專利名稱：有軌車輛轉向架的側架和搖枕及其制造方法
有軌車輛轉向架的側架和搖枕及其制造方法
背景技術：
有軌車輛通常由支撐在一對轉向架組件上的有軌車廂組成。轉向架組件包括通過搖枕和阻尼系統(tǒng)連接在一起的一對側架和輪副。車廂支撐在搖枕的中央桃狀物上，中央桃狀物作為轉向架系統(tǒng)的旋轉點。通過彈簧和摩擦式楔形減震器抵抗車廂本體的移動，彈簧和摩擦式楔形減震器將搖枕和側架連接。側架包括軸箱導框，軸箱導框分別限定了切口，使用滾柱軸承適配器將輪副的輪組件安放在所述切口內(nèi)。側架和搖枕可通過各種鑄造技術形成。用于生產(chǎn)這些元件最常用的技術為通過砂型鑄造。砂型鑄造提供了一種用于形成復合中空形狀(例如側架和搖枕)的低成本高產(chǎn)量的方法。一般的砂型鑄造操作中，(I)圍繞型模灌筑砂形成模具，通常包括澆注系統(tǒng)；(2)將型模移離模具；(3)將型芯放置于封閉的模具中；(4)通過澆注用熾熱的液態(tài)金屬填充模具；(5)使模具內(nèi)的金屬冷卻；(6)被稱為粗鑄件的凝固的金屬通過脫模而移走；以及(7)對鑄件進行研磨和清潔，其中可包括使用研磨機、焊機、熱處理和機械加工。在砂型鑄造操作中，使用砂子作為基礎材料來制造模具，所述砂子與粘結劑混合以保持形狀。模具制造為兩個半部一上型部(頂部)和下型部(底部)，它們沿?？p線分離。砂子圍繞型模進行灌筑并在其從模具中取出之后保持型模的形狀。以3度或3度以上的出模角度加工型模以確保在取出期間從模具中解除型模。在一些砂型鑄造操作中，在成型工藝期間在灌入過程中使用砂箱支承砂子。型芯插入模具，上型部放置于下型部上以封閉模具。當鑄造復合或中空部件時，型芯用于限定中空內(nèi)部，或用于限定不能以其他方式由型模制作的復雜部分。這些型芯通常通過在成形為該型芯產(chǎn)生的特征的盒子內(nèi)澆鑄砂和粘結劑來制成。這些芯盒可手工填塞，或者使用吹芯機制成。將型芯從芯盒中移走，并放入模具中。使用型芯座指引放置來將型芯置于模具中，并防止灌注金屬時型芯移動。另外，芯撐可用于支承或抑制型芯的移動，并在凝固過程中熔合至基體金屬中。模具通常包括澆注系統(tǒng)，該澆注系統(tǒng)為熔融金屬提供通道，并且控制金屬向型腔的流入。這種澆注包括注入口，該注入口控制金屬的流速，并且與澆道連接。澆道是金屬流過澆口進入型腔的通道。該澆口控制進入型腔的流速，并且防止液體湍流。在金屬灌入模具之后，隨著鑄件接近固態(tài)，鑄件冷卻并收縮。當金屬收縮時，必須繼續(xù)注入額外的液態(tài)金屬至收縮區(qū)域，否則在最終部件將出現(xiàn)空隙。在高收縮的區(qū)域，在模具中放置冒口以提供在灌入過程中將被填充的副儲液器。這些冒口是凝固的最后區(qū)域，從而使得內(nèi)容物保持在液態(tài)的時間比鑄造的部件的型腔的時間長。當型腔的內(nèi)容物冷卻時，冒口補給收縮的區(qū)域，確保產(chǎn)生固體最終鑄件。在上型模具的頂部開口的冒口，還可作為灌入和冷卻期間氣體溢出的出口。在各種鑄造技術中，使用不同的砂型粘結劑讓砂子保持型模形狀。這些粘結劑對最終產(chǎn)品具有很大影響，因為他們控制尺寸的穩(wěn)定性，表面光潔度，以及各具體過程可完成的鑄造細節(jié)。兩種最典型的砂型鑄造方法包括:(I)綠砂，由娃砂、有機粘結劑和水組成；以及(2)化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料，由硅砂和諸如酚醛聚氨酯之類的快速固化化學粘結劑組成。傳統(tǒng)地，由于與造模材料有關的成本較低，使用綠砂工藝制作側架和搖枕。盡管多年來這種方法在生產(chǎn)這些元件方面是有效的，但這種工藝仍有缺陷。通過上述綠砂作業(yè)生產(chǎn)的側架和搖枕存在一些問題。首先，型模要求相對較大的出模角度導致鑄件產(chǎn)品有相應的出模角度。在要求平坦部分的區(qū)域，例如側架上的軸架區(qū)域和搖枕上的摩擦閘瓦口(friction shoe pocket),必須使用型芯制作這些部件。在燒鑄過程中這些型芯具有移位和浮動的趨勢。這種運動可導致最終產(chǎn)品尺寸不一致，增加研磨時間，或者如果超出了規(guī)定尺寸，導致元件報廢。閱讀下文說明書，可看到這些鑄造作業(yè)的其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制造用于鑄造有軌車輛轉向架的側架的側架模具的方法。所述側架包括用于安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口。所述方法包括通過鑄造材料形成模具的下型部和上型部，用于分別限定所述側架的下型部和上型部的外表面。所述模具包括用于鑄造側架的軸箱導框區(qū)域的部分，所述軸箱導框區(qū)域包括軸箱頂部、接觸表面、外部豎式夾板和內(nèi)部豎式夾板。隨后固化所述下型部和上型部。本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造與用于鑄造有軌車輛轉向架的側架的模具一起使用的型芯的方法，其中所述側架包括安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口，并且其中每個軸箱導框部分由側架的相應端部延伸至該側架的搖枕孔。所述方法包括形成至少一個軸箱導框型芯的獨立的下型部和上型部。所述軸箱導框型芯的下型部和上型部限定所述側架的至少一個軸箱導框的內(nèi)部區(qū)域。所述方法還包括將軸箱導框型芯的下型部和上型部連接在一起，從而形成插入所述模具的軸箱導框型芯組件。本發(fā)明的又一個目的是提供一種制造有軌車輛轉向架的側架的方法，其中所述側架包括安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口。所述方法包括提供一種模具，所述模具分別限定該模具的下型部和上型部的外表面和至少一個軸箱切口。而后，鋼水灌入模具并使其固化。將鑄造的側架從模具移走，并所述鑄造的側架由最終部件、冒口和澆口組成。將多余材料從鑄造的側架上磨去，從而形成成品側架。從鑄件移除的多余材料的量，以型芯接縫、模縫線飛邊、冒口、配置型模、通氣孔的形式，少于最初灌入側架模具內(nèi)的鋼的總重量的10%。本發(fā)明的又一個目的是提供一種有軌車輛轉向架的側架，所述側架包括一對側架立柱和一對軸箱導框，所述側架立柱限定搖枕孔，所述軸箱導框從相應側架立柱延伸。每個軸箱導框限定配置為安裝輪副的輪組件的切口。所述側架包括設置在各個側架立柱的與側架立柱的搖枕側相對的內(nèi)側的第一筋板。各個側架立柱上限定了開口。所述開口自搖枕側延伸至相應側架立柱的內(nèi)側。所述開口延伸穿過第一筋板并大小為收納將防磨耗板固定至側架立柱的搖枕側的螺栓。本發(fā)明的又一個目的是提供一種制造有軌車輛轉向架的搖枕的方法。所述方法包括提供模具的下型部和上型部。在模具的主體部分中，將下型部與上型部分離的?？p線基本上位于所述模具的限定搖枕的側面的制動窗開口的部分之間的中央。所述方法還包括:在模具中插入一個或一個以上型芯，和鑄造搖枕。本發(fā)明的又一個目的是提供一種型芯組件，所述型芯組件用于制造有軌車輛轉向架的搖枕。所述型芯組件包括主體型芯，所述主體型芯基本上限定所述搖枕的從其中心向位于搖枕的外側端部分的向內(nèi)扁栓延伸的整個內(nèi)部區(qū)域，并且部分地限定從所述向內(nèi)扁栓向所述搖枕的外側端延伸的所述搖枕的內(nèi)部端部分。所述型芯組件還包括限定不由所述主體型芯限定的所述搖枕的端部分的內(nèi)部區(qū)域的端部型芯。本發(fā)明的又一個目的是提供一種制造用于鑄造有軌車輛轉向架的搖枕的搖枕模具的方法。所述方法包括由鑄造材料形成模具的下型部和上型部，用于分別限定所述搖枕的下型部和上型部的外表面。將所述下型部與所述上型部分離的模縫線基本上位于所述模具的限定搖枕的側面的制動窗開口的部分之間的中央。所述方法還包括固化下型部和上型部。本發(fā)明的又一個目的是提供一種用于制造有軌車輛轉向架的搖枕的型芯組件。所述型芯組件包括主體型芯，所述主體型芯基本上限定所述搖枕的從所述搖枕的中心向位于該搖枕的外側端部分的向內(nèi)扁栓延伸的整個內(nèi)部區(qū)域，并且部分地限定從所述向內(nèi)扁栓向該搖枕的相應端部延伸的所述搖枕的內(nèi)部端部分。所述型芯組件還包括端部型芯，所述端部型芯限定不由所述主體型芯限定的所述搖枕端部分的內(nèi)部區(qū)域。本發(fā)明的又一個目的是提供一種制造用于鑄造有軌車輛轉向架的搖枕的搖枕模具的方法。所述方法包括由鑄造材料形成模具的下型部和上型部，用于分別限定所述搖枕的下型部和上型部的外表面。將下型部與上型部分離的?？p線基本上位于所述模具的限定搖枕的側面的制動窗開口的部分之間的中央。所述方法還包括固化所述下型部和上型部。本發(fā)明的又一個目的是一種制造有軌車輛轉向架的搖枕的方法。所述方法包括提供包括下型部和上型部的模具。將所述下型部與上型部分離的?？p線基本上位于所述模具的限定搖枕的側面的制動窗開口的部分之間的中央。所述方法還包括將鋼水灌入模具并使其固化。隨后從模具移走鑄造的搖枕，所述鑄造的搖枕由最終的搖枕部件、冒口和澆注系統(tǒng)構成。將多余材料從所述鑄造的搖枕磨去以形成成品搖枕。從鑄件移除的多余材料的量，以型芯接縫、冒口和澆口的形式，少于最初灌入所述搖枕模具內(nèi)的鋼的總重量的15%。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于制造有軌車輛轉向架的搖枕的方法，所述方法包括提供模具的下型部和上型部。在所述模具的主體部分中，將所述下型部與所述上型部分離的?？p線基本上位于所述模具的限定搖枕的側面的制動窗開口的部分之間的中央。在所述模具中插入一個或一個以上型芯并向該模具中灌入熔融材料，從而鑄造所述搖枕。本發(fā)明的又一目的是提供一種制造有軌車輛的側架的方法，其中所述側架限定放置搖枕的孔。所述孔由一對相向的立柱、彈簧座和壓縮部件限定。用于形成模具下型部和上型部的側架型模連同限定鑄造的側架的內(nèi)部區(qū)域的一個或一個以上型芯一起提供。在此，所述側架型模和一個或一個以上型芯配置為將相向的立柱之間的間距限制在約±.038英寸的公差內(nèi)。本發(fā)明的又一目的是提供一種制造有軌車輛的側架的方法，所述方法包括:提供用于形成模具的下型部和上型部的側架型模；以及提供限定鑄造的側架的內(nèi)部區(qū)域的一個或一個以上型芯，其中所述一個或一個以上型芯中的至少一些型芯限定用于在所述模具的下型部放置所述一個或一個以上型芯的一個或一個以上型芯座。所述一個或一個以上型芯座的外側表面與所述模具的下型部的距離所述一個或一個以上型芯座的外側表面最近的表面之間的距離小于或等于約.030英寸。
本發(fā)明的又一目的是提供一種制造有軌車輛的搖枕的方法，所述搖枕包括在配置為插入各個側架的搖枕孔的各個端部處的一對閘瓦口。所述方法包括:提供用于形成模具的下型部和上型部的搖枕型模；以及提供限定鑄造的搖枕的內(nèi)部區(qū)域的一個或一個以上型芯。所述搖枕型模和所述一個或一個以上型芯配置為將閘瓦口的角度限制在約±.5°的公差內(nèi)。本發(fā)明的又一目的是提供一種制造有軌車輛的搖枕的方法，所述搖枕包括在配置為插入側架的搖枕孔的各個端部處的一對閘瓦口。所述方法包括:提供用于形成模具的下型部和上型部的搖枕型模；以及提供限定鑄造的搖枕的內(nèi)部區(qū)域的一個或一個以上型芯。所述搖枕型模和所述一個或一個以上型芯配置為將所述一對閘瓦口之間的寬度限制在約±.063英寸的公差內(nèi)。本發(fā)明的又一目的是提供一種制造有軌車輛的搖枕的方法。所述方法包括:提供用于形成模具的下型部和上型部的搖枕型模；以及提供限定鑄造的搖枕的內(nèi)部區(qū)域的一個或一個以上型芯。所述一個或一個以上型芯中的至少一些型芯限定用于在所述模具的下型部內(nèi)放置所述一個或一個以上型芯的一個或一個以上型芯座。所述一個或一個以上型芯座的外側表面與所述模具的下型部的距離所述一個或一個以上型芯座的外側表面最近的表面之間的距離小于或等于約.030英寸。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于鑄造有軌車輛轉向架的側架的模具。所述側架包括用于安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口。所述模具包括:由造模材料形成的上型部和下型部，用于分別限定所述側架的下型部和上型部的外表面。所述模具包括用于鑄造所述側架的至少一個軸箱切口的部分。本發(fā)明的又一目的是提供一種由模具形成的有軌車輛轉向架的搖枕。所述搖枕包括下型部和上型部。限定所述下型部和上型部的?？p線配置為:在所述搖枕的主體部分，所述模縫線基本上位于所述搖枕的側面的制動窗開口之間的中央。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于制造有軌車輛轉向架的搖枕的模具。所述模具包括下型部和上型部。將所述下型部與所述上型部分離的?？p線配置成其基本上位于所述模具的限定所述搖枕的側面的制動窗開口的部分之間的中央。本發(fā)明的又一目的是提供一種由模具形成的有軌車輛轉向架的搖枕。所述搖枕包括下型部和上型部。限定所述下型部和所述上型部的?？p線配置為在外側端部分處基本上由所述下型部限定。本發(fā)明的又一目的是提供一種制造有軌車輛轉向架的搖枕的模具。所述模具包括下型部和上型部。所述下型部和上型部的相應配合表面具有非平面的互補形狀。當查看下文附圖和具體說明時，對于本領域技術人員而言，其他特征和優(yōu)勢是顯而易見的。意于將在本說明書中包括的所有這些附加特征和優(yōu)勢包括在權利要求的范圍之內(nèi)，并且由隨附的權利要求保護。


附圖被包括在本文中以提供對權利要求的進一步理解，并且將附圖并入本說明書，構成本說明書的一部分。描述的具體說明和圖示的實施方式用于解釋由權利要求限定的原理。
圖1A和圖1B分別圖示了有軌車輛轉向架的示例側架的透視圖和側視圖；圖2A和圖2B圖示了包括一對立柱加固件的示例側架立柱的內(nèi)表面；圖3圖示了鑄造的側架的示例軸箱切口 ；圖4圖示了用于制造側架的示例操作；圖5A圖示了用于形成側架的模具的示例下型部和上型部；圖5B圖示了用于側架的示例冒口和澆注系統(tǒng)；圖6圖示了可以與模具一起使用的示例型芯；圖7圖示了可以與上述側架結合使用的示例搖枕；圖8圖示了用于形成搖枕的冒口和澆注系統(tǒng)；圖9A圖示了用于形成搖枕的示例模具；圖9B圖示了在圖9A所示的模具中形成的示例搖枕；圖9C圖示了搖枕模具和搖枕模具內(nèi)的型芯的示例橫截面；圖1OA圖示了制動窗口區(qū)域內(nèi)搖枕的橫截面；圖1OB圖示了搖枕的摩擦閘瓦口的橫截面；以及圖11圖示了可以與形成搖枕的模具一起使用的型芯組件。
具體實施例方式圖1A圖示了有軌車輛轉向架的側架100的透視圖。有軌車輛可對應貨車，例如在美國用于運送總重超過220，OOOlbs (磅)貨物的那些貨車。側架100包括搖枕孔110和一對軸箱導框105。搖枕孔110由一對側架立柱120、壓縮部件125、和彈簧座127限定。搖枕孔110尺寸為收納搖枕700 (圖7)的外側端部分705 (圖7)。一組彈簧(未示出)放置在搖枕700的外側端部分705和彈簧座127之間并且將搖枕700與側架100彈性連接。一對防磨耗板135放置在搖枕700的外側端部分705的閘瓦口 710和側架立柱120之間。為了圖示目的，圖1A中以分離模式下示出了單個示例防磨耗板135。防磨耗板135和摩擦楔塊(未示出)充當減震器以阻止側架100和搖枕700之間的持續(xù)振動。各防磨耗板135可由金屬制成。防磨耗板135配置為與側架立柱120面向搖枕700的一側(即，側架立柱120的搖枕側)連接。防磨耗板135可以通過使防磨耗板135能被拆卸的緊固件(例如螺栓或螺栓螺母組件)連接。在操作中，在搖枕孔110內(nèi)搖枕700的運動對防磨耗板135產(chǎn)生壓力。在現(xiàn)有的側架中，側架立柱120在這些楔壓下趨于彈性形變。結果，將防磨耗板135固定至側架立柱120的緊固件變得松動。為了克服這些問題，本申請的側架100的一種實施方式具有筋板形式的立柱加固件205 (圖2)，筋板205是以設置在側架立柱120上。圖2A和圖2B圖示了包括一對立柱加固件205的示例側架立柱120的內(nèi)表面130。立柱加固件205放置在側架立柱120的內(nèi)表面上并且在側架100的各側之間延伸。例如，立柱加固件205在側架100的下型部102和上型部103之間延伸。立柱加固件205可以以側架立柱120中形成的開口 210為中心，開口 210用于上述的緊固件。與不具有立柱加固件的現(xiàn)有側架立柱采用的厚度.625”形成對照，立柱加固件205區(qū)域的側架立柱120的厚度T 203可以約為1.125”。立柱加固件205向側架立柱120提供加強的支承以防止側架立柱120在上述壓力下形變。而且，立柱加固件205增加了緊固件被拉緊的長度。換而言之，緊固件被拉緊的部分比現(xiàn)有的側架的長。這使得緊固件在緊固期間具有更長的伸展，產(chǎn)生更大的夾緊力，延長了螺栓接合的疲勞壽命。返回圖1A，各軸箱導框105限定軸箱切口 140，轉向架輪副的輪組件安裝至所述軸箱切口中。具體而言，各軸箱切口 140包括軸箱頂部116、外側豎式夾板117、內(nèi)側豎式夾板18、以及內(nèi)側和外側接觸表面115 (稱為止推突緣)，與適配器和輪組件的互補表面直接接觸。接觸表面115確定軸箱切口 140內(nèi)的輪組件的對齊。為提供準確的對齊，接觸表面115在研磨工藝中清潔以消除鑄造工藝中遺留的瑕疵。圖3圖示了側架從模具500 (圖5A)移走后但在研磨前的側架100的示例軸箱切口 140。在這種情況下，接觸表面115不是平坦的。相反，接觸表面115逐漸變細形成出模角度D 305，所述出模角度對應制造側架100的模具的出模角度，如下所述。出模角度D 305可以是約1°或更小，這比現(xiàn)有的鑄造的側架的出模角度小，現(xiàn)有的出模角度可以為3°或更大。在一種實施方式中，所述出模角度為約3/4°。其他部分也可具有較小的出模角度。例如，軸箱頂部116可具有小于約3/4°的出模角度。夾板117和118的出模角度可以小于約3/4°。出模角度越小，形成平坦表面所要求的研磨越少。因此，側架100的接觸表面115比現(xiàn)有的鑄造的側架的接觸表面要求的研磨時間少，因為在軸箱導框區(qū)域沒有型芯接縫。圖4圖示了制造上述側架100的示例操作。參考圖5和圖6更好理解所述操作。在方框400，可以形成用于制造側架100的模具500。參考圖5A，模具500可包括下型部505和上型部510。模具500的下型部505包括以側架100的下型側102的形狀形成的型腔。上型部510包括以側架100的上型側103的形狀形成的型腔。可以通過首先提供分別限定側架100的下型側102和上型側103的外側周界的第一型模和第二型模形成各個部分。所述型?？梢圆糠值叵薅ㄓ糜谠谀＞?00內(nèi)分配熔融材料的一個或一個以上進給通路540。所述一個或一個以上進給通路540有益地設置在模具500的中心區(qū)域，這使得熔融材料在整個模具500中均勻分布。例如，進給通路540可以設置在模具500的限定側架100的搖枕孔110的區(qū)域。所述型模(未示出)還對限定側架100的軸箱切口 140的軸箱切口部分520進行限定。在現(xiàn)有的形成方法中，所述型模不限定軸箱切口 140的細節(jié)。作為代替，在鑄造前將具有軸箱切口 140的內(nèi)部區(qū)域的大體形狀的型芯插入模具。所述型芯在鑄造過程中趨于移動而使尺寸不精確，不得不消除大的型芯接縫。上述型模和一組冒口 535隨后可以插入相應的砂箱525和526以容納造模材料527。冒口 535可以插入上型部510。冒口 535對應于中空柱形結構，在鑄造期間將熔融材料填充至冒口 535中。冒口 535設置在模具的對應側架較厚區(qū)域的區(qū)域，其中所述較厚區(qū)域比側架的其他區(qū)域冷卻得慢。冒口 535充當用于補償熔融材料在其被冷卻時發(fā)生的收縮的熔融材料的儲液器，從而防止收縮，或者防止鑄造的側架在較厚區(qū)域可能另外發(fā)生的熱撕裂。圖5B圖示了側架100的示例冒口 550。在現(xiàn)有的鑄造操作中，要求精確進料的準確位置通常是不知道的。因而，使用相對大的冒口(例如，6英寸或更大)覆蓋較大的區(qū)域。相比之下，在本發(fā)明公開的實施方式中，通過各種分析技術確定出要求精確進料的準確位置，如下所述。因此，可以使用直徑相當小(例如，約4英寸或更小)的冒口 435，這改善了鑄造的生產(chǎn)。冒口高度可以在約4英寸到6英寸之間。在一種實施方式中，灌入模具的鑄造材料中少于總重量10%的材料最終進入冒口。這使得鑄造材料的使用更有效。砂箱525和527的尺寸通常遵循所述型模的形狀，這與現(xiàn)有鑄造操作中使用的砂箱不同。這些砂箱的尺寸通常適應鑄造操作中最大的鑄造產(chǎn)品。例如，在現(xiàn)有的鑄造操作中，砂箱的尺寸可適應搖枕或甚至更大的物品。相比之下，如圖5A所示，根據(jù)本發(fā)明公開的實施方式的砂箱525和527具有的形狀遵循鑄造件的大體形狀。例如，圖5A中的砂箱525和526具有側架100的大體形狀。相應砂箱525和527的邊緣和所述型模到所述砂箱的邊緣最近的部分之間的最大距離L 530可以小于2英寸。所述砂箱525和527使形成模具500所需要的型砂的量最小。例如，型砂與在接下來的操作中灌入模具的熔融材料的比率可以小于5:1。假定模具500在鑄造時可僅使用一次，這是一個很重要的考慮因素。造模材料527隨后裝進砂箱525并且遍布和圍繞所述型模直至填滿砂箱525。造模材料527隨后被刮平或與砂箱趨平，隨后固化以使造模材料527硬化。一旦造模材料527固化，就移走所述型模。造模材料527可對應化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料(例如酚醛聚氨酯)，而非現(xiàn)有鑄造操作中使用的綠砂產(chǎn)品。化學粘結劑材料產(chǎn)品能夠形成具有較高精確度和較精細細節(jié)的模具。為方便移走型模(未示出)，模具的下型部和上型部的各自腔室的側面形成有出模角度D 515為1°、3/4°、或甚至更小以防止在移走型模時損害模具500。模具的出模角度沿側架100的側面形成相應的出模角度D 305。在側架100的大部分表面上形成的出模角度可能產(chǎn)生的后果很小。然而，在某些區(qū)域，例如軸箱切口 140的接觸表面115，出模角度大于1°是不可容許的。與綠砂產(chǎn)品相比，諸如酚醛聚氨酯之類的化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料容易形成出模角度為1°或更小的側面。在軸箱切口 140中，綠砂產(chǎn)品要求額外的型芯來產(chǎn)生這些特征以保持平坦度要求。這些型芯在鑄件之間形成大接縫和尺寸變化。在方框405，形成限定側架100的內(nèi)部區(qū)域的型芯組件545。參考圖6，型芯組件545可包括一個或一個以上部分。例如，型芯組件545可包括一對軸箱導框和窗型芯605、搖枕型芯610、彈簧座型芯615、下部的受拉構件型芯620、和一對內(nèi)部夾板型芯625。各軸箱導框型芯605限定從側架的一端101 (圖1A)到側架的側架立柱120 (圖1A)的內(nèi)側端的側架的軸箱導框內(nèi)部。軸箱導框型芯605可限定在鑄造的側架中形成開口的一個或一個以上型芯座。例如，第一組型芯座630可以在對應側架端部的軸箱導框的端部處形成開口。第二型芯座632可以在側架的對角受拉構件141 (圖1A)上形成開口。第三型芯座634可以在側架上形成立柱窗142 (圖1A)。例如，可以形成包括限定給定型芯的上型部和下型部的模具。型砂可以插入芯盒并且固化。隨后移走芯盒以露出固化的型芯?？梢詥为毜匦纬伞⒄w地形成、或以上述的一些組合形成相應的型芯。相應的型芯可以形成為兩部分。例如，各個型芯(即，軸箱導框型芯，搖枕型芯等)可包括在分離的芯盒(即，上型模具和下型模具)中分別形成的上型部和下型部。在固化之后，可以連接所形成的部分。例如，給定型芯的上型部和下型部可以粘結在一起形成型芯。在方框410，型芯組件545插入模具并且鑄造側架100。例如，型芯組件545可以插入模具500的下型部505。上型部510可以置于下型部505上并且通過夾具、帶等與下型部505固定。就此而言，可以在下型部505和上型部510上形成定位特征以確保相應部分的精確對齊。在將相應部分固定后，諸如鋼水之類的熔融材料通過上型部510的開口灌入模具500。所述熔融材料隨后通過澆口 540流入并且遍布模具500的模具500和型芯組件545之間的空間。在方框415，將模具500從側架100移走并研磨側架100。例如，對接觸表面115進行加工以消除由模具的出模角度D 515產(chǎn)生的殘留出模角度D 305部分。可移除其他材料。例如，移除形成在冒口 535處的冒口材料。在一些實施方式中，將模具500配置為在側架100的側面之外的冒口材料上形成楔形物或凹口。所述楔形物或凹口能夠將冒口材料錘掉，而不是現(xiàn)有鑄造操作中使用的更耗時的火焰切割。如通過各種操作所示，側架100可以在廢料最少和耗時最少的情形下生產(chǎn)。例如，砂箱結構使形成模具500所需要的鑄造材料的量最少。較小的冒口使得在研磨期間移走的材料(即，凝固的鋼)較少。例如，模具的精確度能夠產(chǎn)生尺寸上精確的軸箱切口。這些改進使得研磨期間移走的材料小于10%。除了這些優(yōu)勢，還實現(xiàn)了其他的優(yōu)勢。例如，如上文所指出，當鑄造側架100時，砂箱525和526不是必需的。因此，在鑄造給定的側架100時，砂箱525和526可用于形成新的模具。如上文所指出，可以采用各種分析技術來精確地確定各種尺寸。為實現(xiàn)比綠砂或諸如酚醛聚氨酯模塑之類的化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料通常可實現(xiàn)的更小的公差，使用鑄造和三維掃描的迭代過程來測量精確的臨界尺寸和可變性。此方法可以貫穿芯盒、型模的制造、型芯制造、上型 模具部分和下型模具部分制造、以及最終部件的鑄造進行使用。通過精確測量所述工藝的各個步驟，獲知三維尺寸(即，垂直方向、縱向、橫向)的精確收縮率以及凝固期間型芯和模具如何崩散。在一種實施方式中，所述掃描可以使用3D點云掃描儀,例如Z掃描儀、法魯激光掃描儀、或類似的設備。3D點云數(shù)據(jù)可以在諸如Geomagidc’am2^、和Solidworks^之
類的軟件中進行分析來測量和比對模具、型芯、和最終的部件。這些比較可以用來計算實際的鑄件收縮，其中鑄件收縮通常以百分數(shù)表示。例如，碳鋼的典型的制模收縮余量可為約
1.56%。這種典型收縮余量不是精確的，并且根據(jù)鑄造的形狀的復雜度而變化。在一些情形中，收縮余量可以高達2%。對于大型鑄件，例如側架或搖枕，收縮余量的這個范圍可產(chǎn)生高達.5”的鑄件偏差，從而超出公差。在所描述的實施方式中，使用所述方法確定垂直方向、縱向、和橫向上的實際收縮率，所述實際收縮率反映在模具尺寸上。除了在冷卻時計算鑄件的收縮，理解凝固期間型芯和模具如何崩散也很重要?？刂菩托竞湍＞叩谋郎⑿钥煽刂茖崿F(xiàn)的公差范圍。這可以通過組合造模材料、型芯和模具的幾何學來實現(xiàn)。對于側架關鍵尺寸，例如立柱間隔A 170 (圖1B)、軸箱導框間隔B 175 (圖1B)、和立柱防磨耗板螺栓間隔C 270 (圖2A)，型芯和模具上形成的緩沖開口 550 (圖1B)可以用于控制鑄件的收縮。通過在模具中形成軸箱導框，而非外部型芯，軸箱導框的中心之間達到±.038”的公差，如圖所示。通過在搖枕孔型芯610中添加一對對稱的緩沖開口550 (圖6)，所述對稱的緩沖開口的中心在彈簧座之上約10.6”處，且距離立柱面約2”，實現(xiàn)±.038”間距的立柱。S卩，尺寸A 170和B 175可以限制在±.038”內(nèi)，以便這些尺寸的誤差幅度為±.038”。此外，在所有部件之間，螺栓孔開口間距C 270 (圖2A)可以統(tǒng)一，并且允許生產(chǎn)的部件的立柱螺栓開口 210彼此之間在±.020”范圍內(nèi)。S卩，尺寸C 270可以限制在±.020”內(nèi)。開口 210的精確放置有助于使用較小的型芯來產(chǎn)生開口 210。對于較緊的裝配螺栓接合而言，比緊固件大.050”。除了確定模具和型芯用于計算收縮和崩散的制造誤差的范圍，可以減小型芯座尺寸。減小模具型芯座和型芯突起之間的界面間的空隙減少了澆注期間的型芯運動。型芯運動越少產(chǎn)生的壁厚度越精確且部件的公差越精確。除了模子和模具公差的精確度之外，還實現(xiàn)了涂模漿的控制量，以使型芯座尺寸的偏差最小化。本工藝使用的空隙為.030”，其中模具比型芯中形成的插入突起大.030”，如尺寸F 561所示，圖示了沿截面555 (圖5A)截取的橫截面。即，型芯座630的邊緣和模具的離型芯座630最近的部分之間的距離F 561約為.030”。這意味著最終部件上的可實現(xiàn)的壁厚度公差E 560 (圖5A)為±.020”。S卩，壁厚度E 560可以限制在+.020”。這些操作的另一個優(yōu)勢是鑄造的側架的表面光潔度比已知的鑄件操作更光滑。表面越光滑，部件的疲勞壽命越大。上述操作有利于制作表面光潔度小于約750微英寸RMS、且軸箱導框表面光潔度小于約500微英寸RMS的側架。圖7圖示了示例性搖枕700，可以與側架100結合使用作為有軌車輛轉向架的一部分。搖枕700包括主體部分715和第一外側端部分及第二外側端部分705。主體部分715限定了碗狀部分707，在碗狀部分上支撐有軌車廂。一對制動窗開口 725和緩沖窗口 720限定在搖枕700的縱向側上。制動窗開口 725和緩沖窗口 720配置為基本上在模縫線中心，該?？p線分離形成搖枕的模具的下型部和上型部，如下所述。第一外側端部分及第二外側端部分705配置為連接至一對側架100。具體而言，每個外側端部分705放置于側架100的搖枕孔110中并限定了位于有軌車廂的支承面之下的一對旁承墊板706。一組彈簧放置于在外側端部分705之下的搖枕孔110中。每個外側端部分705包括一對摩擦閘瓦口 710。從研磨觀點而言各自閘瓦口 710的表面已知為搖枕700的關鍵區(qū)域，因為閘瓦口 705配置為鄰接防磨耗板135并與防磨耗板135合作以起減震器的作用，如上所述。有楔形物裝配至閘瓦口中，并且楔形物與搖枕擋防磨耗板摩擦。如上所述，搖枕700的主體部分715限定了配置為使基礎制動裝置能夠使用的一對制動窗開口 725。在模具中，這些窗口也充當型芯座以支撐主體型芯?？梢耘c形成側架100的方式類似的方式形成搖枕700。例如，模具的上型部和下型部可由鑄造材料構成，例如，諸如酚醛聚氨酯之類的化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料?？墒褂孟薅〒u枕700的各自上型部和下型部的外部的型模來形成模具上型部和下型部中的各自的型腔。型模側面的出模角度可為1°或更少。與側架中一樣，形成模具的砂箱的尺寸可遵循限定搖枕的型模的形狀。按照這種方式配置的砂箱使鑄造搖枕所需要的造模材料的數(shù)量最小化。例如，在一些實施方式中，造模砂與在隨后操作中灌入模具的熔融材料的比例可小于3:1。假定模具在鑄造時可僅使用一次，那么這是一個重要的考慮因素。冒口 805 (圖8)可設置在關鍵位置并優(yōu)化尺寸以在凝固期間提供最佳量的進給材料以防止在搖枕700的關鍵區(qū)域形成縮孔和熱撕裂?？稍谀＞咧醒刂鴵u枕700的縱側延伸的模具區(qū)域形成一個或一個以上進給通路810用于分配熔融材料遍及整個模具。例如，可在用于形成制動窗口 720的模具區(qū)域和搖枕700的內(nèi)部扁栓708的內(nèi)側形成統(tǒng)一長度的進給通路810，如圖所示。進給通路810有利地置于模具的中心區(qū)域，這使得在鑄造期間熔融材料在整個搖枕700均勻分布。相比之下，在現(xiàn)有的搖枕鑄造操作中，熔融材料在外側端區(qū)域701灌入搖枕模具。這導致了沿著搖枕縱向平面的材料的冷卻不均勻。例如，如果熔融材料在搖枕模具的第一端701處灌入搖枕模具，在搖枕模具另一端的金屬將比搖枕模具第一端701的金屬冷卻得更迅速。一旦各部分固化，就可移走形成下型部和上型部的砂箱。圖9A圖示了搖枕模具900的示例的閉合的上型部903和下型部902。如圖所示，分離各部分的模縫線905不沿著平行于上型部903和下型部902邊緣的直線(在現(xiàn)有的搖枕模具中卻是如此)，如圖9A中的虛線901所示。圖9B圖示了?？p線905和搖枕模具900中鑄造的搖枕700之間的關系。在模具的主體部分715，模縫線905大體位于模具限定制動窗開口 720的部分的之間的中央。?？p線905大體沿著位于搖枕700頂部和底部的中間的路徑。然而，在端部705的閘瓦口 710處，?？p線905配置為使閘瓦口 710基本上限定在模具的下型部中。換言之，?？p線905不穿過閘瓦口 710。在現(xiàn)有的鑄造操作中，整條?？p線形成切過搖枕的平面。例如，模縫線可在端部之間延伸并可在端部內(nèi)居中，這樣，?？p線平分閘瓦口并穿過制動窗口的上部。在綠砂中，閘瓦口是使用型芯制成，因為該操作不能形成此形狀。相對于現(xiàn)有的模縫線配置根據(jù)本文公開的實施方式配置?？p線具有數(shù)個優(yōu)勢。例如，已知各制動窗口的上部和下部為高應力區(qū)域。模縫線靠近這樣位置的布置，現(xiàn)有配置通常是這樣，致使搖枕更易受高應力的影響。與之相比，在本文公開的實施方式中，?？p線905位于制動窗開口 720的中間，此處應力較低。模具的?？p線還與型芯的模縫線處于同樣的位置。這使得側壁的壁厚度均勻，從而促進鑄件均勻冷卻。不要求研磨閘瓦口 710，因為?？p線未穿過閘瓦口 710。在現(xiàn)有的?？p線配置中，?？p線可為平分搖枕的直線并穿過閘瓦口的中間區(qū)域。這可使研磨圍繞閘瓦口的型芯接縫成為必要。然而，本文所公開的?？p線配置為在閘瓦口 710之上。也就是說，閘瓦口 710在模具的上型部或下型部中整體形成。如前文指出，閘瓦口 710是搖枕700的更關鍵的區(qū)域。因此，省去研磨操作是有利的。搖枕的橫截面厚度關于?？p線905更對稱。如上指出，使用型模來形成模具的下型部和上型部的型腔。型模形成為具有能夠使型模從模具移走的出模角度。芯盒用于制作限定搖枕內(nèi)部的型芯。型芯盒的兩個半部在?？p線處相接，出模角度也從該?？p線延伸以允許移走型芯。在型芯的?？p線和模具的?？p線不匹配的情形下，出現(xiàn)不均勻的壁厚度。將?？p線向搖枕的頂部放置，在現(xiàn)有的?？p線配置中通常是這樣，會導致?lián)u枕橫截面的厚度不均勻。不均勻的厚度導致鑄造搖枕中材料使用過剩。不均勻的厚度還妨礙了均勻的冷卻，并可出現(xiàn)收縮和空隙。為防止出現(xiàn)收縮和空隙，必須使用大的冒口來補給關鍵部分。與之相比，像本文公開那樣布置?？p線905能夠形成在?？p線905周圍具有均勻側壁厚度的搖枕700，如圖1OA中的厚度！\1005和T2IOlO所示。進而，這使鑄造搖枕700所需材料的數(shù)量最小化并使整個鑄件均勻冷卻。在一些實施方式中，從鑄件搖枕中移除以形成成品搖枕的鑄造材料少于15%。整個鑄造的冷卻速率均勻允許使用相當小的冒口。本文公開的?？p線905配置的另一個優(yōu)勢是它能夠容易使模具的上型部和下型部對齊。在現(xiàn)有的模塑操作中，定位特征，例如銷和開口，布置在下砂箱部和上砂箱部內(nèi)以對齊這兩部分。定位特征中的任何數(shù)量的不對齊會導致?lián)u枕下型部和上型部之間的不對齊。然而，所述的模縫線405依照其幾何學鍵入，并且下型部和上型部以兩部分自對齊的方式基本上彼此互鎖。因此，對保持下型部和上型部對齊而言，本領域已知的銷和套筒不是必需的。在形成下型部和上型部之后，形成限定搖枕700內(nèi)部的一個或一個以上型芯1100。參考圖11，型芯1100可按照上述方框405所描述的那樣形成。型芯1100可包括下型部和上型部，該下型部和上型部一起限定搖枕700的基本上整個內(nèi)部。例如，一個或一個以上主體型芯1105可包括下型部1105a和上型部1105b，該下型部和上型部一起限定搖枕700全部內(nèi)部區(qū)域。在其他實施方式中，主體型芯1105a和1105b中的每一個可限定全部內(nèi)部區(qū)域中從搖枕的中心(即平分搖枕的中央橫平面)到位于搖枕700的外側端部分705的向內(nèi)扁栓709 (圖7)的各自一半。主體型芯1105a和1105b可部分地限定向內(nèi)扁栓709與搖枕700的端部之間的內(nèi)部區(qū)域。主體型芯1105a和1105b中的每一個可限定第一型芯座1120和第二型芯座1115。單獨的端部型芯1110可限定不由主體型芯1105a和1105b限定的搖枕700的外側端部分705處的內(nèi)部區(qū)域。端部型芯1110可獨立于主體型芯1105a和1105b形成。端部型芯1110可在隨后的操作中通過例如粘結劑與主體型芯1105a和1105b連接。上面參考側架描述的用于限制各種尺寸公差的技術可適用于搖枕。對搖枕的關鍵尺寸例如閘瓦口角度N 1020 (圖10B)、閘瓦口寬度M 1025 (圖10B)、以及內(nèi)部和外部扁栓間隔G 750 (圖9B)，可使用相似的方法來精確地測量型芯和模具的實際崩散量。通過計算模具中的所述量，在最終部件上獲得閘瓦口角度N 1020的±.5°的公差和閘瓦口寬度M1025的±.063〃的公差。此外，內(nèi)部扁栓708和外部扁栓709 (圖9B)可在搖枕模具中制作，因此將它們的間隔G 750限制在±.063〃的公差。用于制造搖枕的型芯的各自型芯座與上型部和下型部的離型芯座表面最近的部分之間的距離H 950 (圖9C)可設置為約.030”。這些操作的另一個優(yōu)勢是鑄造的搖枕的表面光潔度比現(xiàn)有的鑄件操作更光滑。表面越光滑，部件的疲勞壽命越大。上述操作有利于制作表面光潔度小于約750微英寸RMS的搖枕，以及表面光潔度小于約500微英寸RMS的閘瓦口。 盡管已經(jīng)描述了實施方式的各種實施例，對本領域普通技術人員而言顯而易見的是在權利要求范圍內(nèi)可以有更多的實施例和實施方式。上述的各種尺寸僅僅是示例性的并在必要時可改變。因此，對本領域普通技術人員而言顯而易見的是在權利要求范圍內(nèi)的可以有更多的實施例和實施方式。因此，所描述的實施方式僅供幫助理解權利要求，而非限制權利要求的范圍。
權利要求
1.一種制造用于鑄造有軌車輛轉向架的側架的側架模具的方法，其中所述側架包括用于安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口，所述方法包括下述步驟: 通過造模材料形成分別限定所述側架的下型部和上型部的外部表面的模具的下型部和上型部，其中所述模具包括用于鑄造所述側架的至少一個軸箱切口的部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述至少一個軸箱切口包括軸箱頂部、外側豎式夾板、內(nèi)側豎式夾板、內(nèi)側止推突緣、和外側止推突緣。
3.根據(jù)權 利要求1所述的方法，其中所述至少一個軸箱切口通過所述模具的側壁形成。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述模具的側壁的出模角度小于I度。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括下述步驟: 將所述下型部和上型部中一者的型模放入砂箱；以及 將所述造模材料灌入所述砂箱，其中所述砂箱的邊緣與型模的邊緣最靠近所述砂箱的邊緣的部分之間的最大距離小于3英寸。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述造模材料為諸如酚醛聚氨酯之類的化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括下述步驟: 在所述模具上布置一個或一個以上冒口，其中所述一個或一個以上冒口的直徑小于5英寸。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括下述步驟: 在搖枕孔型芯和所述側架模具的下型部形成一個或一個以上進給通路部分。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法還包括下述步驟: 在所述側架模具的下型部形成一個或一個以上進給通路部分。
10.一種制造有軌車輛轉向架的側架的方法，其中所述側架包括用于安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口，所述方法包括下述步驟: 提供模具，所述模具分別限定該模具的下型部和上型部的外部表面和至少一個軸箱切口 ； 將熔融材料灌入所述模具； 在所述材料冷卻后移走所述模具以露出鑄造的側架；以及 將多余的材料從所述鑄造的側架上移走以形成成品側架，其中從該鑄件移走的配置型模材料和冒口材料的數(shù)量小于鑄造灌入的總重的10%。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括下述步驟: 在將所述熔融材料灌入所述模具之前，將一個或一個以上型芯插入所述模具。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述模具和型芯通過造模材料形成，并且所述造模材料的重量與所述熔融材料的重量之比小于5:1。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述造模材料為諸如酚醛聚氨酯之類的化學粘結劑材料或樹脂粘結劑材料。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述熔融材料通過限定在所述模具的搖枕孔區(qū)域的開口灌入所述鑄件。
15.一種有軌車輛轉向架的側架，包括限定搖枕孔的一對側架立柱和延伸遠離相應側架立柱的一對軸箱導框，各軸箱導框限定配置為安裝輪副的輪組件的切口，所述側架包括: 第一筋板，所述第一筋板安置在各側架立柱的與所述側架立柱的搖枕側相對的內(nèi)側上；以及 開口，所述開口限定在各側架立柱上從所述搖枕側延伸至相應的側架立柱的內(nèi)側，其中所述開口延伸通過所述第一筋板并且尺寸為收納用于將防磨耗板固定至所述側架立柱的搖枕側的螺栓。
16.根據(jù)權利要求15所述的側架，其中所述第一筋板從所述側架的下型側延伸到所述側架的上型側。
17.根據(jù)權利要求15所述的側架，其中所述側架立柱和第一筋板組合的厚度約1.125英寸。
18.根據(jù)權利要求15所述的側架，還包括:在各側架立柱的內(nèi)側放置的第二筋板，其中所述第二筋板與所述第一筋板分開的距離為約5.25英寸。
19.根據(jù)權利要求18所述的側架，還包括限定在所述第二筋板上的開口，該開口的尺寸為收納用于將所述防磨耗板固定至所述側架立柱的搖枕側的第二螺栓。
20.一種形成模具的下型部的方法，所述模具用于制造有軌車輛轉向架的側架，所述方法包括下述步驟: 提供砂箱； 將限定所述側架的下型部的型模插入所述砂箱，其中所述型模限定所述側架的下型部的外部表面； 向所述砂箱填充所述造模材料； 平整所述造模料以便所述造模材料的頂表面與所述砂箱的頂表面齊平； 使所述模具固化；以及 在所述模具固化之后將所述型模和所述砂箱從所述模具移走，從而提供用于鑄造所述側架的模具。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述模具和型芯由造模材料形成，并且，對于側架而言，所述造模材料重量與所述熔融材料重量之比小于5:1。
22.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述砂箱的邊緣與所述型模的邊緣最靠近所述砂箱的邊緣的部分之間的最大距離小于3英寸。
23.根據(jù)權利要求20所述的方法，還包括步驟: 在搖枕孔型芯上形成一個或一個以上進給通路部分。
24.根據(jù)權利要求21所述的方法，還包括步驟: 在所述側架模具的下型部形成一個或一個以上進給通路部分。
25.一種用于鑄造有軌車輛轉向的架側架的模具，其中所述側架包括用于安裝輪副的輪組件的前向軸箱切口和后向軸箱切口，所述模具包括: 由造模材料形成用以分別限定所述側架的下型部和上型部的外部表面的下型部和上型部，其中所述模具包括用于鑄造所述側架的至少一個軸箱切口的部分。
全文摘要
一種制造用于鑄造有軌車輛轉向架的側架的側架模具的方法包括通過造模材料形成用以分別限定所述側架的下型部和上型部的外部表面的模具的下型部和上型部。所述模具包括用于鑄造所述側架的至少一個軸箱切口的一部分。隨后固化所述下型部和上型部。
文檔編號B22C9/02GK103097054SQ201280001871
公開日2013年5月8日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者埃里克·戈特倫德, 莫林·沃納, 沃恩·毛卡里 申請人:內(nèi)維斯工業(yè)有限責任公司