鐵路搖枕整體芯CO2水玻璃砂制芯工藝及設備的開發應用

劉和平，劉俊嶺，齊俊龍，呂秀梅

（內蒙古第一機械制造（集團）有限公司，內蒙包頭市 014030）

鐵路搖枕整體芯CO2水玻璃砂制芯工藝及設備的開發應用

劉和平，劉俊嶺，齊俊龍，呂秀梅

（內蒙古第一機械制造（集團）有限公司，內蒙包頭市 014030）

在傳統鑄造工藝中，鑄鋼件搖枕內腔分段、分層、多塊芯子形成，芯子段、層間接合處常常產生錯位、飛邊、毛刺、多肉、氣孔等鑄造缺陷，影響鑄件的內在和表面質量，這些缺陷成為貨車提速重載的安全隱患。為此，我公司在國內首次將CO2水玻璃砂工藝應用于搖枕整體芯制作。

搖枕；CO2水玻璃砂；整體芯

在傳統鑄造工藝中，鑄鋼件搖枕內腔分段、分層、多塊芯子形成，芯子段、層間接合處常常產生錯位、飛邊、毛刺、多肉、氣孔等鑄造缺陷，影響鑄件的內在和表面質量，這些缺陷也成為貨車提速重載的安全隱患。為此，我公司在國內首次將CO2水玻璃砂工藝應用于搖枕整體芯制作。該工藝方案的應用取消了原有生產方法所采用的手工組芯、打磨等操作工序，實現了搖枕A、B關鍵重要部位以及擴展區域在內的形狀完整、各表面光滑平順的整體砂芯，保證了鑄件使用的可靠性。

1 工藝方案確定

原工藝方案如圖1所示，搖枕內腔由左 3#、左 4#、1#、2#、右 3#、右4#分段、分層組成。芯子數量多，操作復雜，生產效率低。在芯子對接處存在大小不等的臺階，芯子對接形成的縫隙容易進入鋼液形成披縫，直接影響產品的疲勞強度、使用壽命。

改進后的工藝方案如圖2所示，搖枕內腔由原來的6塊芯改為3塊整體芯，即將K6搖枕內腔兩斜楔槽中心線之間區域內的砂芯設計為一個整體芯，在心盤銷孔下方的橫擋銷板處分割出三個小砂芯粘到整體芯上，兩塊 160mm×150mm×30mm，一塊 160mm×150mm×70mm。

2 制芯設備的研制

工藝方案選定后，由于芯子最大尺寸2700mm×800mm×450mm，射砂量≥200L，據了解當時國內甚至國外還沒有現成的設備可選購，因此我們與蘇州鑄造機械廠有限公司合作共同研制專用射芯機。

2.1 研發重點

2.1.1 射砂機構

該機采用雙射筒射砂機構，即在射腔上垂直設置兩個射筒，兩射筒中心距離小于或等于4倍的射筒內徑，射腔主剖面等腰梯形的底角大于18°，這樣保證所制作的砂芯質量。

2.1.2 實現制芯工位和上芯盒冷鐵機外放置同時工作，以提高設備生產效率和安全性

該機利用一副上芯盒、一副下芯盒和一副上芯盒冷鐵隨形工裝配合完成制芯、取芯和上芯盒冷鐵放置工作，下芯盒和上芯盒冷鐵隨形工裝設置在水平移動工作臺上，它們分別位于制芯工位前、后兩面，前面為取芯工位、后面為上芯盒冷鐵放置工位。在上芯盒與下芯盒在制芯工位上配合射砂制芯時，上芯盒冷鐵放置工位上進行冷鐵的擺放；當上芯盒與下芯盒制芯完成時，升起上芯盒，水平移動工作臺帶動下芯盒到頂芯工位上進行頂芯、起吊、搬運和清理下芯盒、放置下芯盒內冷鐵、鐵礦砂、芯架等一系列工作，同時上芯盒冷鐵隨形工裝同時被水平移動工作臺帶動到制芯工位與上芯盒配合冷鐵吸附，如此循環工作。圖4為射芯機示意圖。

2.2 射芯機及配套設施主要技術參數

搖枕整體冷芯盒射芯機包括射芯主機、液壓系統、電控系統、氣動系統（不含壓送罐）、安全圍屏；配套設施有CO2氣體儲罐（帶氣體加熱器）、氣體發生器、空氣加熱器、水玻璃儲罐(帶加熱)、樹脂儲罐（帶加熱）、混砂系統與液料定量裝置、冷凍式干燥器與過濾器、砂定量裝置、配套鋼結構等。

射芯機工藝流程：

砂子通過氣力輸送→砂斗（除塵器）→砂加熱器→混砂（設砂定量裝置、液料定量裝置）→制芯工位射砂→吹氣硬化→上部提升機構上升（水平分盒）→前后夾緊機構松開（前后開盒）→取芯工位頂芯機構頂出芯子→取芯→清理下芯盒→放置冷鐵、鉻礦砂、芯撐等進入下一循環。同時下芯盒制芯時上芯盒冷鐵人工擺放→下芯盒至取芯工位而上芯盒冷鐵吸附→返回上芯盒冷鐵放置工位。

該射芯機可根據生產工藝要求，優先滿足水玻璃砂+吹CO2硬化工藝，同時還可以滿足水玻璃砂+吹甲酸甲酯硬化工藝及設備預留三乙胺法硬化工藝功能。

該射芯機一次射砂量≥200L，射砂面積2790mm×850mm（芯子最大尺寸：2700mm×800mm×450mm）；機器循環時間小于55s；混砂機能力為8～10t/h。

3 生產試驗

整體芯用于生產后，根據要求分別澆注了376爐、514爐、528爐、546爐，4爐產品，經對生產的搖枕進行外觀質量、劃線、解剖、整體探傷、超聲波探傷、射線探傷、超聲波測量壁厚、化學成分、力學性能、金相組織檢查，并將K6搖枕4件送青島鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站進行動、靜載荷試驗，結果顯示：鑄件幾何尺寸、理化性能、密實度、金相組織及各項檢測均達到相關標準規定。

4 結語

（1）搖枕冷芯盒射芯機射芯工藝及設備的研制屬國內首創，該機已經獲得了國家兩項專利（雙工位射 芯 機“ZL 2007 2 0131237.9”和雙射筒的射砂機構“ZL 2007 2 0131236.4）。

（2）應用該設備生產的轉K6型搖枕經各種形式試驗，結果均符合產品圖紙、技術條件、質量特性分級和TB/T3012—2006《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側架技術條件》的要求，而且提高了鑄件的尺寸精度，減少了鑄造缺陷，提高了對新型貨車行車安全的保證能力，有很好的社會效益。

（3）應用該設備生產的K6搖枕整體芯工藝成熟可靠，具備了K6型搖枕批量生產能力，設備投入生產三年多的時間，為公司創造了巨大的經濟效益。

[1]萬仁芳.砂型鑄造設備.北京：機械工業出版社，2007，10.

[2]魏華勝.鑄造工程基礎.北京：機械工業出版社，2002，2.

[3]劉喜俊.鑄造工藝學.北京：機械工業出版社，1999，10.

Developing and Application of CO2Water Glass Sand Coremaking Technology and Equipment for Integrated Core of Railway Rocker Block

LIU HePing，LIU JunLing，QI JunLong，LV XiuMei
（Inner Mongolia 1st Machinery Manufacturing Group Co.Ltd.，Baotou 014030，Inner Mongolia China）

We are the 1st in China to apply CO2water glass sand technology to coremaking of an integrated core of railway component rocker block steel castings which have been being cast by traditional foundry technology of which the inner cavities divided into segment or layer formed by several cores and foundry defects as flash,burr,air holes which produced in joints of core segment and layer and influenced castings inner and visual quality hence hidden trouble for railway vehicle.

Rocker block；CO2Water Glass Sand；Integrated Core

TG231.6+6;

B；

1006－9658（2011）04－3

2011－03－31

2011－041

劉和平，女，工程師，從事鑄造技術工作