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1、转!摇枕及侧架铸造工艺分 析 （上）中国南车集团北京二七车辆 厂 （!#$） 马庆林转!转向架是铁路运输实现高速重载的主型转向架之一，其主要技术指标：轴重为#$，运营速度为%#&()。摇枕、侧架是转向架上最重要的两个铸件，它承载车体的重量并将之传递到轮对上，使用寿命为#年。车辆在运行过程中，摇枕、侧架受冲击载荷很大，其质量对运输安全起到至关重要的作用。因此要采用先进的铸造工艺设计手段，充分考虑各种因素对铸造质量的影响，确保铸件有良好的力学性能，主要受力部位组织致密，不能有裂纹等铸造缺陷存在。一、摇枕、侧架的结构特点及技术指标#$摇枕的结构特点转!型摇枕属于弧形箱式，结构比较复杂 （见图%），轮
2、廓尺寸为#*+%(,&(,-.+(，重量为+%/。中间部位有*个工艺孔，内部有筋板连接上下壁，底部的平均壁厚为-(，0部位又是底部最厚的部位 （-1(），铸件的壁厚不均匀，特别是中间筋板与心盘面及底部弧面相连接处，壁厚差较大，易出现裂纹缺陷，弹簧承台面、两斜楔中心距的尺寸、旁承盒尺寸等组装配合面部位尺寸精度要求高。图%$侧架的结构特点转!侧架的形状属于箱式结构，复杂薄壁铸件，轮廓尺寸为#-&(,+#.(,#1&(，重量为-1/。内腔连接筋较多，平均壁厚%+(，0部位壁厚为-%(，中央导框框磨耗板面不加工，外导框间距、滑槽中心*个圆孔等配合面尺寸要求高，见图#。图#&$主要技术指标（%）化学成分
3、、力学性能及非金属夹杂物指标如表%、表#、表-所示。表#化学成分 （质量分数） （2）钢种3 45 67 8 4 39 :5;级!&?68=伸长率（2）断面收缩率#（2）冲击吸收功!A;级*1 #+& #* -+#&（B.C）表&非金属夹杂物夹杂物类别 合格级别!型 （球形）夹杂物 细系%-级，粗系%级#型 （点网状）夹杂物%#级$型 （点状）夹杂物 细系%-级，粗系%级%型 （群状0D#E-）夹杂物%级%+热加工%(年 第(期!#$%&()$*$!铸 造$%&()*（!）密实度及无损检测 在摇枕、侧架关键部位的断面要进行解剖检查，组织致密并符合有关标准的要求。摇枕、侧架的、#部位采用整体磁化
4、湿法整体探伤检查，不得有裂纹。每$个月摇枕、侧架各两件进行一次、#部位的射线探伤检查。（$）静载荷、动载荷试验 首次投产的摇枕、侧架要进行静、动载荷试验，正常生产每三年对所生产的摇枕、侧架进行一次静、动载荷试验。二、铸造工艺根据我厂的生产条件及过去生产转%!、转%&、转%摇枕、侧架的生产经验，确定主要生产工艺如下：（(）钢液冶炼 采用)*碱性电弧炉炼钢，规范冶炼操作，同时辅以钢包内吹氩喂丝精炼技术，减少钢液气体及氧含量，改善夹杂物形态。（!）造型制芯 外型采用+!)!,!型造型机，一箱一件，水玻璃砂；制芯采用射芯机与手工相结合，关键部位和尺寸的形成靠射芯，一般部位用手工方式制芯。（$）热处理
5、采用微机自动控制燃轻柴油热处理窑，&点控温、两点测温，正火热处理工艺。（&）无损检测 采用-./$,型探伤仪，对摇枕、侧架全身进行整体磁化湿法整体探伤检查。三、工艺设计!工艺方案（(）摇枕工艺方案 浇注位置如图$所示，分型面取在端部上平面的底面，摇枕关键受力的、#部位放在下型，内浇口设在摇枕的两端，由断头的立壁引入钢图$液，过桥浇注；为防止斜楔面顶部的凹坑处出现缩松，在该处放置了蓄热较好的铬铁矿砂，起到激冷作用；心盘面和内腔筋板、外形立壁相连，易产生裂纹、缩松，为防止这些缺陷的产生，在心盘面处放置一个明冒口；在旁承盒内侧、位于部位之上摇枕的上下平面中间为一相通的立柱，是热节区，易产生缩松，在上
6、平面相对应的位置上放置保温冒口，通过立柱加强对部位的补缩，提高铸件的致密度。摇枕内腔芯子靠芯头定位，底面取消芯撑，芯头的接头位置避免在、#部位，以减少重要部位因芯子错台而产生的裂纹倾向。采用下芯样板用于控制斜楔芯的下芯质量，芯头的间隙用石棉绳补好，防止飞边、毛刺。（!）侧架工艺方案 浇注位置如图&所示，分型面在侧架纵向中心平面；为保证侧架滑槽的尺寸精度，将其设置在下型，铸号面位于上型。内浇口设在侧架的两端，从外导框端头引入钢液，采用过桥浇注，一箱一件。滑槽中的&个圆坑采用硌铁矿砂，以提高该处的表面质量，防止粘砂。由于轴箱导框内侧部位和中央摇枕档摆动块安装面!0&)11处壁厚较厚，易产生缩孔，为
7、了保证铸件的致密度，在这两部位分别设置一个保温冒口。中央导框立柱磨耗板与中央导框漏水孔之间圆角过渡处壁厚较厚，为防止缩裂纹，在该部位放置成形冷铁。中央导框摆动座安装处有条加强筋，形成热节，使该处易产生缩孔、缩松，甚至裂纹缺陷，影响此部位的强度，造成严重的质量隐患，为保证此处的铸件质量，在条加强筋部位全部使用硌铁矿砂，提高冷却速度，获得致密组织。图&#主要工艺参数（(）缩尺 根据#级钢的材料特性，缩尺取!,2，根据过去生产摇枕的经验：摇枕的心盘面处的缩尺取为$2，两斜楔间中心距的缩尺值取为!(3)2；由于侧架中心距较长，铸件受砂型阻碍的位置较多，因此中心距的尺寸缩尺取为!2。（!）起模斜度 摇枕
8、的起模斜度取(4(,正负稍，但考虑到摇枕的中间部位区域内的同侧的斜度不大于$11，该部位的起模斜度取为(4(,；侧架的起模斜度取!4(,正负稍。（$）工艺补正量 为防止侧架外导框的收缩受阻不符缩尺规律，加工后外导框出现一边偏薄现象，因此在!#$%年 第%期 热加工!3#$%&()3$*3$#$%&(铸 造!外导框的外侧加!工艺补正量。（#）反变形量 由于摇枕下弧面$、%部位主要受力面的壁厚较厚，钢液浇注型腔后该部位的凝固晚于摇枕上平面的铸件部份，因此铸件的下弧面受压应力，上平面受拉应力，铸件变形产生挠曲下弧面向内凹，具体表现在摇枕的两端弹簧承台面向下倾斜，为了保证弹簧承台面的平行度，在此部位加
9、&的反变形量。从侧架的结构及凝固过程分析，在中央导框立柱磨耗板安装面两边各加&(反变形量；在外导框内侧边设置&(反变形量，以保证尺寸的准确性。（(）铸件壁厚尺寸 为了保证摇枕、侧架的强度，提高运用可靠性、安全性，在图样公差要求允许的范围内，主要受力的$、%部位壁厚尺寸按上限选取，其余部位按名义尺寸制作。!浇注系统的设计（&）摇枕浇注系统的设计 各项参数的计算如下：浇注时间：!)（#$包）式中铸件毛重，)*#+,-#浇注包的孔数，#)&个$包浇注重量速度，!#(的包孔，%包 )#!,-.根据上式计算得出!)&*/.钢液上升速度：$液 )&!式中&铸件浇注位置，&)#0&，故$液 )#0&*/)!
10、#(.!$)!+.，符合设计要求。截面积的计算：包(直(横(内)&1（&2!+）1（&2!+）1（!+!(）根据上述数值，取包孔直径为#(，直浇道!#+，横浇道!#+3#+，内浇道#&23(。（!）侧架浇注系统的设计 方法与上述相似。浇注系统取值为：包孔直径#(，直浇道!#+，横浇道!(+30+，内浇道!+32+。#摇枕冒口的设计（&）旁承盒内侧冒口的设计如下。被补缩部位的模数计算：)%式中%为体积，40为表面积，4!模数计算区域如图(所示。图(%)*3+3,)!+3&!+3&+)!#+40)（*3+5+3,5*3,）3!)（!+3&!+5!+3&+5&!+3&+）3!)&!+4!)件 )%!
11、&4冒口模数：根据)保温 )&!3)件得)保温 )!(4冒口的选择：依据保温冒口的资料 67/保温冒口套产品标准查得(保温冒口套的规格为!&#+3&#+，模数为!/4。因为)保 !&!)件，所以(保温冒口能满足工艺的要求。冒口补缩能力校核：根据 铸造实用手册查得冒口的补缩能力校核公式为%保 3#$（%件 5%保）。式中，#为保温冒口的补缩效率，#)0+8!(+8，选#)0+8。$为收缩率，按#(8选取，即$)#(8。则%保 3#)（&#+!）!30&#+30+8)!&(#30+8)/#/40$3（%件 5%保）)#(83（!&(#5&!+）)&#*40因%保 3#$（%件 5%保）成立，所以冒口选用合适。（!）心盘面处冒口的设计 根据模数法计算 （计算过程略）并选取心盘处的冒口为!&0+3!/+。$侧架冒口的设计方法与上述相同，轴箱导框内侧$部位冒口为!&+3&0+。中央摇枕档摆动块安装面-5#(处冒口尺寸为!&+3&0+。（待续） （!+*+#&+）0/热加工%&年 第期!#$%&()$*$!铸 造./#012
