铁路货车钩舌铸造工艺优化.pdf

垂篙帅焉 Dee．2016VO|．65 NO．12铁路货车钩舌铸造工艺优化刘 涛1，董中友2，武永亮1，焦辉1，鄢卓明t，熊 兵，(1．中车长江车辆有限公司，湖北武汉430212；2．中车长江铜陵车辆有限公司，安徽铜陵244142)摘要：介绍了铁路货车用E级铸钢钩舌的铸造工艺设计和产品试制。针对试制过程中出现的钩舌内部缩孔缺陷，采用模数分析方法，发现原设计砂型冒口模数小于冒口座模数而导致冒口补缩能力不足，是造成钩舌缩孔缺陷的主要原因。通过优化冒口设计，采用发热冒口，完全消除了钩舌内部缩孔缺陷，有效保证了产品铸造质量和运行安全。关键词：钩舌；模数；缩孔；发热冒口中图分类号：TG269 文献标识码：B 文章编号：1001—4977(2016)12—1234—04Casting Technology Optimization of the RailwayFreight Car KnuckleLIU Ta01，DONG Zhong-you2，WU Yong—lian91，JIAO Huil，YAN Zhuo-min91，XIONG Bin91(I．CRRC Yangtze Co．，Ltd．，Wuhan 430212，Hubei，China；2．CRRC Yangtze Tongling Co．，Ltd．，Anhui，Tongling 244142，Anhui，China)Ab瓯删：This article introduces the foundry technology design and the trial production ofthe railway freightcar knuckle．The knuckle is made of Grade E cast steel．The calculation of casting modulus shows that the riserpad’S modulus iS higher than the riser's,which leads to the lack ofthe riser feeding capacity．And this iS the maincause ofthe shrinkage defects．After the riser was redesigned and using the exothermic riser,the inner defect ofthe knuckle was eliminated and the casting quality and application safety was enhanced．Key words：knuckle；modulus；shrinkage；exothermic riser车钩是铁路货车主要承载部件，实现机车与车辆或车辆与车辆之间的连挂和传递牵引力和冲击力。在列车运行过程中，车钩受到的外力主要是列车启动和停止时的牵引力和冲击力【l】。钩舌是车钩的关键部件，其内在质量直接关系到铁路货车运行安全及运用部门的经济效益【2】。本文根据铁路货车钩舌铸钢件质量要求及结构特点进行了铸造工艺设计，并通过工艺优化解决了钩舌内部缩孔缺陷，保证了钩舌的铸造质量。1 铸件结构及理化性能我公司生产的为铁道货车17型车钩用16H型钩舌，钩舌结构如图l所示。钩舌轮廓尺寸260 mmx280 inl'nx300 mlTl，重42埏，钩舌几乎所有外表面均为复杂曲面，内部有复杂空腔，壁厚不均匀。钩舌所用材质为符合TB／T456--2008《机车车辆用车钩、钩尾框》的E级钢，该钢种化学成分及力学性能如表1、表2所示。◆弘(a)钩舌 (b)内部结构图1钩舌及内部结构三维图Fig．1 The three—dimension diagram ofknuckle表1 E级钢化学成分Table 1 Chemical composition of Grade E steel，憎％收稿日期：2016--07-25收到初稿，2016-09-26收到修订稿。作者简介：刘涛(1983一)，男，工程师，硕士，主要从事热加工工艺工作。E-mail：csrliutao@163．com万方数据铸造 刘涛等：铁路货车钩舌铸造工艺优化 ·1235·2钩舌铸造工艺设计2．1浇冒系统设计钩舌采用中间分型、一型八件、四件一组并共用一个中间边冒口补缩的铸造工艺方案(图2)，铸造线收缩率取2％。钩舌采用底注包，开放式浇注系统，直浇道、横浇道和内浇道的横截面积之比瞻：赡：％一1：1．02：1．81，内浇道在钩舌背部(即S面的背面)引入，避开了钩舌的受力和重要装配表面，浇冒系统如图3所示。传统的冒口计算方法有三种：模数法、补缩液量法和比例法[3】。本文采用模数法计算冒口。其中钩舌模数：粘y。伪。一10．5 mm=1．05 cm式中：y。为钩舌体积；A。为钩舌散热面积。钩舌的内浇道兼冒口颈，冒口颈尺寸如图3中C．C剖视图所示。冒口颈模数：胙“／A。一17．8 mm=1．78 cm式中：y。为冒口颈体积；A。为冒El颈散热面积。砂型冒口模数：昨n／Ar36．5 ram=3．65 cm式中：n为冒口体积；A，为冒口散热面积。删f0．2 MPa，湿型砂工艺性能要求如表3所示。表3湿型砂工艺性能Table 3 Properties of green sand含水量／％湿压强度／kPa紧实率／％透气性有效膨润土肠含泥量胍3．O～3．5 110--150 52+2 ≥170 7．O～8．0 8．0--11．0E级钢采用电弧炉+LF精炼炉双联熔炼，浇注温度为1 560 1 585℃，浇注后5 h开箱清砂；采用悬挂链式热处理炉对钩舌进行调质热处理，即880℃淬火，560℃回火。3钩舌存在的孔缺陷及原因分析3．1孔缺陷位置试制钩舌落砂、抛丸后，采用带锯对试制钩舌进行了解剖分析，其解剖位置如图4所示，剖面如图5。7所示。从图6、图7中可以看见钩舌内部存在孔缺陷。网4钩舌解剖位置示意图Fig．4 Saw—cut position ofknuckle(b)背面图5钩舌剖面①Fig．5 Saw-cut position①ofknuckle钩舌剖面孔缺陷分析如下：通过钩舌销孔正、背面解剖断面孔洞缺陷形貌分析，孑L洞缺陷不是气孑L，而是缩孔；部分试制钩舌解剖断面显示，钩舌销孔缩万方数据·1236· FOUNDRYDec．2016V01．65 NO．12孔和浇道几乎贯通，缩孔从钩舌浇道位置开始，沿垂直于内浇道截面方向逐渐向内延伸，部分缩孔到达钩舌销孔表而形成孔洞；所有缩孑L缺陷均冉现在上型。图6钩舌剖面②Fig．6 Saw．cut position②ofknuckle图7钩舌剖面③Fig．7 Saw—cut position③ofknuckle解剖结果显示，约60％试制钩舌在上述相同位置存在缩孔缺陷。3．2缺陷原因分析从铸造工艺图2、图3中看，每4个钩舌共用一个中间砂型边冒口，钩舌凝固过程中的补缩完全来自这个冒口，因此钩舌内部缩孔产生的主要原因应该是冒口补缩能力不足。分析发现，在钩舌铸造工艺设计的边冒口补缩能力校核中，未考虑冒口座对冒口补缩能力的影响。采用模数法重新进行冒口校核。冒口座模数：^继=y座／A座一46．1 mm=4．61 cm式中：y座为冒口座体积；A座为冒1：3座散热面积。从计算结果来看，J7l继>Mr>眠>Mc凝固时间[41 t=(M／k)2 (1)式中：M为模数，后为凝固系数。从式(1)可以看出，凝固时间t与膨成正比，因此冒口座凝固时间最长，钩舌铸件和冒口凝固完毕后，冒口座内部还有剩余钢液。钩舌最终凝固前状态示意图如图8所示，在整个铸件一冒口系统凝固后期，钩舌和冒口中仅剩少量钢液，而冒口座中还存有较多钢液，在随后的凝固过程中其钢液凝固收缩需要补缩。但此时其上方冒口中的钢液量不足，只能对冒口座进行补缩，无法再对钩舌中残存钢液凝固收缩进行补缩。同时，由于钩舌最后凝固区域处于上型且高于冒口座最后凝固的位置，钩舌中未凝固钢液甚至有可能对冒口座进行回补，从而在该位置形成缩孔缺陷。钩图8钩再最终i疑…前状态示意图Fig．8 The state before entirely solidification ofthe knuckle4铸造工艺优化及生产验证4．1浇冒系统的优化与传统的砂型冒口相比，保温冒口与发热冒口是一种为了提高冒口补缩效率的特种冒口嘲。本文采用发热冒口来增加冒口的补缩能力。发热冒口设计如图9所示。发热冒口几何模数：Mrl_y。l／A，1=28．4 mm=2．84 cm式中：y，。为冒口体积；A，，为冒口散热面积。一般情况下，发热冒口的模数是普通冒口模数的4道图9发热冒口设计Fig．9 The design ofthe exothermic riser万方数据铸造 刘涛等：铁路货车钩舌铸造工艺优化 ·1237·倍以上嘲，模数放大系数[61按4计算，发热冒口的模数为4×尬l-2．84x4=11．36 cm，远高于冒口座模数，因此冒口凝固时间远远大于冒口座、冒口颈及钩舌铸件凝固时间，有充足的钢液对铸件进行补缩，满足钩舌补缩要求。工艺改进后，浇冒口重量约为70 kg，铸造工艺出品率=336×100％／(336+70)一82．8％，与原工艺相比，工艺出品率提高了约3％。4．2生产验证工艺优化后，从两炉试制钩舌中各选取1件进行解剖检测分析，解剖位置如图2所示。从解剖结果可以看出，从内浇道到钩舌销孔，无缩孔和缩松缺陷，内部密实度检验合格。批量生产后，每64“月解剖检测1次，检测结果显示，缩孔缺陷完全消除，如图10、图11所示。(b)背m图10钩再解削断而①Fig．10 Saw．cut position①ofknuckle图11钩舌解剖断面②Fig．1 1 Saw-cut position②ofknuckle5结束语通过对钩舌浇冒系统的优化，改用发热冒口替代砂冒口，大大提高了冒口补缩能力，在提高工艺出品率的同时，有效解决了钩舌内部缩孔问题，提高了产品质量，降低了废品率。参考文献：[1】宋忠明．车钩的材质与强度【J】．铁道学报，1985，7(4)：ll—12．[2】朱海龙，杨军，陈美玲，等．13A型车钩钩舌铸件工艺设计及优化[J]．铸造工程，2015(3)：26—29．[3]陈玉勇，卫红波，孔凡涛，等．铸钢件保温冒口计算模型及软件的研究[J]．铸造，201l(8)：754—758．[4】 中国机械工程学会铸造分会．铸造手册第五卷：铸造工艺[M]．第二版．北京：机械工业出版社，2003：309—310．[5】刘文辉．保温冒口与发热冒121在铸造生产中的应用[C]／／2008中国铸造活动周论文集，2008：333．[6】樊安国，徐家颖．Kalminex xp发热保温冒121在铁路货车转向架铸钢件上的应用[J]．铸造，2005(6)：617—619．(编辑：刘冬梅，ldm@foundryworld．com)厂使用世界最大的感应电炉熔炼应达(Inductotherm)成功地在孟加拉轧钢厂的钢筋厂投入运行4个22 000 kW电源以及50 t电炉系统和一个烧结环氧涂料工厂。由这4个22 000 kW电源(每一个电源为一台50 t电炉提供电力)组成的新熔炼车间的产能接近每年90万t。这些设备使该孟加拉轧钢厂(TheBangladesh Steel Re—Rolling Mills，简称BSRM)成为世界上最大的运行感应电炉的轧钢厂。孟加拉轧钢厂通过利用感应电炉技术的优点提高了生产率和效率以便在低利润，竞争激烈的市场中生存下来。孟加拉轧钢厂生产符合美国ASTM A615牌号40的中碳钢钢坯，用于轧钢机生术，将自己定位为世界最主要的钢材生产厂家之——o作为最近投资的一部分，用于钢筋的年产34 000 t烧结环氧(FBE)涂料工厂也是由英达实施完成的。通过生产涂有烧结环氧(FBE)涂料的钢筋(用于需用强制性防锈钢筋的特殊建筑物)，将给孟加拉轧钢厂带来额外价值。涂烧结环氧(FBE)涂料的钢筋将使混凝土的结构寿命增加1倍。孟加拉轧钢厂集团总经理Aameir Alihussain说道。“由于应达集团的技术领导地位，伙伴关系和承诺，我们成为世界上最大的采用感应电炉i 产国际质量的钢筋混凝土钢筋，生产角钢、u型 生产钢坯的轧钢厂。 ：{槽钢和扁钢钴构钢型材。该公司采用最先进的技 侧金城根据一found删cji—a1Ico编荆{； }万方数据