出口鐵路貨車側架工藝分析

徐 強，孫寶金

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司是中國鐵路貨車技術的主導企業，年生產鐵路貨車搖枕、側架10000輛，每年出口貨車2000輛以上，主要出口澳洲和非洲等國家，鑄鋼件生產主要采用新型酯硬化水玻璃工藝，該工藝的主要特點是：型芯砂硬化后終強度更高，水玻璃的加入量少，明顯改善了水玻璃砂的潰散性和舊砂再生回用的問題，水玻璃砂的高溫退讓性好。2011年出口莫桑比克貨車500余輛，該貨車的轉向架為控制型，為出口莫桑比克開發的新型貨車（以下簡稱莫車），采用16 t軸重控制型轉向架。搖枕、側架采用符合TB/T3012-2006《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側架技術條件》要求的B級鑄鋼，載重45t，由于生產試制周期短、技術要求高，為此決定在轉向架生產過程中采用數值模擬技術.側架是轉向架的重要部件，采用C級鋼材質，其輪廓尺寸為2050mm×615mm×410mm，鑄件凈重329 kg，毛重390kg。側架關鍵（A、B部）部位示與超聲波探傷部位（注：陰影位置為交驗前進行探傷的關鍵部位），如圖1所示。根據車間現有的生產條件及產品的批量，選擇機器造型，制芯線上生產，其余砂芯采用CO2硬化水玻璃砂手工打制。鋼種為B+級鋼，側架的結構比較復雜，壁厚較小，在試制生產過程中主要產生的質量問題是嗆空和裂紋缺陷，廢品率高達15%以上，嚴重地影響了出口側架的產品質量和制造成本，因此對出口側架進行工藝改進，以降低廢品率和制造成本。

1 莫車側架工藝方案

1.1 鑄造工藝方案的確定

鑄造工藝方案的確定，根據車間現有的生產條件及產品的批量，選擇機械造型平作平澆的工藝方案，采用水平中間分型，兩箱造型，一箱二件。考慮到下芯和鑄件補縮的需要，選擇側架滑槽側處于上箱。為保證鑄件的尺寸精度及表面質量，便于鑄件的清理，鑄型采用酯硬化水玻璃砂有箱造型工藝在造型線上生產，l#、2#（見圖2）芯采用酯硬化水玻璃砂在制芯線生產，其余砂芯采用CO2硬化水玻璃砂手工打制。一箱兩件，采用兩端澆注，工藝簡圖如圖2所示。

1）主要工藝參數

鑄造線收縮率按酯硬化水玻璃砂B+級鋼選取為2%；為保證鑄件的加工精度，加工余量中央方框處取7 mm；導框凸臺兩側（120±1）mm處取5mm；軸距尺寸按名義尺寸取1572mm。

2）澆注系統的設計

澆注系統采用開放式注入，采用包孔直徑55mm的10t底注鋼水包對其澆注。由于此鑄件質量較大，壁厚相對較薄，為保證鋼水平穩無沖擊地進入鑄型，水口由導框口兩端引入，每一端由內澆口將導框口連接起來，既利于鋼水迅速充滿型腔，又起到拉筋作用，減輕導框口的變形危害。直澆口由內徑為60mm的耐火磚管引出，上坐水口碗，用以引入鋼水。鋼水由過橋水口箱引入，過橋水口箱跨度為1930mm。承臺頂面設置出氣冒口，加強承臺部位的排氣。圖1為澆注系統圖。

圖1 側架簡圖

3）造型、制芯

上、下模型采用新型酯硬化水玻璃砂工藝在造型線上生產，每型2件，上、下砂型在中央方框處及兩端導框處添加掏空棒以減少型砂加入量，減少發氣量，提高鑄型的排氣能力，減少產生氣體缺陷。上、下砂型硬化起模后，在砂型表面涂刷醇基锫英粉涂料并在加熱窯烘干，以提高鑄件的表面質量和減少粘砂傾向性。局部與斜筋交接處采取添加防裂筋的方式，防止此處產生裂紋。在側架A部及氣體缺陷傾向較大部位設置排氣棒（見圖1），增強局部在澆注和凝固過程中的排氣。所有芯盒采用整體脫落式結構，1#、2#、3#、4#、、5# 和 6#（見圖 2）按芯盒結構盡可能大的采取掏空方式，并減少芯砂加入量，減少發氣最，提高鑄型的排氣能力，減少產生氣體缺陷的傾向性。1#、6#砂芯硬化起模后涂刷醇基鋯英粉涂料，并在加熱窯中烘子后使用；其余手工砂芯硬化起模后刷涂醇基鋯英粉涂料并立即點燃后使用，為提高鑄件的表面質量和減少粘砂傾向性。

4）澆注溫度和打箱時間

為使鑄件得到良好補縮，澆注溫度一定要小于1580℃，低溫澆注以減少鑄件縮孔、縮松、裂紋傾向。打箱時間不小于4 h，以防止過早打箱出現鑄件翹曲變形。

圖2 造型、制芯工藝圖

5）鑄件熱處理

熱處理前采用拋丸的方式徹底打凈鑄件內外表面的粘砂及氧化皮，局部位置清理冷鐵及粘砂用氧一丙烷焰處理并用風鏟鏟除。飛邊毛刺及開孔處的尖棱尖角用電弧和氧—丙烷焰進行處理，力求鑄件表面光滑平整。熱處理后嚴禁采用電弧方式對鑄件進行清理，防止鑄件表面機械性能發生變化。對關鍵部位（A、B部及承臺轉角等處）采用濕法磁粉探傷工藝對鑄件表面進行檢測，避免關鍵部位存在毛細裂紋。對A部位熱節處采用超聲波探傷工藝進行檢測，防止A部位存在縮孔缺陷。采用專用量規對鑄件進行檢測并校正，避免側架的翹曲超限。

2 所用原材料、型芯砂配比和工藝性能

2.1 原材料

硅砂采用內蒙角干精選砂，其性能指標見表1。水玻璃及有機酯固化劑技術參數，其性能指標見表2和表3。

表1 角干精選砂的性能指標

表2 新型水玻璃性能指標

2.2 新型有機酯硬化水玻璃砂工藝配比

造型用新型有機酯硬化水玻璃砂工藝配比：新砂10%～30%，舊砂再生砂70%～80%；水玻璃：2.5%～3.0%；固化劑：0.4%～0.42%。

表3 有機酯固化劑性能指標

制芯用新型有機酯硬化水玻璃砂工藝配比：新砂：100%,水玻璃：2.35%～3.5%；固化劑：0.4%～0.45%。

2.3 酯硬化水玻璃型芯砂性能指標

型砂性能如表4。

表4 型芯砂性能

3 生產驗證

側架經一次工藝工裝試投產驗證，完成了試制任務，并通過了公司鑒定。由于莫車側架產品結構比較獨特，壁厚較薄，形狀復雜，A部和承臺轉角處熱節較大等產品結構原因無法安放冒口加以補縮和排氣。在生產前期，鑄件試制后嗆空、掉砂的廢品較高，成品率較低。

4 問題分析及工藝改進

1）嗆空、掉砂原因分析

嗆空、掉砂主要發生在小導框掉砂和嗆空。主要原因是型芯砂的強度不足以及發氣量大所致。新型有機酯硬化水玻璃砂工藝的再生砂，對型芯砂強度影響至關重要，再生砂的質量波動可直接導致發氣量高，原砂、水玻璃、固化劑的加人量高亦是導致發氣量大的主要原因也是導致嗆空的原因。同時殘余Na2O的含量對型芯砂也影響較大，主要表現在殘余Na2O高，水玻璃和固化劑相應的增加，造成發氣量相對高，產品的嗆空缺陷幾率增大。所以對再生砂的殘余Na2O的含量進行嚴格控制，減少水玻璃和固化劑的加入量，以減少型芯發氣量，從而降低嗆空、掉砂缺陷。

2）采取的工藝手段

對小導框芯結構進行改進，將小導框芯懸臂尺寸減小，同時在小導框上平面熱節部位加排氣冒口，加速熱節處的排氣及補縮（見圖3）；在分型面處設計多處排氣槽，引導氣體排出型腔；同時嚴格控制鋼水成分和澆注溫度，加強造型、制芯、合箱的操作質量。通過上述措施，在之后的生產過程中，上述問題得到了較好解決，使側架的合格率提高到一個較高的水平。

圖3 改進后的鑄造工藝圖

5 結束語

1）通過工藝改進莫架的A部嗆空和掉砂廢品明顯減少，廢品率由原來初期的15%降低到3.5%，該工藝方案滿足了質量要求。

2）在生產過程中通過調整型芯砂的配比，減少型芯砂的發氣量對減少產品嗆空、氣孔具有較好的效果。

［1］華中理工大學.鑄造工藝學［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［2］哈爾濱工業大學.鑄件形成理論［M］.北京：機械工業出版社，1990.

［3］樊自田，董選普，陸潯.水玻璃砂工藝原理及應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2004.