專利名稱：一種s形輻板軌道車輪毛坯的鑄型及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型及其鑄造方法，適用于各種規(guī)格整體式軌道車輪毛坯的鑄造。
背景技術(shù)：
軌道車輪是軌道交通機車車輛的一個重要零件，每臺車需要8 12個，市場需求量較大。軌道車輪是包括火車車輪、城鐵車輪、地鐵車輪和貨車車輪的一大類產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)上主要有輪轂、輻板、輪緣、輪輞、踏面。輻板有直輻板、斜輻板和S形輻板等多種形式，其中S形輻板具有良好的應(yīng)力狀態(tài)，且有顯著的輕量化作用，其用量最大。S形輻板軌道車輪要求踏面具有高抗磨性和良好的抵抗疲勞剝落的能力，要求輻板和輪轂部分有良好的強度、韌性和塑性。因此，目前的S形輻板車輪的材質(zhì)主要是以CL60為代表的高碳鋼或中高碳合金鋼，踏面部分通過噴淋淬火處理來提高其耐磨性。根據(jù)毛坯生產(chǎn)方法不同，軌道車輪可分為鍛造輾鋼車輪和鑄造車輪兩大類。鍛造輾鋼車輪的生產(chǎn)工藝流程包括燉粗、壓痕、模鍛、軋制、壓彎、沖孔、熱處理和切削加工。原料為鋼坯，加熱后首先經(jīng)過自由鍛燉粗，再進(jìn)行環(huán)內(nèi)燉粗、壓痕和模鍛后成為車輪的基本形狀，然后利用車輪專用軋機進(jìn)行軋制，得到車輪的踏面和輪輞，再將輻板壓彎成為S型輻板，并通過沖孔工序得到中央軸孔，最后經(jīng)過必要的熱處理和切削加工得到車輪成品。這種方法生產(chǎn)的車輪綜合性能優(yōu)異，但成本高，所需鍛壓設(shè)備龐大?，F(xiàn)有技術(shù)中，鑄造軌道車輪有兩種方法。美國埃貝克斯公司(ABEx)生產(chǎn)軌道車輪的特征是用石墨模鑄型，雨琳式澆注系統(tǒng)澆鑄。其生產(chǎn)工藝步驟是1650°C出鋼，鋼水傾倒在茶壺鋼水包中，加入硅鐵、錳鐵、增碳劑等調(diào)整成分后，再將鋼水倒入4t的底注式柱塞澆鑄包中，澆鑄前在鋼水中加入合金孕育劑。石墨鑄型在澆鑄線上由步進(jìn)梁移動，石墨鑄型內(nèi)的砂芯有雨淋芯、浮芯和中芯三種。鋼水從柱塞澆鑄包底部流出，經(jīng)雨淋芯進(jìn)入石墨模鑄型，浮芯隨鋼水上浮，使鋼水不斷補充，從而防止了鋼水凝固時產(chǎn)生縮孔。同時由于鋼水流速受到控制，也減少了對鑄型的侵蝕。中芯用來形成軸孔。注滿一個模箱后，石墨模鑄型在鏈?zhǔn)捷斔途€上自動移動、緩慢冷卻。開箱取出的輪坯送入退火坑內(nèi)消除應(yīng)力并控制冷卻，最后，對車輪踏面進(jìn)行噴水淬火，淬火后的車輪經(jīng)回火處理，得到軌道車輪毛坯。美國格里芬公司(GRIFFIN)鑄造軌道車輪的特征是石墨模鑄型壓力澆鑄工藝，其流程是出鋼溫度1650°C，鋼水倒入專用鋼水包中，鋼水包放入密封式鋼包車上，蓋上鋼包蓋。鋼包蓋上裝有陶瓷制的鋼水上升管，同時插入鋼水中。上升管與密閉室銜接處周圍是真空隔絕裝置。向密閉室內(nèi)充壓力O. 2MPa壓縮空氣，室內(nèi)壓力將鋼水從上升管壓入烘烤至200°C的石墨模鑄型中，整個壓鑄操作過程約20秒。鋼水注滿石墨型腔后，吊車將模箱吊至輸送線上，冷卻7 12分鐘。鑄型冷卻到IlOiTC左右，卸下上模，夾具將輪坯從下模中取出。輪坯進(jìn)入隧道爐中控制冷卻至540°C出爐。去除石墨止流柱塞，清理輪轂孔，切除6個冒口，并用火焰切通輪轂孔，清理后，輪坯輸送至環(huán)形爐進(jìn)行正火或淬火，得到軌道車輪毛坯。這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸精度高、孔徑與成品輪之差僅為3mm，輪廓尺寸與最終產(chǎn)品要求之差僅為O. 5mm。表面質(zhì)量好、安全性好、制造成本低。但是這些鑄造軌道車輪的方法都需要使用補縮冒口，成形后必須切除冒口，導(dǎo)致工藝出品率只有55 70%。如此，既浪費材料，又耗費工時。此外，模腔內(nèi)的鋼液所受壓力很低，難以起到強制補縮和致密化的效果，車輪的致密度較低。再者，由于使用砂芯，容易帶來砂眼缺陷而使工件報廢，且S形輻板壁厚顯著小于輪輞和輪轂，充型與補縮困難。因此，S形輻板軌道車輪較少用鑄造方法生產(chǎn)，多是用鍛造方法生產(chǎn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不用砂型、不用冒口來鑄造內(nèi)部致密、夕卜形光潔、尺寸精確的S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型及其鑄造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型，該鑄型包括上型和下型。下型包括下模套、下模底、下型支撐、下型固定板、壓室壁、下壓頭和環(huán)形頂件系統(tǒng)。所述的壓室壁的平面端的端面位于下型固定板上表面的中央，下型支撐的一個端面位于其外圍，壓室壁、下型支撐同軸安裝在下型固定板的上表面上。所述的環(huán)形頂件系統(tǒng)包括頂件油缸、推板、頂桿壓板和第一至第八個頂桿或第一至第九個頂桿或第一至第十個頂桿或第一至第十一個頂桿或第一至第十二個頂桿或第一至第十三個頂桿或第一至第十四個頂桿或第一至第十五個頂桿或第一至第十六個頂桿。所述的頂件油缸位于壓室壁和下型支撐之間，固定在下型固定板的上表面上。所述的八至十六個頂桿的丁字頭端分別置于推板一個端面上均勻分布的盲孔中，八至十六個頂桿的另一端分別穿過頂桿壓板對應(yīng)的通孔，并分別穿入下模底上對應(yīng)的八至十六個通孔中，直至此端的端面與下模底上表面的環(huán)形平面平齊，推板的另一個端面與頂件油缸的環(huán)形活塞桿頂端固定連接，頂桿壓板和推板固定連接。所述的下模底的下環(huán)形面及與其相交的錐面分別與下型支撐的另一個端面和壓室壁的錐形端面接觸，下模底與下型支撐同軸固定。所述的下模套置于下模底上表面的環(huán)形平面上，并固定連接。所述的下壓頭為圓柱形，內(nèi)部有循環(huán)冷卻道。下壓頭置于壓室壁和下型固定板的中心孔中，分別與下型固定板和壓室壁的中心孔間隙配合。所述的下模套的內(nèi)表面設(shè)螺旋狀冷卻道，螺旋狀冷卻道的上下端分別與下模套上帶螺紋孔的冷卻道出口和帶螺紋孔的冷卻道進(jìn)口連通。在上述下模套的內(nèi)表面上安裝下模襯，下模襯縱截面形狀與下模套內(nèi)表面的縱截面形狀相同。通過螺釘與下模套的螺紋連接將下模壓板固定在下模套上，并壓緊下模襯。所述的壓室壁的中心孔臺階上安裝壓室內(nèi)襯，壓室內(nèi)襯的外圓與壓室壁的中心孔過盈配合。壓室為壓室內(nèi)襯內(nèi)表面和下壓頭的上端面所圍成的空間。所述的下壓頭分別與下型固定板、壓室壁和壓室內(nèi)襯間隙配合。所述的上型包括上型固定板、上型支撐、補壓油缸、增壓板、輪輞壓頭、輻板上型、軸孔芯和第一至第四個施壓套或第一至第五個施壓套或第一至第六個施壓套或第一至第七個施壓套或第一至第八個施壓套或第一至第九個施壓套或第一至第十個施壓套。所述的輻板上型的平面端面上均布四至十個螺紋孔，增壓板上均布與輻板上型的螺紋孔數(shù)量相等、分布位置相同的通孔。所述的軸孔芯的芯頭端穿過輻板上型的中心通孔，通過其另一端的凸緣部分固定在輻板上型上。所述的四至十個施壓套的一端分別置于輻板上型的平面端面的四至十個螺紋孔的正上方，它的另一端分別穿過增壓板上均布四至十個的通孔，四至十個施壓套的外圓面分別與其通孔間隙配合。通過螺釘與輻板上型的平面端面的四至十個螺紋孔的連接，將上型支撐、增壓板、四至十個施壓套、輻板上型連接在一起。通過螺釘與補壓油缸的環(huán)形缸筒底端的螺紋連接，將補壓油缸與上型固定板同軸固定連接。所述的上型固定板與上型支撐的無凸緣端連接固定。通過螺釘與補壓油缸活塞桿的頂端螺紋連接，將增壓板和補壓油缸連接固定。所述的輪輞壓頭的內(nèi)圓表面與輻板上型的外圓表面間隙配合。通過螺釘與輪輞壓頭一端的螺紋連接，將輪輞壓頭與增壓板固定連接。增壓板、輪輞壓頭與輻板上型同軸。所述的輪輞壓頭的另一端伸入下型，其外圓表面與下模襯的內(nèi)表面間隙配合。所述的下模襯選用熱作模具鋼、模具銅合金或石墨制做，厚度為10 25mm。所述的壓室內(nèi)襯選用熱作模具鋼、模具銅合金或石墨制做，厚度為8 25_。所述的增壓板上均布的通孔分別與四至十個施壓套間隙配合的配合間隙為
O.05 O. 15mm。所述的輪輞壓頭的內(nèi)圓表面與福板上型的外圓表面間隙配合的配合間隙為O.1 O. 35mm。所述的輪輞壓頭的外圓表面與下模襯的內(nèi)表面間隙配合的配合間隙為
O.1 O. 35mm。使用一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的鑄造方法，該方法包括步驟一將上型固定板安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板固定在壓機的工作臺上，下壓頭與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固。步驟二調(diào)整下壓頭的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯下端面以上10 IOOmm處。啟動補壓油缸，使增壓板在其帶動下向上移動到與上型支撐接觸的位置，靜止。步驟三將1500 1650°C的車輪鋼液用澆包澆入壓室，使液面低于下型底的最高點3 10謹(jǐn)，靜置5 15s，除渣。步驟四上型下降，直到輪輞壓頭另一端的端面伸入到下模套的上端面以下10 50mm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭隨即以20 300mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液充滿車輪型腔的同時，向冷卻道通冷卻液，期間，下壓頭繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在I IOs的時間內(nèi)增壓至50 200MPa保壓凝固。步驟五下壓頭保壓10 60s后，補壓油缸向下加壓，輪輞壓頭在補壓油缸的作用下對車輪的輪輞部分加壓至150 300MPa。步驟六輪輞壓頭和下壓頭卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動200 600_。啟動頂件油缸，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛還。
所述的步驟三中澆注的車輪鋼液的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的1.05 1. 30 倍。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果是(I)在該技術(shù)方案中車輪鋼液在壓力下充型和凝固，用壓力作用下的流變補縮代替現(xiàn)有技術(shù)中的冒口補縮，在保壓過程中，對收縮進(jìn)行實時補充，有效防止鑄件內(nèi)部出現(xiàn)收縮缺陷。實現(xiàn)了軌道車輪的無冒口鑄造，即省去了現(xiàn)有鑄造技術(shù)中的冒口又能夠得到內(nèi)部致密、無收縮缺陷的軌道車輪毛坯，材料利用率由原來的55-70%提高到90%以上。由此，每件可以節(jié)約鋼材約100kg。(2)用金屬鑄型代替現(xiàn)有技術(shù)中的石墨鑄型，且該毛坯件在壓力作用下成型，所得毛坯外形光潔，尺寸精確，且鑄型使用壽命長。(3)踏面處在加壓和保壓過程中通過冷卻液強制冷卻，促進(jìn)整個車輪同時凝固，又能細(xì)化踏面組織，所得毛坯內(nèi)部致密。(4)在該鑄型中有兩個獨立運動的壓頭，車輪鋼液在壓力作用下充型、補縮、塑性變形和凝固，達(dá)到了用鑄造方法制造高質(zhì)量毛坯的目的，所得毛坯尺寸精確，加工余量小，節(jié)約材料。


圖1 一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的合型圖。圖2帶四個施壓套的一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的加壓成形圖。圖3帶十個施壓套的一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的加壓成形圖。圖4圖2的A-A剖視圖。圖5圖3的C-C剖視圖。圖6圖2的B-B剖視圖。圖7圖3的D-D剖視圖。圖8圖2的H局部放大圖。圖中上型固定板1，上型支撐2，補壓油缸3，增壓板4，輪輞壓頭5，下模壓板6，下模襯7，下模套8，下模底9，下型支撐10，頂件油缸11，下型固定板12，壓室壁13，壓室內(nèi)襯14，推板15，頂桿壓板16，第一至第十六個頂桿17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10、17-11、17-12、17-13、17-14、17-15 和 17-16，下壓頭 18，冷卻道進(jìn)口 19，冷卻道20，冷卻道出口 21，車輪鋼液22，輻板上型23，軸孔芯24，第一至第十個施壓套 25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7、25-8、25-9 和 25-10。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型，如圖1至圖8所示，該鑄型包括上型和下型。下型包括下模套8、下模底9、下型支撐10、下型固定板12、壓室壁13、下壓頭18和環(huán)形頂件系統(tǒng)。所述的壓室壁13的平面端的端面位于下型固定板12上表面的中央，下型支撐10的一個端面位于其外圍，壓室壁13、下型支撐10同軸安裝在下型固定板12的上表面上。
所述的環(huán)形頂件系統(tǒng)包括頂件油缸11、推板15、頂桿壓板16和八至十六個頂桿。所述的頂桿均為圓柱形,直徑10 30mm。所述的推板15和頂桿壓板16,均由45號鋼制成,厚度均為30 60mm,硬度均為30 40HRC，推板15和頂桿壓板16的內(nèi)徑均比壓室壁13的外徑大20 60mm，它們的外徑均比下型支撐10的內(nèi)徑小20 60mm，均可以在下型支撐10和壓室壁13之間的空間內(nèi)垂
直運動。所述的頂件油缸11為中空圓筒形油缸，公稱力100 500噸，行程大于下模腔深度10 100mm,內(nèi)徑大于壓室壁外徑20 60mm,外徑小于下型支撐12內(nèi)徑50 100mm,其進(jìn)油管和出油管從下型支撐10上對應(yīng)的孔槽內(nèi)伸出。頂件油缸11位于壓室壁13和下型支撐10之間，固定在下型固定板12的上表面上。所述的八至十六個頂桿的丁字頭端分別置于推板15 —個端面上均勻分布的盲孔中，八至十六個頂桿的另一端分別穿過頂桿壓板16對應(yīng)的通孔，并分別穿入下模底9上對應(yīng)的八至十六個通孔中，直至此端的端面與下模底9上表面的環(huán)形平面平齊，推板15的另一個端面與頂件油缸11的環(huán)形活塞桿頂端固定連接，頂桿壓板16和推板15固定連接。所述的下模底9的下環(huán)形面及與其相交的錐面分別與下型支撐10的另一個端面和壓室壁13的錐形端面接觸，下模底9與下型支撐10同軸固定。所述的下模套8置于下模底9上表面的環(huán)形平面上，并固定連接。所述的下壓頭18為圓柱形，內(nèi)部有循環(huán)冷卻道。下壓頭18置于壓室壁13和下型固定板12的中心孔中，分別與下型固定板12和壓室壁13的中心孔間隙配合。所述的下壓頭18為圓柱形，由熱作模具鋼制成，硬度HRC42 48，下壓頭18內(nèi)通有循環(huán)冷卻水，其流量為I 2L/min，可以調(diào)節(jié)，確保壓頭工作期間頂面溫度不超過600°C。下壓頭18置于壓室壁13和下型固定板12的中心孔中，下壓頭18與下型固定板12和壓室壁13的中心孔間隙配合。所述的下模套8的內(nèi)表面設(shè)螺旋狀冷卻道20，螺旋狀冷卻道20的上下端分別與下模套8上帶螺紋孔的冷卻道出口 21和帶螺紋孔的冷卻道進(jìn)口 19連通。在上述下模套8的內(nèi)表面上安裝下模襯7，下模襯7縱截面形狀與下模套8內(nèi)表面的縱截面形狀相同。通過螺釘與下模套8的螺紋連接將下模壓板6固定在下模套8上，并壓緊下模襯7。所述的壓室壁13的中心孔臺階上安裝壓室內(nèi)襯14，壓室內(nèi)襯14的外圓與壓室壁13的中心孔過盈配合。壓室為壓室內(nèi)襯14內(nèi)表面和下壓頭18的上端面所圍成的空間。所述的下壓頭18分別與下型固定板12、壓室壁13和壓室內(nèi)襯14間隙配合。所述的上型包括上型固定板1、上型支撐2、補壓油缸3、增壓板4、輪輞壓頭5、輻板上型23、軸孔芯24和四至十個施壓套。所述的輻板上型23的平面端面上均布四至十個螺紋孔，增壓板4上均布與輻板上型23的螺紋孔數(shù)量相等、分布位置相同的通孔。所述的軸孔芯24的芯頭端穿過輻板上型23的中心通孔，通過其另一端的凸緣部分固定在輻板上型23上。所述的四至十個施壓套的一端分別置于輻板上型23的平面端面的四至十個螺紋孔的正上方，它的另一端分別穿過增壓板4上均布的四至十個通孔，四至十個施壓套的外圓面分別與其通孔間隙配合。通過螺釘與輻板上型23的平面端面的四至十個螺紋孔的連接，將上型支撐2、增壓板4、四至十個施壓套、輻板上型23連接在一起。通過螺釘與補壓油缸3的環(huán)形缸筒底端的螺紋連接，將補壓油缸3與上型固定板I同軸固定連接。所述的上型固定板I與上型支撐2的無凸緣端連接固定。通過螺釘與補壓油缸3活塞桿的頂端螺紋連接，將增壓板4和補壓油缸3連接固定。所述的輪輞壓頭5的內(nèi)圓表面與輻板上型23的外圓表面間隙配合。通過螺釘與輪輞壓頭5 —端的螺紋連接，將輪輞壓頭5與增壓板4固定連接。增壓板4、輪輞壓頭5與輻板上型23同軸。所述的輪輞壓頭5的另一端伸入下型，其外圓表面與下模襯7的內(nèi)表面間隙配合。所述的下模襯7選用熱作模具鋼、模具銅合金或石墨制做，厚度為10 25mm。所述的壓室內(nèi)襯14選用熱作模具鋼、模具銅合金或石墨制做，厚度為8 25_。所述的增壓板4上均布的通孔分別與四至十個施壓套間隙配合的配合間隙為
0.05 O. 15mm。所述的輪輞壓頭5的內(nèi)圓表面與福板上型23的外圓表面間隙配合的配合間隙為O.1 O. 35_。所述的輪輞壓頭5的外圓表面與下模襯7的內(nèi)表面間隙配合的配合間隙為O.1 O. 35謹(jǐn)。使用一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的鑄造方法之一，該方法包括步驟一將上型固定板I安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板12固定在壓機的工作臺上，下壓頭18與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固。步驟二調(diào)整下壓頭18的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯14下端面以上IOmm處。啟動補壓油缸3，使增壓板4在其帶動下向上移動到與上型支撐2接觸的位置，靜止。步驟三將1650°C的CL60鋼的鋼液用澆包澆入壓室，使液面低于下型底9的最高點10mm，靜置15s，除渣。步驟四上型下降，直到輪輞壓頭5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下IOmm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭18隨即以20mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液22充滿車輪型腔的同時，向冷卻道20通冷卻液，期間，下壓頭18繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在IOs的時間內(nèi)增壓至200MPa保壓凝固。步驟五下壓頭18保壓60s后，補壓油缸3向下加壓，輪輞壓頭5在補壓油缸3的作用下對車輪的輪輞部分加壓至150MPa。步驟六輪輞壓頭5和下壓頭18卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動200_。啟動頂件油缸11，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛還。所述的步驟三中澆注的車輪鋼液22的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的
1.30 倍。使用一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的鑄造方法之二，該方法包括步驟一將上型固定板I安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板12固定在壓機的工作臺上，下壓頭18與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固。步驟二調(diào)整下壓頭18的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯14下端面以上30mm處。啟動補壓油缸3，使增壓板4在其帶動下向上移動到與上型支撐2接觸的位置，靜止。步驟三將1615°C的CL60鋼的鋼液用澆包澆入壓室，使液面低于下型底9的最高點9mm，靜置13s，除渣。步驟四上型下降，直到輪輞壓頭5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下20mm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭18隨即以90mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液22充滿車輪型腔的同時，向冷卻道20通冷卻液，期間，下壓頭18繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在8s的時間內(nèi)增壓至160MPa保壓凝固。步驟五下壓頭18保壓47s后，補壓油缸3向下加壓，輪輞壓頭5在補壓油缸3的作用下對車輪的輪輞部分加壓至185MPa。步驟六輪輞壓頭5和下壓頭18卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動300_。啟動頂件油缸11，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛還。所述的步驟三中澆注的車輪鋼液22的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的1. 23 倍。使用一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的鑄造方法之三，該方法包括步驟一將上型固定板I安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板12固定在壓機的工作臺上，下壓頭18與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固。步驟二調(diào)整下壓頭18的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯14下端面以上50mm處。啟動補壓油缸3，使增壓板4在其帶動下向上移動到與上型支撐2接觸的位置，靜止。步驟三將1575°C的45號鋼的鋼液用澆包澆入壓室，使液面低于下型底9的最高點7mm，靜置10s，除渣。步驟四上型下降，直到輪輞壓頭5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下30mm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭18隨即以160mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液22充滿車輪型腔的同時，向冷卻道20通冷卻液，期間，下壓頭18繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在5s的時間內(nèi)增壓至125MPa保壓凝固。步驟五下壓頭18保壓35s后，補壓油缸3向下加壓，輪輞壓頭5在補壓油缸3的作用下對車輪的輪輞部分加壓至225MPa。步驟六輪輞壓頭5和下壓頭18卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動400mm。啟動頂件油缸11，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛還。所述的步驟三中澆注的車輪鋼液22的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的1. 17 倍。使用一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的鑄造方法之四，該方法包括步驟一將上型固定板I安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板12固定在壓機的工作臺上，下壓頭18與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固。
步驟二調(diào)整下壓頭18的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯14下端面以上80mm處。啟動補壓油缸3，使增壓板4在其帶動下向上移動到與上型支撐2接觸的位置，靜止。步驟三將1540°C的R8鋼的鋼液用澆包澆入壓室，使液面低于下型底9的最高點5_，靜置8s，除渣。步驟四上型下降，直到輪輞壓頭5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下40mm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭18隨即以230mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液22充滿車輪型腔的同時，向冷卻道20通冷卻液，期間，下壓頭18繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在3s的時間內(nèi)增壓至85MPa保壓凝固。步驟五下壓頭18保壓22s后，補壓油缸3向下加壓，輪輞壓頭5在補壓油缸3的作用下對車輪的輪輞部分加壓至260MPa。步驟六輪輞壓頭5和下壓頭18卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動500_。啟動頂件油缸11，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛還。所述的步驟三中澆注的車輪鋼液22的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的1.10 倍。使用一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型的鑄造方法之五，該方法包括步驟一將上型固定板I安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板12固定在壓機的工作臺上，下壓頭18與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固。步驟二調(diào)整下壓頭18的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯14下端面以上IOOmm處。啟動補壓油缸3，使增壓板4在其帶動下向上移動到與上型支撐2接觸的位置，靜止。步驟三將1500°C的R7鋼的鋼液用澆包澆入壓室，使液面低于下型底9的最高點3_，靜置5s，除渣。步驟四上型下降，直到輪輞壓頭5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下50mm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭18隨即以300mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液22充滿車輪型腔的同時，向冷卻道20通冷卻液，期間，下壓頭18繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在Is的時間內(nèi)增壓至50MPa保壓凝固。步驟五下壓頭18保壓IOs后，補壓油缸3向下加壓，輪輞壓頭5在補壓油缸3的作用下對車輪的輪輞部分加壓至300MPa。步驟六輪輞壓頭5和下壓頭18卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動600_。啟動頂件油缸11，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛還。所述的步驟三中澆注的車輪鋼液22的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的1.05 倍。
權(quán)利要求
1.一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型，該鑄型包括上型和下型； 所述的下型包括下模套(8)、下模底(9)、下型支撐(10)、下型固定板(12)、壓室壁(13)、下壓頭(18)和環(huán)形頂件系統(tǒng)； 所述的壓室壁(13)的平面端的端面位于下型固定板(12)上表面的中央，下型支撐(10)的一個端面位于其外圍，壓室壁(13)、下型支撐(10)同軸安裝在下型固定板(12)的上表面上； 所述的環(huán)形頂件系統(tǒng)包括頂件油缸(11)、推板(15)、頂桿壓板(16)和第一至第八個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7 和 17-8)或第一至第九個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8 和 17-9)或第一至第十個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9 和 17-10)或第一至第十一個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10 和 17-11)或第一至第十二個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10、17-11 和 17-12)或第一至第十三個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10、17-11、17-12 和 17-13)或第一至第十四個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10、17-11、17-12,17-13 和 17-14)或第一至第十五個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10、17-11、17-12、17-13、17-14 和 17-15)或第一至第十六個頂桿(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10、17-11、17-12、17-13、17-14、17-15 和17-16)； 所述的頂件油缸(11)位于壓室壁(13)和下型支撐(10)之間，固定在下型固定板(12)的上表面上； 所述的八至十六個頂桿的丁字頭端分別置于推板(15)—個端面上均勻分布的盲孔中，八至十六個頂桿的另一端分別穿過頂桿壓板(16)對應(yīng)的通孔，并分別穿入下模底(9)上對應(yīng)的八至十六個通孔中，直至此端的端面與下模底(9)上表面的環(huán)形平面平齊，推板(15)的另一個端面與頂件油缸(11)的環(huán)形活塞桿頂端固定連接，頂桿壓板(16)和推板(15)固定連接； 所述的下模底(9)的下環(huán)形面及與其相交的錐面分別與下型支撐(10)的另一個端面和壓室壁(13)的錐形端面接觸，下模底(9)與下型支撐(10)同軸固定； 所述的下模套(8)置于下模底(9)上表面的環(huán)形平面上，并固定連接； 所述的下壓頭(18)為圓柱形，內(nèi)部有循環(huán)冷卻道；下壓頭(18)置于壓室壁(13)和下型固定板(12)的中心孔中，分別與下型固定板(12)和壓室壁(13)的中心孔間隙配合； 其特征在于 所述的下模套(8)的內(nèi)表 面設(shè)螺旋狀冷卻道(20)，螺旋狀冷卻道(20)的上下端分別與下模套(8)上帶螺紋孔的冷卻道出口(21)和帶螺紋孔的冷卻道進(jìn)口(19)連通； 在上述下模套(8)的內(nèi)表面上安裝下模襯(7)，下模襯(7)縱截面形狀與下模套(8)內(nèi)表面的縱截面形狀相同；通過螺釘與下模套(8)的螺紋連接將下模壓板(6)固定在下模套(8)上，并壓緊下模襯(7); 所述的壓室壁(13)的中心孔臺階上安裝壓室內(nèi)襯(14)，壓室內(nèi)襯(14)的外圓與壓室壁(13)的中心孔過盈配合； 壓室為壓室內(nèi)襯(14)內(nèi)表面和下壓頭(18)的上端面所圍成的空間；所述的下壓頭(18)分別與下型固定板(12)、壓室壁(13)和壓室內(nèi)襯(14)間隙配合；所述的上型包括上型固定板(I)、上型支撐(2)、補壓油缸(3)、增壓板(4)、輪輞壓頭(5)、輻板上型(23)、軸孔芯(24)和第一至第四個施壓套(25-1、25-2、25-3和25_4)或第一至第五個施壓套(25-1、25-2、25-3、25-4和25-5)或第一至第六個施壓套(25_1、25_2、25-3、25-4、25-5 和 25-6)或第一至第七個施壓套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25_6 和25-7)或第一至第八個施壓套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7 和 25-8)或第一至第九個施壓套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7、25-8 和 25-9)或第一至第十個施壓套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7、25-8、25-9 和 25-10)； 所述的輻板上型(23)的平面端面上均布四至十個螺紋孔，增壓板(4)上均布與輻板上型(23)的螺紋孔數(shù)量相等、分布位置相同的通孔； 所述的軸孔芯(24)的芯頭端穿過輻板上型(23)的中心通孔，通過其另一端的凸緣部分固定在輻板上型(23)上； 所述的四至十個施壓套的一端分別置于輻板上型(23)的平面端面的四至十個螺紋孔的正上方，它的另一端分別穿過增壓板(4)上均布的四至十個通孔，四至十個施壓套的外圓面分別與其通孔間隙配合；通過螺釘與輻板上型(23)的平面端面的四至十個螺紋孔的連接，將上型支撐(2)、增壓板(4)、四至十個施壓套、輻板上型(23)連接在一起；通過螺釘與補壓油缸(3)的環(huán)形缸筒底端的螺紋連接，將補壓油缸(3)與上型固定板(I)同軸固定連接； 所述的上型固定板(I)與上型支撐(2)的無凸緣端連接固定； 通過螺釘與補壓油缸(3)活塞桿的頂端螺紋連接，將增壓板(4)和補壓油缸(3)連接固定;所述的輪輞壓頭(5)的內(nèi)圓表面與輻板上型(23)的外圓表面間隙配合；通過螺釘與輪輞壓頭(5) —端的螺紋連接，將輪輞壓頭(5)與增壓板(4)固定連接；增壓板(4)、輪輞壓頭(5)與輻板上型(23)同軸； 所述的輪輞壓頭(5)的另一端伸入下型，其外圓表面與下模襯(7)的內(nèi)表面間隙配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型，其特征在于 所述的下模襯(7)選用熱作模具鋼、模具銅合金或石墨制做，厚度為10 25mm ;所述的壓室內(nèi)襯(14)選用熱作模具鋼、模具銅合金或石墨制做，厚度為8 25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型，其特征在于 所述的增壓板(4)上均布的通孔分別與四至十個施壓套間隙配合的配合間隙為O.05 O. 15mm ;所述的輪輞壓頭(5)的內(nèi)圓表面與福板上型(23)的外圓表面間隙配合的配合間隙為O.1 O. 35mm ;所述的輪輞壓頭(5)的外圓表面與下模襯(7)的內(nèi)表面間隙配合的配合間隙為O.1 O. 35mm。
4.一種使用權(quán)利要求1鑄型的S形輻板軌道車輪毛坯的鑄造方法，其特征在于，該方法包括 步驟一將上型固定板(I)安裝在壓機的活動橫梁上，下型固定板(12)固定在壓機的工作臺上，下壓頭(18)與壓機的下加壓油缸的活塞連接牢固； 步驟二調(diào)整下壓頭(18)的位置，使其上端面位于壓室內(nèi)襯(14)下端面以上10 IOOmm處；啟動補壓油缸(3)，使增壓板(4)在其帶動下向上移動到與上型支撐(2)接觸的位置，靜止; 步驟三將1500 1650°C的車輪鋼液(22)用澆包澆入壓室，使液面低于下型底(9)的最高點3 10_，靜置5 15s，除渣； 步驟四上型下降，直到輪輞壓頭(5)另一端的端面伸入到下模套(8)的上端面以下10 50mm處靜止，此時上型與下型合模，形成閉合的S形輻板軌道車輪型腔，下壓頭(18)隨即以20 300mm/s的速度上行，將壓室內(nèi)的鋼液逐步推入S形輻板軌道車輪型腔，在車輪鋼液(22)充滿車輪型腔的同時，向冷卻道(20)通冷卻液，期間，下壓頭(18)繼續(xù)上行持續(xù)增壓，在I IOs的時間內(nèi)增壓至50 200MPa保壓凝固； 步驟五下壓頭(18)保壓10 60s后，補壓油缸(3)向下加壓，輪輞壓頭(5)在補壓油缸(3)的作用下對車輪的輪輞部分加壓至150 300MPa ； 步驟六輪輞壓頭(5)和下壓頭(18)卸壓復(fù)位，同時上型在壓機活動橫梁的帶動下向上移動200 600_ ;啟動頂件油缸(11)，將S形輻板軌道車輪毛坯頂出下型，得到S形輻板軌道車輪毛坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的S形輻板軌道車輪毛坯鑄造方法，其特征在于 所述的步驟三中澆注的車輪鋼液(22)的質(zhì)量為S形輻板軌道車輪毛坯鑄件質(zhì)量的1.05 1. 30 倍。
全文摘要
一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型及其鑄造方法，涉及一種S形輻板軌道車輪毛坯的鑄造。解決的問題是提供一種不用砂型、不用冒口來鑄造高質(zhì)量S形輻板軌道車輪毛坯的鑄型及其鑄造方法。在該鑄型中有兩個獨立運動的壓頭輪輞壓頭和下壓頭，輪輞壓頭屬于上型，同時它又可以相對上型中的輻板上型和軸孔芯上下運動。車輪鋼液在下壓頭的作用下充型，之后輪轂和輪輞處分別在下壓頭和輪輞壓頭的高壓作用下補縮、塑性變形和凝固，車輪其他部位也在壓力下凝固。下模套的內(nèi)表面安裝有下模襯，界面處有冷卻道，踏面處凝固時通入循環(huán)冷卻液強制冷卻，細(xì)化踏面組織；壓室壁的中心孔臺階上安裝壓室內(nèi)襯，保護(hù)壓室壁。所得車輪組織致密，工藝出品率可達(dá)90%。
文檔編號B22C9/28GK103056336SQ20131002990
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者邢書明, 李龍飛, 鮑培瑋 申請人:北京交通大學(xué)