電力機車軸箱體造型分芯工藝設計

王雪峰，班炯光，任永波

（中車大連機車車輛有限公司，遼寧大連 116022）

軸箱體是裝配在電力機車轉向架上的一系懸掛裝置中的關鍵鑄鋼件，通過本體軸孔裝配于車軸上，通過壓裝于本體彈簧面上和構架之間的彈簧與構架相連，在輪對和構架之間起到連接作用。材質為C 級鋼，結構復雜，曲面過渡面較多，關鍵部位需進行磁粉和超聲波探傷，以確保鑄件表面質量和內在質量。軸箱體鑄件質量直接影響到機車整車質量，關系到鐵路運輸安全。在產品工藝設計時，需認真分析，考慮產品結構特點，采取有效措施，保證產品質量[1]。

1 電力機車軸箱體結構特點

電力機車軸箱體產品結構屬于薄壁箱體結構，過渡曲面較多，變截面較多，輪廓尺寸為870 mm×460 mm×270mm，毛坯重量約140kg。根據現場工裝情況和生產需要，設計采用一箱兩模，上下兩箱造型，底注式澆注系統，澆注系統設置在兩個軸箱體之間，整體對稱布局[2]。在大軸孔上端面設置兩個腰圓保溫冒口，軸孔1#砂芯帶有兩個冒口補貼。

2 初步分芯工藝

2.1 砂芯分芯工藝方案

按常規設計，每個軸箱體用5 塊砂芯組芯，一箱兩模，整個一箱型腔里共有10 塊砂芯組成。分芯示意圖見圖1。砂芯數量多，要求每塊砂芯尺寸位置準確，以確保組成的產品型腔尺寸符合圖紙，而且相互之間還要有一定的調整量，以便于吊芯操作。

2.2 存在的問題

圖1 初步分芯示意圖

在常規方案實際生產中，用吊車吊芯進行下芯操作時，既要考慮每塊砂芯的位置，還要考慮砂芯相互之間的位置，操作難度較大。如圖1 所示，要保證單個軸箱體的2#、3#、4#、5#和1#砂芯之間的位置，還要考慮兩個軸箱體之間的砂芯的相互位置，尤其是兩個2#、兩個3#砂芯之間的間隙，即2#1、3#2、3#1、2#2位置，因為這幾塊砂芯涉及到兩個軸箱體鑄件的彈簧面以下部分的結構尺寸。1 號軸箱體的2#1、3#1砂芯和2 號軸箱體的2#2、3#2砂芯之間的間隙，很難控制。如果其相互之間間隙較大，吊芯時要做好砂芯間的固定，以避免澆注過程中出現砂芯位置改變，造成軸箱體尺寸變化。當間隙較大時，在澆注的時候容易跑火形成披縫。如果其相互之間間隙較小，吊芯時容易造成砂芯摩擦，砂芯位置就需要重新調整。而只要移動其中一塊砂芯，位置發生了變化，就影響到其他砂芯，也需要隨之進行調整，以致幾塊砂芯都需要來回調整，直至相對位置達到合適狀態。而這個調整的過程比較繁瑣，需要很長時間才能將10 塊砂芯調整到比較適合的位置。在砂芯位置調整的過程中，不可避免地造成砂芯之間相互摩擦，以致砂芯磨損，就容易使一些砂粒掉落到下型中。而澆注系統的橫澆道剛好就位于兩個2#、3#砂芯之間接縫的下部，吊芯過程中產生的這些掉落的砂粒在吊芯后無法清理干凈，澆注時就被沖入型腔，最終在鑄件上形成砂眼缺陷。

3 分芯工藝改進

3.1 分芯工藝改進方案

為解決存在的吊芯定位和砂芯調整操作難的情況和避免吊芯過程中容易產生掉落砂粒的問題，進行分芯工藝設計改進。在吊芯時，首先要將兩個軸箱體位置固定，才能便于后序的操作，這就必須合理排出吊芯順序[1]。經分析，首先要將兩個軸箱體之間的砂芯位置固定，也就是要將2#1、3#2、3#1、2#2這四塊砂芯先吊芯固定位置作為基準，然后再進行4#、5#砂芯吊芯，讓4#、5#砂芯分別往2#、3#砂芯上組對，這樣操作就變得簡單些。但是2#1、3#2、3#1、2#2四塊砂芯除了舂砂面的其他幾個面都帶有過渡面和轉角，芯盒內部還帶有活塊，在實際生產過程中手工制芯時，砂芯的輪廓尺寸比較容易出現偏差。如果保持2#1、3#2、3#1、2#2四塊砂芯分別獨自成芯的分芯方案，難以達到預想的目的。為此進行討論，經過研究，認為可以改變思路，由原來的從單個軸箱體獨自分芯改為把兩個軸箱體作為整體來考慮設計分芯工藝方案[3]。因此將原來的2#1、3#2兩塊砂芯合并為一塊砂芯2#H，將原來的3#1、2#2兩塊砂芯合并為一塊砂芯3#H，這樣就通過砂芯尺寸固定了兩個軸箱體之間的尺寸，也就是L 尺寸，避免了原來制芯吊芯過程中的人為操作因素影響。改進的分芯示意圖見圖2。分芯工藝改進后，2#H砂芯和3#H砂芯定位尺寸較準。吊芯操作時，先吊2#H砂芯和3#H砂芯，作為基準，再吊其他砂芯，整個吊芯操作要比之前容易，操作難度大大降低。而且在2#1、3#2兩塊砂芯合并為一整塊砂芯2#H之后，原來在這兩塊砂芯間的縫隙也不存在了，同理3#1、2#2兩塊砂芯合并為一整塊砂芯3#H之后，原來在二者之間的縫隙也不存在了。這樣改進之后，原來在澆注系統上方的砂芯縫隙由長度方向的600mm 一整條和寬度方向的55mm 一小段，變為現在寬度方向的55mm 一小段，也就大大降低了出現掉落砂粒進橫澆道的幾率。

3.2 分芯工藝改進后出現的問題

分芯方案經過改進，能夠很好地保證吊芯操作質量，保證軸箱體的尺寸準確。2#H芯盒和3#H芯盒均采用拆卸式結構手工制芯，砂芯輪廓尺寸約800mm×500mm×300mm，尺寸較大。砂芯六個面中，除了舂砂面為比較大的長方形平面，其他五個面都是曲面或小平面，而且其他五個面都涉及產品尺寸，為便于砂芯存放，制芯后只能將舂砂面作為砂芯底面。這就造成制芯過程中在砂芯硬化后要將芯盒翻轉180 度，再拆解芯盒，取出砂芯，然后重新組裝芯盒，進行下一塊砂芯的制作。由于芯盒尺寸較大，人工將芯盒翻轉180 度，不僅操作難度大，安全系數低，而且有可能影響砂芯質量。在產品需求數量少時，勉強可以保證操作。但在大批量生產時，連續制芯，制作的砂芯質量降低，不僅影響產品質量，而且難以保證安全操作，生產進度也受到影響。為此還需要進行分芯工藝優化。

圖2 改進分芯示意圖

4 分芯工藝優化改進

針對分芯工藝改進后出現的問題，進行了認真的研究。限于軸箱體的結構特殊，采取人工手工制芯的方式，無論如何進行分芯，都難以解決目前存在的問題。為解決人工翻轉芯盒出現的問題，考慮將人工制芯改為在制芯生產線上完成制芯，采用翻轉起模機翻轉芯盒起模。但限于原方案中芯盒本身的結構高度方向尺寸約為550mm，如果直接將芯盒布置在離地高度為600mm 的輥道上，芯盒上口高度就高于連續混砂機的出砂口高度，混砂機不能直接放砂進芯盒。而且這樣布置后芯盒上口離地較高，操作者站在地面上高度不夠，完成不了操作，需要站在從地面上墊起足夠高度的墊塊上，還要探身進芯盒安放冷鐵、搗砂，這樣安全操作難度更大。所以為在制芯生產線上進行制芯，還需要進行分芯工藝的進一步設計改進。經過認真分析，突破常規慣性思維，將2#H砂芯沿吊芯水平方向的中心均勻地一分為二，即分解為2#HS砂芯和2#HX砂芯。同理將3#H砂芯分解為3#HS砂芯和3#HX砂芯。優化的分芯示意圖見圖3。這樣新設計的四塊砂芯每個砂芯都有了一個大平面，將這個大平面作為舂砂面，芯盒高度就降低為約200mm。按最新設計方案，制芯時的放砂、搗砂、翻轉起模都可以輕松進行，不僅能保證操作安全，而且操作難度大大降低，砂芯質量容易保證，存放也更穩當。

圖3 優化分芯示意圖

5 結論

通過對軸箱體結構分析，針對產品特點，結合現場生產條件，將造型分芯工藝進行合理調整，各工序操作者反應很好。按照優化后的分芯工藝進行生產，澆注的鑄件外觀質量良好，經劃線鑒定，尺寸符合圖紙要求。經過分芯優化，不僅減輕了現場操作者的勞動強度，保證安全操作，而且提高了砂芯制芯質量和吊芯質量，降低了軸箱體的合箱操作難度，保證了電力機車軸箱體鑄件毛坯尺寸，提高了鑄件產品質量。