[发明专利]铸造火车车轮的退行式浇注系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造火车车轮的浇注系统，特别是一种铸造火车车轮的退行式浇注系统。

背景技术

对火车车轮制造来说，传统制造方法是模锻法，也就是通常说的碾钢轮。模锻法的原理是将轧制好的坯料加热到塑性变形温度，放入锻模中，在压力机等类似设备的作用下形成车轮。由于火车车轮的工况条件十分恶劣，其内、外部质量要求均十分苛刻，这就决定了不可能采用传统的铸造工艺。现有技术曾有使用铁模铸造的研究，后终因质量稳定性差等原因，未能投入使用。

火车车轮铸造的核心问题是如何保证铸件内部无缩孔，也就是实现真正的顺序凝固。现有火车车轮铸造技术一般采用石墨作铸型，各公司利用不同的技术，实现车轮铸件的顺序凝固，从而得到无内部缩孔、缩松的铸件。主要有两种工艺设备：一种是重力浇注方案，另一种是低压底铸式浇注方案。

所谓重力浇注，就浇注来说与通常铸造生产的浇注方法没什么不同，所不同的是根据车轮的特点，在浇注系统方面有所区别，简单的说，重力浇注的浇包采用传统的底注浇包(也有采用茶壶浇包的)，中间轮毂直接作浇口，冒口下部放雨淋芯作为雨淋浇口，雨淋芯的中间是直径较大的孔，作为冒口的补缩通道，浇注时该通道上盖一个芯子作盖子——浮芯，浇注结束后浮芯自动浮起，补缩通道打开，轮毂孔铸出，由中芯形成，中芯上设补缩通道。为了实现铸件的顺序凝固，铸型采用石墨来增强冷却效果，铸件的壁厚是不均匀的，在浇注的远端——轮辋部位是一个巨大的环形热节，轮辋部位铸型直接由石墨形成，使此处钢水以尽量快的速度冷却。

实际生产表明，该重力浇注法具有浇注设备简单、生产成本和设备投资相对较少等优点，但也存在废品率较高等缺陷，具体体现在：

(1)该方案在浇注时浇包水口与铸型的浇口杯之间有较大一段距离，浇注时钢水接触大量的空气，会产生吸气和二次氧化产生氧化夹杂物，对火车车轮这种对夹杂物和机械性能要求非常严格零件，就有可能对产品质量产生决定性的影响；

(2)该方案的浇注系统由冒口(直接从冒口浇注)、雨淋芯、浮芯、中芯组成，这些浇注系统组件均有树脂砂或水玻璃砂制成，浇注时钢水对他们会有较严重的冲刷现象，极有可能形成铸件内部夹砂缺陷。

据统计，当工艺稳定时，采用该方案铸造火车车轮的平均废品率在10％左右。

低压底注浇注方案与重力浇注方案不一样，其全部零件表面均有石墨形成，只有冒口部分由砂衬形成，其辐板也不做补缩通道用，轮毂有轮毂的冒口，轮辋有轮辋的冒口。在低压底铸浇注方案中，每个铸型上都带一个塞杆机构，浇注前处于打开状态。浇注时，铸型下部有通道与低压浇注机构连通，然后低压浇注系统内部加压，钢水液面通过制定通道上升，进入铸型，很快铸型充满后，铸型上的塞杆机构堵住底注浇口，然后低压浇注系统内部减压，浇注管内钢水液面下降，铸型与低压浇注系统脱离，完成浇注。

实际生产表明，该低压底铸式浇注方案存在设备投资大、工艺出品率较低以及生产成本高等缺陷，具体体现在：

(1)该浇注方案需要的设备复杂和维护成本大，投资和维护难度较大；

(2)由于采用全石墨型铸造，铸件轮毂和轮辋需要分别补缩，工艺出品率相对较低；

(3)每个铸型设有一套塞杆水口系统，成本较高；

(4)轮辋部位设冒口并且设在不加工表面上，增加了打磨难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，克服现有技术的局限性，提高生产成品率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铸造火车车轮的退行式浇注系统，包括：

浇注套管组件，用于浇注钢水，包括伸入铸件腔内且位于中芯上端面的小浇注套管；

液压升降浇注台，用于在浇注过程中当钢水液面上升到稍高于所述小浇注套管的下端面时，所述液压升降浇注台自动下降，使所述钢水液面与所述小浇注套管下端面的相对高度不变；

浇注模具装置，由所述液压升降浇注台支撑，包括扣合的下石墨型和上石墨型，所述下石墨型内设置下砂衬，所述下砂衬的中心通过芯座设置开设有补缩通道的中芯，所述中芯的内部埋入有耐火材料浇口；所述上石墨型内设置上砂衬，并与所述下砂衬形成模具铸件腔。

所述耐火材料浇口的内部为近球形空腔，近球形空腔的上部设置钢水进口，每侧设置至少一个与所述钢水进口的轴线呈30°～70°夹角的内浇口。