搖枕制芯工藝及下芯工藝改進

王小娟

（寧波全力機械有限公司，浙江寧波 315712）

某公司生產的搖枕為出口產品，采用“B+”級鋼鑄造，它是鐵路貨車最關鍵的零部件之一，其質量好壞直接影響到行車安全。一個好的鑄造工藝對保證產品質量至關重要，而好的工藝裝備是好的工藝實現的前提。

在傳統鑄造工藝中，搖枕的斜楔芯是分成4個單獨的砂芯（圖1）。此工藝的砂芯自由度大，雖然在制芯和下芯時方便，但由于砂芯芯頭與外模芯座有間隙，在下芯時偏移方向隨機性較大，斜楔中心距和同端兩側斜楔對縱向中心平面對稱度控制有難度，即便是采用下芯樣板來控制也會有操作誤差，而且彈簧面是由外模制出，會造成彈簧面變形。采用改進后的工藝（圖2），同端兩側斜楔芯連為一體，形成一個局部整體芯，下芯時兩側斜楔同步性好，斜楔的相對位置精度不需要用樣板來控制，而是靠芯盒制作精度來控制，并且彈簧面由砂芯制出，保證了彈簧面不變形。更為重要的是此搖枕下部彈簧面與斜面交接的圓弧段為重要部位，不允許因為有缺陷而修補，制芯時可以通過各種方式來解決此處的缺陷。改進后的工藝，由于砂芯體積和質量都比較大，制芯和下芯都不便，為此我們設計了翻轉和下芯吊具（圖 3）。

圖1 傳統鑄造工藝

圖2 改進后的工藝

圖3 翻轉和下芯吊具

此套斜楔芯冷芯盒是在Z8480B射芯機上一次成型的，模具由上下芯盒、前后左右抽塊組成。采用油缸抽芯，管路接口必須密封，油路線一目了然，前后一路，左右一路。在型腔內合理布置射嘴孔、上下頂桿孔及排氣塞。此套工裝目前在該公司使用效果較好，運用此套工裝制作的砂芯及下芯精度達到工藝設計要求，尺寸控制較好。

搖枕均為箱體結構，內腔多筋板，且側面有工藝孔。傳統工藝內腔砂芯一般由多段、多層、多個砂芯組成，下芯過程中和下芯后，砂芯起吊不平穩，下芯難到位，且調整困難，使砂芯之間接合處產生錯位、披縫、氣孔等鑄造缺陷，使工人清砂困難，內腔夾砂無法清除，增強了工人的勞動難度，工作效率低，影響鑄件的質量。為提高產品質量，根據客戶要求設計制造出搖枕內腔砂芯整體射芯模具，且將側工藝孔補砂芯與整體芯相連，可以實現鑄件關鍵部位（搖枕的A、B部位）內腔砂芯無分段，及擴展區域的形狀完整，避免在搖枕關鍵部位因砂芯分段而出現披縫、臺階等缺陷；利用自帶的側面補砂芯支撐整體芯，實現了搖枕無芯撐生產。這種模具為一體式射芯盒模具，模具由上下芯盒、射砂和頂芯機構組成，制作模具時合理布置射砂嘴、上下頂芯桿及排氣塞，在必要位置加上成型冷鐵及圓鋼冷鐵，在芯盒內腔布置間距為40mm～60mm的冷卻工藝薄筋，使砂芯一次成型且完好無損，有效地控制產品質量，無需多套模具的組合，使生產出的鑄件內腔光滑、平整、無缺陷，有效地避免了因砂芯間多肉、大面積裂縫引發的裂紋傾向，尺寸均勻準確，便于清理，同時提高了砂芯的強度和模具的使用壽命，使用壽命達六萬次左右。

雖然消除了分芯帶來的質量隱患，但由于整體芯輪廓尺寸較大，下芯時不易保證砂芯平衡，在下芯時，如果不是所有芯頭同時下入砂型，很容易產生砂芯與芯頭間、砂芯與砂型間的磕碰，導致鑄件內外表面夾砂等缺陷，不利于提高鑄件的表面質量。同時由于芯頭存在間隙，也會導致砂芯偏向某一側造成鑄件壁厚不均，從而影響鑄件的尺寸精度。為此我們利用三維軟件計算出砂芯的重心，設計出搖枕整體芯手工下芯的吊具，同時預留了機器手下芯時所用的夾持面。經過在生產現場實際使用，手工下芯吊具能夠實現砂芯吊運的平穩和下芯安全。

中間段整體芯和吊具如圖4。

圖4 整體芯和吊具

手工下芯吊具雖然能滿足砂芯吊運和下芯，但效率較低，下芯精度要受到人為因素的影響。因此，為提高生產效率和下芯精度，搖枕整體芯采用機械手下芯工藝，我們聯合機器人公司對整體芯夾持面進行合理設計，在保證整體芯脫模順利的前提下，減少夾持面的角度，實現機械手夾持和打開順暢。同時，為保證機器人夾持定位準確，在砂型和整體芯砂上分別設置了機器人掃描孔，進行識別和定位。由于機器人系統定位精度高，砂芯自動抓取平穩，整個動作依次結束，下芯準確可靠且無人工干預，具有工藝尺寸穩定、產品質量好的特點，大大地提升了搖枕制造技術水平，還進一步提高了搖枕生產效率，保證了客戶的需求量，對強化產品質量，更好地保證行車安全具有積極作用；同時對提高工序的自動化程度，降低勞動強度，改善作業環境起到良好的作用，深受工人們歡迎。

圖5 機器人夾具夾持整體芯

目前，該工藝已經能夠滿足該產品生產的要求，生產出的鑄件尺寸符合圖紙要求，并且通過了動、靜載荷試驗等，各種檢測結果均符合產品技術條件及達到各相關標準的要求，得到了國外客戶的肯定，從而為下步的批量生產做好了技術和工裝準備。

[1]王志剛.鑄鋼件搖枕側架整體芯下芯工藝實踐[J].鑄造技術，2010(8)：61～64.

[2]劉勝田.整體芯技術應用于鐵路貨車搖枕的工藝研究[J].金屬加工：熱加工，2008(15)：15～19.

[3]楊曉明.鐵路貨車搖枕側架整體制芯工藝[J].機車車輛工藝，2008(4)：13～15.