地鐵搖枕的鑄造生產(chǎn)技術(shù)

賈 旭

（江蘇朗銳茂達(dá)鑄造有限公司，江蘇江陰 214445）

地鐵搖枕的鑄造生產(chǎn)技術(shù)

賈 旭

（江蘇朗銳茂達(dá)鑄造有限公司，江蘇江陰 214445）

針對(duì)法國(guó)地鐵搖枕鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其質(zhì)量要求，制定相應(yīng)的工藝，成功生產(chǎn)法國(guó)地鐵搖枕鑄件。重點(diǎn)介紹了解決鑄件裂紋、夾砂、變形等質(zhì)量問(wèn)題的措施。

地鐵搖枕；鑄造工藝

該地鐵搖枕是國(guó)內(nèi)某交通運(yùn)輸設(shè)備制造商為法國(guó)地鐵設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，2008年江蘇朗銳茂達(dá)鑄造有限公司接到該鑄件的訂單后首先進(jìn)行工藝試驗(yàn)，于2008年年底成功通過(guò)了客戶和法國(guó)鐵路協(xié)會(huì)的首件檢查，并于2009年成功向客戶提供了39只合格搖枕。在該鑄件的開發(fā)試制及生產(chǎn)過(guò)程中，我們根據(jù)該地鐵搖枕鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其質(zhì)量要求，通過(guò)不斷改進(jìn)工藝措施最終掌握了搖枕鑄造技術(shù)。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及質(zhì)量要求

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

法國(guó)地鐵列車車體轉(zhuǎn)向架鑄造搖枕是地鐵客車上的一個(gè)十分關(guān)鍵的受力件，它起到連接地鐵車廂與轉(zhuǎn)向架之間的枕梁作用，其制造質(zhì)量的好壞，直接決定著地鐵列車的行車安全。如圖1所示，該產(chǎn)品為薄壁鑄件，結(jié)構(gòu)較為特殊，中間為薄壁框式結(jié)構(gòu)，兩端為圓盤結(jié)構(gòu)，外形尺寸為2820mm×1162mm×424mm，大部分面均為加工平面，厚度差較大，加工后兩圓盤面的壁厚只有12mm，而壁厚最大部位超過(guò)100mm，要求壁厚厚度的公差僅為+2～0 mm。

1.2 產(chǎn)品質(zhì)量要求

該搖枕鑄件需要進(jìn)行磁粉探傷檢查、X射線探傷檢查和超聲波探傷檢查，其中磁粉探傷和X射線探傷檢查為鑄件整體，超聲波探傷檢查區(qū)域主要為加工區(qū)域。磁粉探傷驗(yàn)收條件為：關(guān)鍵區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)UIC 840－2的Lm2－Sm2要求，其余區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)UIC 840－2的 Lm4－Sm4要求。超聲波探傷要求為NFF04－162標(biāo)準(zhǔn)的U1級(jí)。X射線探傷檢查要求參照標(biāo)準(zhǔn)NFA－160，評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照ASTM－E446，驗(yàn)收條件為：關(guān)鍵區(qū)域?yàn)棰蚣?jí)，其余區(qū)域?yàn)棰蠹?jí)。超過(guò)級(jí)別要求的缺陷均要進(jìn)行返修。X射線探傷部位共有47個(gè)區(qū)域（見圖 2），關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?C1、C2、C3、C4這四個(gè)區(qū)域，拍片方法為單層拍片法。

對(duì)該搖枕的表面質(zhì)量亦要求較高，鑄件非加工面不允許存在夾砂、氣孔等缺陷，表面粗糙度要達(dá)到NMR Ra50的要求，成品加工表面不允許存在任何缺陷。

2 鑄造工藝

根據(jù)我公司生產(chǎn)搖枕的經(jīng)驗(yàn)，試制時(shí)選擇使用PePset樹脂砂，并在面砂內(nèi)加入一定量的氧化鐵粉，原砂SiO2含量要求至少為98.5%。

PePset樹脂粘結(jié)劑系統(tǒng)由P1、P2、P3三組分組成，三種組分均為液體，配比時(shí)P3提前加入到P1中。

（1）法國(guó)地鐵搖枕型（芯）砂配比，見表1。

（2）法國(guó)地鐵搖枕型（芯）砂的混制。型砂混制過(guò)程為：砂+氧化鐵粉+P1與P3的混合液+P2→出砂。混制好以后必須在3min內(nèi)制芯完畢。

表1 法國(guó)地鐵搖枕面、背砂的配比

（3）混制設(shè)備。法國(guó)地鐵搖枕型砂用TYH-10即10t連續(xù)式混砂機(jī)混制。工藝上規(guī)定砂中需加入一定量的氧化鐵粉，提高型砂熱導(dǎo)率和型砂高溫塑性，防止鑄件產(chǎn)生夾砂、粘砂、脈紋等缺陷[1]。由于砂箱大（3500mm×1500mm×350mm），為節(jié)約成本，砂型分為面砂和背砂，背砂中則不加氧化鐵粉。芯砂用碗型混砂機(jī)混制，芯砂也需要添加一定量的氧化鐵粉。

（4）涂料。法國(guó)地鐵搖枕砂型和砂芯表面刷二遍醇基鋯英粉涂料，涂后立即點(diǎn)燃。

3.2 鑄造工藝

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為側(cè)面進(jìn)入底注開放式[2]，其中∑F直：∑F橫：∑F內(nèi)=1：1.86：2.38。澆注系統(tǒng)的直澆道大小為?60mm，采用耐火澆口管，橫澆道為1道，直澆口位于橫澆道中間，在直澆道底部（即橫澆道中間）放置一個(gè)槽形耐火專用澆道，內(nèi)澆道共4道，均勻分布于橫澆道兩邊，這樣搖枕兩邊可以同時(shí)充型，鋼液熱量分散，減少裂紋出現(xiàn)的幾率。合箱后澆口端對(duì)面一側(cè)墊高一定高度使鋼液進(jìn)入型腔平穩(wěn)，便于型腔內(nèi)氣體排出，避免出現(xiàn)澆不足、氣孔等缺陷[3]。在搖枕中間框式轉(zhuǎn)角部位的砂芯制作過(guò)程中加入一定厚度的鉻鐵礦砂，減少這幾個(gè)部位出現(xiàn)缺陷的傾向。

3.3 熱處理工藝

鑄件材質(zhì)為E300-520MS，熱處理采用正火熱處理，正火溫度為890℃±20℃，保溫時(shí)間150～200min。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械性能和金相組織能滿足技術(shù)條件的要求，但是經(jīng)過(guò)劃線檢查和分析后，發(fā)現(xiàn)鑄件變形較嚴(yán)重，而且每一只都有不同程度的變形，局部沒有加工余量，不能滿足加工要求。經(jīng)過(guò)研究，在公司原有的校直工裝上進(jìn)行改進(jìn)，利用局部加熱施加一定的力進(jìn)行校直，滿足機(jī)加工要求。

4 工藝措施的改進(jìn)

初期，法國(guó)地鐵搖枕因?yàn)殍T件變形導(dǎo)致報(bào)廢2只，而且鑄件出現(xiàn)的裂紋、縮松等缺陷較多，耗費(fèi)了大量的物力和人力，不僅增加了成本而且影響產(chǎn)品的交付進(jìn)度。經(jīng)過(guò)工藝上多次的試驗(yàn)和改進(jìn)，取得了明顯效果。

4.1 鑄件局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在前期試制的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在心盤面與中間圓弧相接的地方，經(jīng)磁粉探傷后有橫向的貫通裂紋，經(jīng)過(guò)分析，原因是這個(gè)部位的結(jié)構(gòu)不合理[4]，鋼液在收縮過(guò)程中嚴(yán)重受阻。在不影響產(chǎn)品尺寸和質(zhì)量的情況下，改正此處結(jié)構(gòu)成圓弧形，并在此處加?20mm圓形冷鐵，減少熱應(yīng)力，很好地解決了裂紋問(wèn)題。

4.2 型砂工藝改進(jìn)

影響型砂強(qiáng)度的因素非常多，比如原砂的顆粒度、天氣溫度的變化、氣候的變化、樹脂的加入量、樹脂的質(zhì)量等。這些因素對(duì)型砂的硬化速度有明顯的影響，所以在以下方面進(jìn)行規(guī)定：

（1）原砂使用前進(jìn)行預(yù)烘干，背砂必須進(jìn)行干燥。

（2）型砂最佳強(qiáng)度控制在600kPa～800kPa，芯砂最佳強(qiáng)度控制在400kPa～600kPa。

（3）砂型和砂芯的脫模時(shí)間均為4h。

4.3 造型工藝改進(jìn)

為減少法國(guó)地鐵搖枕裂紋、縮松等缺陷，提高鑄件內(nèi)在和表面質(zhì)量，采取以下工藝措施。

（1）經(jīng)過(guò)對(duì)鑄件X射線探傷的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)每一只搖枕S1、S2、S3和S4部位都出現(xiàn)裂紋，集中在四個(gè)圓柱周圍，主要是樹脂砂的退讓性不好引起。后來(lái)采用七〇砂試驗(yàn)，中間框形結(jié)構(gòu)的砂芯也采用七〇砂制作，經(jīng)過(guò)X射線探傷發(fā)現(xiàn)，只有一只鑄件的一個(gè)部位出現(xiàn)裂紋，效果良好。

（2）為了減少圓盤面夾砂出現(xiàn)，在兩個(gè)圓盤面上放置一層20mm的鉻鐵礦砂。

（3）經(jīng)過(guò)對(duì)鑄件的關(guān)鍵射線探傷檢查部位C1、C2、C3和C4進(jìn)行探傷檢查發(fā)現(xiàn)，有的部位出現(xiàn)縮松。分析認(rèn)為原來(lái)的冒口補(bǔ)縮效果無(wú)法滿足要求，故將冒口改為100mm×150mm×200mm保溫冒口。經(jīng)過(guò)幾次拍片，這幾個(gè)部位的缺陷情況得到了很好的控制，完全符合驗(yàn)收要求，不僅提高了鑄件質(zhì)量，而且節(jié)約了成本。

（4）考慮到圓盤面反面的凸臺(tái)，在其上面放置?140mm×200mm的保溫冒口，拍片后，發(fā)現(xiàn)圓盤面縮松較多，經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，冒口的補(bǔ)縮距離不合理[3]，分別在圓盤面增加了兩個(gè)保溫暗冒口，尺寸均為140mm×200mm，增加了補(bǔ)縮效果，提高了鑄件質(zhì)量。

（5）嚴(yán)格控制澆注溫度和澆注速度，采用低溫快澆的方法。

4.4 熱處理工藝改進(jìn)

仔細(xì)討論、分析后，對(duì)熱處理裝爐平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，并設(shè)計(jì)了專用的熱處理墊塊，改進(jìn)后的鑄件變形明顯減少，正火熱處理一次滿足加工要求的成功率達(dá)到90%以上。改進(jìn)后的熱處理平臺(tái)如圖3所示。

5 結(jié)論

（1）生產(chǎn)壁厚較薄、尺寸精度要求高的鑄鋼件，采用PePset樹脂砂能夠得到很好的效果。

（2）對(duì)于薄壁平板式結(jié)構(gòu)，合理的熱處理平臺(tái)非常重要。

（3）加強(qiáng)正火熱處理后鑄件表面的熒光磁粉探傷檢查，對(duì)保證最終產(chǎn)品質(zhì)量是極其關(guān)鍵的。

（4）改進(jìn)后的法國(guó)地鐵搖枕工藝穩(wěn)定，沒有廢品出現(xiàn)，表面質(zhì)量較高。

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)：第4卷[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)：第5卷[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]李晨希.鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄件缺陷控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版，2009.

[4]李魁盛.鑄造工藝及原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1989.

[5]帥平.法國(guó)ALSTOM搖枕鑄造技術(shù)[J].機(jī)車車輛工藝，2004（06）.

Production Technology of Rocking Pillow in Subway

JIA Xu
（Jiangsu Lang Rui Mao Da Foundry Co.Ltd.,Jiangyin 214445，Jiangsu China）

Measures for solution to problems of casting defects as crack,inclusion and deformation have been introduced,which were aiming at structure characterists and quality requirements for succesful production of rocking pillow in subway of France.

Rocking pillow in subway；Foundry technology

TG245;

A；

1006－9658（2012）01－3

2011－11－22

2011－163

賈旭（1983－），男，助理工程師，現(xiàn)主要從事鑄造工藝技術(shù)管理工作