，會產(chǎn)生吸氣和二次氧化產(chǎn)生氧化夾雜物，對火車 車輪這種對夾雜物和機(jī)械性能要求非常嚴(yán)格零件，就有可能對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生 決定性的影響；
(2) 該方案的澆注系統(tǒng)由冒口 (直接從冒口澆注)、雨淋芯、浮芯、中 芯組成，這些澆注系統(tǒng)組件均有樹脂砂或水玻璃砂制成，澆注時鋼水對他們 會有較嚴(yán)重的沖刷現(xiàn)象，極有可能形成鑄件內(nèi)部夾砂缺陷。
據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)工藝穩(wěn)定時，采用該方案鑄造火車車輪的平均廢品率在10% 左右。
低壓底注澆注方案與重力澆注方案不一樣，其全部零件表面均有石墨形 成，只有冒口部分由砂村形成，其輻板也不做補(bǔ)縮通道用，輪轂有輪轂的冒 口，輪輞有輪輞的冒口。在低壓底鑄澆注方案中，每個鑄型上都帶一個塞桿 機(jī)構(gòu)，澆注前處于打開狀態(tài)。澆注時，鑄型下部有通道與低壓澆注機(jī)構(gòu)連通， 然后低壓澆注系統(tǒng)內(nèi)部加壓，鋼水液面通過制定通道上升，進(jìn)入鑄型，很快 鑄型充滿后，鑄型上的塞桿機(jī)構(gòu)堵住底注澆口，然后低壓澆注系統(tǒng)內(nèi)部減壓， 澆注管內(nèi)鋼水液面下降，鑄型與低壓澆注系統(tǒng)脫離，完成澆注。
實際生產(chǎn)表明，該低壓底鑄式澆注方案存在設(shè)備投資大、工藝出品率較 低以及生產(chǎn)成本高等缺陷，具體體現(xiàn)在
(1) 該澆注方案需要的設(shè)備復(fù)雜和維護(hù)成本大，投資和維護(hù)難度較大；
(2) 由于采用全石墨型鑄造，鑄件輪轂和輪輞需要分別補(bǔ)縮，工藝出品 率相對較低；
(3 )每個鑄型設(shè)有一套塞桿水口系統(tǒng)，成本較高；
(4)輪輞部位設(shè)冒口并且設(shè)在不加工表面上，增加了打磨難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鑄造火車車輪的退行式澆注方法，克服現(xiàn)有技 術(shù)的局限性，提高生產(chǎn)成品率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種鑄造火車車4&的退行式澆注方法，
包括
步驟l、澆注模具裝置進(jìn)入澆注工位；
步驟2、澆注^t具裝置上升，澆注套管組件插入澆注4莫具裝置內(nèi)部，直 至到達(dá)澆注開始位置；
步驟3、鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入澆注模具裝置的鑄件腔；
步驟4、澆注模具裝置下降，澆注套管組件逐漸從澆注模具裝置內(nèi)部退 出，使鑄件腔內(nèi)鋼水液面的絕對高度基本保持不變，直至澆注結(jié)束；
步驟5、澆注模具裝置下降，離開澆注工位。
其中，所述步驟l具體為澆注模具裝置由套箱攜帶送入液壓升降澆注 臺上的澆注工位上。
其中，所述步驟2具體為所述澆注模具裝置由液壓升降澆注臺帶動上 升直至澆注開始位置，澆注套管組件插入澆注模具裝置內(nèi)部，所述澆注開始 位置是所述澆注模具裝置中澆口的進(jìn)口上端位于澆注套管組件的下端位置。
其中，所述步驟3具體為鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入澆注模具裝置的澆 口，由所述澆口將所述鋼水送入鑄件腔。進(jìn)一步地，所述澆口將所述鋼水送 入鑄件腔具體為所述鋼水進(jìn)入澆口內(nèi)腔，至少兩個內(nèi)澆口將所述鋼水分成 至少兩股分別送入鑄件腔。
其中，所述步驟4具體為隨著澆注過程的進(jìn)行，當(dāng)鋼水液面上升到稍 高于澆注套管組件的下端面時，液壓升降澆注臺帶動澆注4莫具裝置自動下降， 澆注套管組件逐漸從澆注模具裝置內(nèi)部退出，使所述鑄件腔內(nèi)鋼水液面與澆 注套管組件的相對高度不變，直至澆注結(jié)束。
本發(fā)明提出了一種鑄造火車車輪的退行式澆注方法，采用退讓式澆注過
程，在澆注過程中，澆注;漠具裝置在鑄件腔內(nèi)鋼水量不斷增加時，隨著可升 降式液壓升降澆注臺緩慢下降，澆注套管組件逐漸從澆注^^莫具內(nèi)部退出，使 得整個澆注過程中鑄件腔內(nèi)鋼水平面的絕對高度基本不變。能很大程度降低 鋼水在空氣中的暴露時間，從而減少了鋼水的吸氣和二次夾雜的生成，提高 了產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明采用的退讓式澆注系統(tǒng)全部由耐火材料組成，基本消除 了澆注過程成中由于鋼水對澆注系統(tǒng)的沖刷給4^件質(zhì)量帶來的不良影響。因 此本發(fā)明鑄造火車車輪的退行式澆注方法提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成品率。 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明鑄造火車車輪的退行式澆注方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明退行式澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明耐火材料澆口的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明
l一下石墨型；2 —-上石墨型；3—-上砂襯；
4—分隔片；5 —-中芯；6 —-鑄件腔；
7—下砂村；10--耐火材料澆口；11--快換機(jī)構(gòu)；
12—支撐套管；13-—大澆注套管；14-一支撐套管；
15 —小澆注套管；16-一澆包水口；17-一水口塞頭；
18—插入孔；19-一下石墨型的內(nèi)壁；20-—下砂襯的上表面;
21_芯座；22--冒口；23-—水口石爭；
24—進(jìn)口上端；25-一鋼水進(jìn)口 ；26-一近球形空腔；
27 —夾角；28-一內(nèi)澆口 ；29-一套箱；
30—液壓升降澆注臺。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明鑄造火車車輪的退行式澆注方法的流程圖，包括 步驟l、澆注;ft具裝置進(jìn)入澆注工位；
步驟2、澆注才莫具裝置上升，澆注套管組件插入澆注;漠具裝置內(nèi)部，直 至到達(dá)澆注開始位置；
步驟3、鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入澆注模具裝置的鑄件腔；
步驟4、澆注模具裝置下降，澆注套管組件逐漸從澆注模具裝置內(nèi)部退 出，使鑄件腔內(nèi)鋼水液面的絕對高度基本保持不變，直至澆注結(jié)束；
步驟5、澆注模具裝置下降，離開澆注工位。
下面結(jié)合退行式澆注系統(tǒng)進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的4支術(shù)方案。圖2為本 發(fā)明退行式澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。退行式澆注系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)包括澆注模 具裝置、澆注套管組件和液壓升降澆注臺，澆注模具裝置形成模具鑄件腔， 澆注套管組件用于伸入鑄件腔并澆注鋼水，液壓升降澆注臺用于支撐澆注模 具裝置，隨著澆注過程的進(jìn)行自動下降，澆注套管組件逐漸從澆注模具裝置 內(nèi)部退出，使鋼水液面與澆注套管組件的相對高度不變，形成本發(fā)明鑄造火 車車輪的退行式澆注方法。如圖2所示，澆注模具裝置包括相對設(shè)置且扣合 在一起的下石墨型1和上石墨型2,下石墨型1內(nèi)設(shè)置下^"襯7，下砂襯7的 中心通過芯座21設(shè)置中芯5,中芯5開設(shè)有補(bǔ)縮通道，中芯5的內(nèi)部包裹著 澆注系統(tǒng)8;上石墨型2內(nèi)設(shè)置上砂襯3,并與下砂襯7 —起形成模具鑄件腔 6。具體地，下石墨型的內(nèi)壁19上附著下砂襯7，下砂襯的上表面20是形成 車輪零件的表面，在下砂襯7的中心是中芯5的芯頭芯座21,此處確定中芯 5的位置，中芯由耐火材料骨料加粘合劑以特定工藝制作成型，并開通有補(bǔ) 縮通道，中芯內(nèi)部包裹著一個耐火材^"制成的耐火材^f"澆口 10。澆注套管組 件用于澆注鋼水，包括伸入鑄件腔6內(nèi)且位于中芯5上端面24的小澆注套管 15。
進(jìn)一步地，中芯5上面是冒口 22和鑄件腔6的分隔片4,分隔片4的中 心部分是一個插入孔18,插入孔18的作用一方面作為澆注時小澆注套管15
的插入通道，另一方面作為鑄件的補(bǔ)縮通道。冒口 22的材質(zhì)一般是一種保溫 效果較好的材料。
澆注套管組件包括由澆包水口 16和水口塞頭17組成的開關(guān)組件，下部 連接大澆注套管13，大澆注套管13的材質(zhì)是高壽命耐火材料，大澆注套管 13外套設(shè)加固強(qiáng)化作用的支撐套管12;大澆注套管13下部連接小澆注套管 15,小澆注套管15同樣由高壽命耐火材料制成，小澆注套管15外也套設(shè)支 撐套管14，同時起連接作用；大澆注套管13和支撐套管12通過快換機(jī)構(gòu)11 與澆包水口16連接，澆包水口 16由水口磚23形成。
本發(fā)明步驟l中，澆注模具裝置由套箱攜帶送入液壓升降澆注臺上。實 際生產(chǎn)時，澆注模具裝置設(shè)置在套箱29上，由套箱29攜帶澆注模具裝置進(jìn) 入液壓升降澆注臺30，并位于液壓升降澆注臺30上的澆注工位上，開始澆 注過程。
本發(fā)明步驟2中，澆注模具裝置由液壓升降澆注臺帶動上升直至澆注開 始位置，所述澆注開始位置是所述澆注模具裝置中澆口的進(jìn)口上端位于澆注 套管組件的下端位置。本發(fā)明上述技術(shù)方案采用退讓式澆注過程，能很大程 度降低鋼水在空氣中的暴露時間，從而減少鋼水的吸氣和二次夾雜的生成， 對火車車輪這種對夾雜物和機(jī)械性能要求非常嚴(yán)格零件，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明步驟3中，鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入澆注模具裝置的澆口，由所 述澆口將所述鋼水送入鑄件腔。進(jìn)一步地，所述澆口將所述鋼水送入鑄件腔 具體為所述鋼水進(jìn)入澆口內(nèi)腔，至少兩個內(nèi)澆口將所述鋼水分成至少兩股 分別送入鑄件腔。圖3為本發(fā)明耐火材料澆口的結(jié)構(gòu)示意圖，僅僅是一種設(shè) 計方案。耐火材料澆口 10的內(nèi)部為近球形空腔26，近球形空腔26的上部設(shè) 置鋼水進(jìn)口 25,每側(cè)分叉為內(nèi)澆口 28,設(shè)置的內(nèi)澆口 28為至少一個，與鋼 水進(jìn)口 25的軸線呈一定設(shè)計夾角。實際生產(chǎn)中，內(nèi)澆口28的軸線與鋼水進(jìn) 口 25的軸線之間的夾角27可根據(jù)需要確定，而鋼水進(jìn)口 25的形狀、大小則
根據(jù)需要確定，內(nèi)澆口 28的形狀、大小、個數(shù)以及分布也根據(jù)需要確定。本 實施例中，耐火材料澆口 IO應(yīng)該是高強(qiáng)度、耐高溫能力、抗沖刷能力均強(qiáng)于 中芯5的材料，并且應(yīng)該事先準(zhǔn)備好，在制造中芯5時埋入到中芯5內(nèi)部。 上述技術(shù)方案使本發(fā)明的澆注系統(tǒng)全部由耐火材料組成，基本消除了澆注過 程中由于鋼水對澆注系統(tǒng)的沖刷給鑄件質(zhì)量帶來的不良影響。
本發(fā)明步驟4中，隨著澆注過程的進(jìn)行，當(dāng)鋼水液面上升到稍高于免注 套管姐件的下端面時，液壓升降澆注臺帶動澆注模具裝置自動下降，使所述 鑄件腔內(nèi)鋼水液面與澆注套管組件的相對高度不變，直至澆注結(jié)束。液壓升 降澆注臺30支撐著澆注模具裝置，用于隨著澆注過程的進(jìn)行，當(dāng)鋼水液面上 升到稍高于小套管15的下端面31時，液壓升降澆注臺30自動下降，使鋼水 液面與小澆注套管15下端面31的相對高度不變。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本發(fā)明還包括在澆注模具裝置中冒口根部的車 輪零件剛剛凝固、但還沒有強(qiáng)度時清除冒口的開箱操作步驟。在鑄造車輪的 生產(chǎn)中，清除冒口的開箱操作是很有特點的，不是等零件冒口冷卻后再清除， 而是在零件已經(jīng)完全凝固，但冒口根部剛剛凝固，但還沒有強(qiáng)度時清除，所 以可操作時間^艮短，如果開箱太早，冒口根部沒有完全凝固，造成零件縮孔 報廢；如果開箱太晚，冒口拔不斷，零件也報廢。與現(xiàn)有技術(shù)重力澆注方案 相比，本發(fā)明由于取消了雨淋芯，本發(fā)明開箱時間相對寬松，對提高鑄件質(zhì) 量更有利。
本發(fā)明的工作過程為澆注時，套箱29攜帶澆注模具裝置沿輥道線進(jìn)入 液壓升降澆注臺30，到位后液壓升降澆注臺30上升，直至小澆注套管15的 下端31與中芯5內(nèi)耐火材料澆口 10的進(jìn)口上端24幾乎接觸；然后水口塞頭 17上提，澆包水口 16打開，鋼水沿澆包水口 16、大澆注套管13、小洗注套 管15、耐火材料澆口 IO的進(jìn)口 25分兩股分別從兩個內(nèi)澆口 28進(jìn)入鑄件腔6; 隨著澆注過程的進(jìn)行，鋼水液面上升到稍稍高于小澆注套管15的下端面31 時，液壓升降澆注臺30自動下降，始終保持鋼水液面與澆注小套管15下端
面31的相對高度不變；澆注結(jié)束時，水口塞頭17下降，封閉澆包水口 16; 液壓升降澆注臺30下降到位后，套箱29開出澆注位，下一澆注模具裝置進(jìn) 入澆注位,開始另一個澆注流程。
由上述技術(shù)方案可以看出，在澆注過程中，澆注模具裝置使鑄件腔內(nèi)鋼 水量的不斷增加，隨著可升降式液壓升降澆注臺緩慢下降，使得整個澆注過 程中鑄件腔內(nèi)鋼水液面的絕對高度基本不變。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技 術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑄造火車車輪的退行式澆注方法，其特征在于，包括步驟1、澆注模具裝置進(jìn)入澆注工位；步驟2、澆注模具裝置上升，澆注套管組件插入澆注模具裝置內(nèi)部，直至到達(dá)澆注開始位置；步驟3、鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入澆注模具裝置的鑄件腔；步驟4、澆注模具裝置下降，澆注套管組件逐漸從澆注模具裝置內(nèi)部退出，使鑄件腔內(nèi)鋼水液面的絕對高度基本保持不變，直至澆注結(jié)束；步驟5、澆注模具裝置下降，離開澆注工位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造火車車輪的退行式澆注方法，其特征在于， 所述步驟l M為澆注^*裝置由套箱攜帶^液壓升降澆注臺上的澆注工位上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造火車車輪的退行式澆注方法，其特征在于， 所述步驟2具體為所述澆注;漠具裝置由液壓升降澆注臺帶動上升直至澆注 開始位置，澆注套管組件插入澆注模具裝置內(nèi)部，所述澆注開始位置是所述 澆注模具裝置中澆口的進(jìn)口上端位于澆注套管組件的下端位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造火車車輪的退行式澆注方法，其特征在于， 所述步驟3具體為鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入免注模具裝置的免口，由所述 澆口將所述鋼水送入鑄件腔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄造火車車輪的退行式澆注方法，其特征在于， 所述澆口將所述鋼水送入鑄件腔具體為所述鋼水進(jìn)入澆口內(nèi)腔，至少兩個 內(nèi)澆口將所述鋼水分成至少兩股分別送入鑄件腔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造火車車輪的退行式澆注方法，其特征在于， 所述步驟4具體為隨著澆注過程的進(jìn)行，當(dāng)鋼水液面上升到稍高于澆注套 管組件的下端面時，液壓升降澆注臺帶動澆注模具裝置自動下降，澆注套管 組件逐漸從澆注模具裝置內(nèi)部退出，使所述鑄件腔內(nèi)鋼水液面與澆注套管組 件的相對高度不變，直至澆注結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造火車車輪的退行式澆注方法，包括澆注模具裝置進(jìn)入澆注工位；澆注模具裝置上升，澆注套管組件插入澆注模具裝置內(nèi)部，直至到達(dá)澆注開始位置；鋼水經(jīng)澆注套管組件進(jìn)入澆注模具裝置的鑄件腔；澆注模具裝置下降，澆注套管組件逐漸從澆注模具裝置內(nèi)部退出，使鑄件腔內(nèi)鋼水液面的絕對高度基本保持不變，直至澆注結(jié)束；澆注模具裝置下降，離開澆注工位。本發(fā)明采用退讓式澆注過程，降低了鋼水在空氣中的暴露時間。在澆注過程中，澆注模具裝置在鑄件腔內(nèi)鋼水量不斷增加時，隨著可升降式液壓升降澆注臺緩慢下降，使得整個澆注過程中鑄件腔內(nèi)鋼水平面的絕對高度基本不變。本發(fā)明方法能提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)成品率高。
文檔編號B22D37/00GK101099997SQ20071005489
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者付順利, 平向紅, 黃毅春 申請人:天瑞集團(tuán)鑄造有限公司