专利名称：一种s形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法，适用于各种规格整体式轨道车轮毛坯的铸造。
背景技术：
轨道车轮是轨道交通机车车辆的一个重要零件，每台车需要8 12个，市场需求量较大。轨道车轮是包括火车车轮、城铁车轮、地铁车轮和货车车轮的一大类产品，其结构上主要有轮毂、辐板、轮缘、轮辋、踏面。辐板有直辐板、斜辐板和S形辐板等多种形式，其中S形辐板具有良好的应力状态，且有显著的轻量化作用，其用量最大。S形辐板轨道车轮要求踏面具有高抗磨性和良好的抵抗疲劳剥落的能力，要求辐板和轮毂部分有良好的强度、韧性和塑性。因此，目前的S形辐板车轮的材质主要是以CL60为代表的高碳钢或中高碳合金钢，踏面部分通过喷淋淬火处理来提高其耐磨性。根据毛坯生产方法不同，轨道车轮可分为锻造辗钢车轮和铸造车轮两大类。锻造辗钢车轮的生产工艺流程包括燉粗、压痕、模锻、轧制、压弯、冲孔、热处理和切削加工。原料为钢坯，加热后首先经过自由锻燉粗，再进行环内燉粗、压痕和模锻后成为车轮的基本形状，然后利用车轮专用轧机进行轧制，得到车轮的踏面和轮辋，再将辐板压弯成为S型辐板，并通过冲孔工序得到中央轴孔，最后经过必要的热处理和切削加工得到车轮成品。这种方法生产的车轮综合性能优异，但成本高，所需锻压设备庞大。现有技术中，铸造轨道车轮有两种方法。美国埃贝克斯公司(ABEx)生产轨道车轮的特征是用石墨模铸型，雨琳式浇注系统浇铸。其生产工艺步骤是1650°C出钢，钢水倾倒在茶壶钢水包中，加入硅铁、锰铁、增碳剂等调整成分后，再将钢水倒入4t的底注式柱塞浇铸包中，浇铸前在钢水中加入合金孕育剂。石墨铸型在浇铸线上由步进梁移动，石墨铸型内的砂芯有雨淋芯、浮芯和中芯三种。钢水从柱塞浇铸包底部流出，经雨淋芯进入石墨模铸型，浮芯随钢水上浮，使钢水不断补充，从而防止了钢水凝固时产生缩孔。同时由于钢水流速受到控制，也减少了对铸型的侵蚀。中芯用来形成轴孔。注满一个模箱后，石墨模铸型在链式输送线上自动移动、缓慢冷却。开箱取出的轮坯送入退火坑内消除应力并控制冷却，最后，对车轮踏面进行喷水淬火，淬火后的车轮经回火处理，得到轨道车轮毛坯。美国格里芬公司(GRIFFIN)铸造轨道车轮的特征是石墨模铸型压力浇铸工艺，其流程是出钢温度1650°C，钢水倒入专用钢水包中，钢水包放入密封式钢包车上，盖上钢包盖。钢包盖上装有陶瓷制的钢水上升管，同时插入钢水中。上升管与密闭室衔接处周围是真空隔绝装置。向密闭室内充压力O. 2MPa压缩空气，室内压力将钢水从上升管压入烘烤至200°C的石墨模铸型中，整个压铸操作过程约20秒。钢水注满石墨型腔后，吊车将模箱吊至输送线上，冷却7 12分钟。铸型冷却到IlOiTC左右，卸下上模，夹具将轮坯从下模中取出。轮坯进入隧道炉中控制冷却至540°C出炉。去除石墨止流柱塞，清理轮毂孔，切除6个冒口，并用火焰切通轮毂孔，清理后，轮坯输送至环形炉进行正火或淬火，得到轨道车轮毛坯。这种方法生产的产品尺寸精度高、孔径与成品轮之差仅为3mm，轮廓尺寸与最终产品要求之差仅为O. 5mm。表面质量好、安全性好、制造成本低。但是这些铸造轨道车轮的方法都需要使用补缩冒口，成形后必须切除冒口，导致工艺出品率只有55 70%。如此，既浪费材料，又耗费工时。此外，模腔内的钢液所受压力很低，难以起到强制补缩和致密化的效果，车轮的致密度较低。再者，由于使用砂芯，容易带来砂眼缺陷而使工件报废，且S形辐板壁厚显著小于轮辋和轮毂，充型与补缩困难。因此，S形辐板轨道车轮较少用铸造方法生产，多是用锻造方法生产的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不用砂型、不用冒口来铸造内部致密、夕卜形光洁、尺寸精确的S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法。本发明的技术方案一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型，该铸型包括上型和下型。下型包括下模套、下模底、下型支撑、下型固定板、压室壁、下压头和环形顶件系统。所述的压室壁的平面端的端面位于下型固定板上表面的中央，下型支撑的一个端面位于其外围，压室壁、下型支撑同轴安装在下型固定板的上表面上。所述的环形顶件系统包括顶件油缸、推板、顶杆压板和第一至第八个顶杆或第一至第九个顶杆或第一至第十个顶杆或第一至第十一个顶杆或第一至第十二个顶杆或第一至第十三个顶杆或第一至第十四个顶杆或第一至第十五个顶杆或第一至第十六个顶杆。所述的顶件油缸位于压室壁和下型支撑之间，固定在下型固定板的上表面上。所述的八至十六个顶杆的丁字头端分别置于推板一个端面上均匀分布的盲孔中，八至十六个顶杆的另一端分别穿过顶杆压板对应的通孔，并分别穿入下模底上对应的八至十六个通孔中，直至此端的端面与下模底上表面的环形平面平齐，推板的另一个端面与顶件油缸的环形活塞杆顶端固定连接，顶杆压板和推板固定连接。所述的下模底的下环形面及与其相交的锥面分别与下型支撑的另一个端面和压室壁的锥形端面接触，下模底与下型支撑同轴固定。所述的下模套置于下模底上表面的环形平面上，并固定连接。所述的下压头为圆柱形，内部有循环冷却道。下压头置于压室壁和下型固定板的中心孔中，分别与下型固定板和压室壁的中心孔间隙配合。所述的下模套的内表面设螺旋状冷却道，螺旋状冷却道的上下端分别与下模套上带螺纹孔的冷却道出口和带螺纹孔的冷却道进口连通。在上述下模套的内表面上安装下模衬，下模衬纵截面形状与下模套内表面的纵截面形状相同。通过螺钉与下模套的螺纹连接将下模压板固定在下模套上，并压紧下模衬。所述的压室壁的中心孔台阶上安装压室内衬，压室内衬的外圆与压室壁的中心孔过盈配合。压室为压室内衬内表面和下压头的上端面所围成的空间。所述的下压头分别与下型固定板、压室壁和压室内衬间隙配合。所述的上型包括上型固定板、上型支撑、补压油缸、增压板、轮辋压头、辐板上型、轴孔芯和第一至第四个施压套或第一至第五个施压套或第一至第六个施压套或第一至第七个施压套或第一至第八个施压套或第一至第九个施压套或第一至第十个施压套。所述的辐板上型的平面端面上均布四至十个螺纹孔，增压板上均布与辐板上型的螺纹孔数量相等、分布位置相同的通孔。所述的轴孔芯的芯头端穿过辐板上型的中心通孔，通过其另一端的凸缘部分固定在辐板上型上。所述的四至十个施压套的一端分别置于辐板上型的平面端面的四至十个螺纹孔的正上方，它的另一端分别穿过增压板上均布四至十个的通孔，四至十个施压套的外圆面分别与其通孔间隙配合。通过螺钉与辐板上型的平面端面的四至十个螺纹孔的连接，将上型支撑、增压板、四至十个施压套、辐板上型连接在一起。通过螺钉与补压油缸的环形缸筒底端的螺纹连接，将补压油缸与上型固定板同轴固定连接。所述的上型固定板与上型支撑的无凸缘端连接固定。通过螺钉与补压油缸活塞杆的顶端螺纹连接，将增压板和补压油缸连接固定。所述的轮辋压头的内圆表面与辐板上型的外圆表面间隙配合。通过螺钉与轮辋压头一端的螺纹连接，将轮辋压头与增压板固定连接。增压板、轮辋压头与辐板上型同轴。所述的轮辋压头的另一端伸入下型，其外圆表面与下模衬的内表面间隙配合。所述的下模衬选用热作模具钢、模具铜合金或石墨制做，厚度为10 25mm。所述的压室内衬选用热作模具钢、模具铜合金或石墨制做，厚度为8 25_。所述的增压板上均布的通孔分别与四至十个施压套间隙配合的配合间隙为
O.05 O. 15mm。所述的轮辋压头的内圆表面与福板上型的外圆表面间隙配合的配合间隙为O.1 O. 35mm。所述的轮辋压头的外圆表面与下模衬的内表面间隙配合的配合间隙为
O.1 O. 35mm。使用一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的铸造方法，该方法包括步骤一将上型固定板安装在压机的活动横梁上，下型固定板固定在压机的工作台上，下压头与压机的下加压油缸的活塞连接牢固。步骤二调整下压头的位置，使其上端面位于压室内衬下端面以上10 IOOmm处。启动补压油缸，使增压板在其带动下向上移动到与上型支撑接触的位置，静止。步骤三将1500 1650°C的车轮钢液用浇包浇入压室，使液面低于下型底的最高点3 10謹，静置5 15s，除渣。步骤四上型下降，直到轮辋压头另一端的端面伸入到下模套的上端面以下10 50mm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头随即以20 300mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液充满车轮型腔的同时，向冷却道通冷却液，期间，下压头继续上行持续增压，在I IOs的时间内增压至50 200MPa保压凝固。步骤五下压头保压10 60s后，补压油缸向下加压，轮辋压头在补压油缸的作用下对车轮的轮辋部分加压至150 300MPa。步骤六轮辋压头和下压头卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动200 600_。启动顶件油缸，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛还。
所述的步骤三中浇注的车轮钢液的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的1.05 1. 30 倍。本发明和已有技术相比所具有的有益效果是(I)在该技术方案中车轮钢液在压力下充型和凝固，用压力作用下的流变补缩代替现有技术中的冒口补缩，在保压过程中，对收缩进行实时补充，有效防止铸件内部出现收缩缺陷。实现了轨道车轮的无冒口铸造，即省去了现有铸造技术中的冒口又能够得到内部致密、无收缩缺陷的轨道车轮毛坯，材料利用率由原来的55-70%提高到90%以上。由此，每件可以节约钢材约100kg。(2)用金属铸型代替现有技术中的石墨铸型，且该毛坯件在压力作用下成型，所得毛坯外形光洁，尺寸精确，且铸型使用寿命长。(3)踏面处在加压和保压过程中通过冷却液强制冷却，促进整个车轮同时凝固，又能细化踏面组织，所得毛坯内部致密。(4)在该铸型中有两个独立运动的压头，车轮钢液在压力作用下充型、补缩、塑性变形和凝固，达到了用铸造方法制造高质量毛坯的目的，所得毛坯尺寸精确，加工余量小，节约材料。
图1 一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的合型图。图2带四个施压套的一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的加压成形图。图3带十个施压套的一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的加压成形图。图4图2的A-A剖视图。图5图3的C-C剖视图。图6图2的B-B剖视图。图7图3的D-D剖视图。图8图2的H局部放大图。图中上型固定板1，上型支撑2，补压油缸3，增压板4，轮辋压头5，下模压板6，下模衬7，下模套8，下模底9，下型支撑10，顶件油缸11，下型固定板12，压室壁13，压室内衬14，推板15，顶杆压板16，第一至第十六个顶杆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，下压头 18，冷却道进口 19，冷却道20，冷却道出口 21，车轮钢液22，辐板上型23，轴孔芯24，第一至第十个施压套 25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7、25-8、25-9 和 25-10。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作详细说明。一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型，如图1至图8所示，该铸型包括上型和下型。下型包括下模套8、下模底9、下型支撑10、下型固定板12、压室壁13、下压头18和环形顶件系统。所述的压室壁13的平面端的端面位于下型固定板12上表面的中央，下型支撑10的一个端面位于其外围，压室壁13、下型支撑10同轴安装在下型固定板12的上表面上。
所述的环形顶件系统包括顶件油缸11、推板15、顶杆压板16和八至十六个顶杆。所述的顶杆均为圆柱形,直径10 30mm。所述的推板15和顶杆压板16,均由45号钢制成,厚度均为30 60mm,硬度均为30 40HRC，推板15和顶杆压板16的内径均比压室壁13的外径大20 60mm，它们的外径均比下型支撑10的内径小20 60mm，均可以在下型支撑10和压室壁13之间的空间内垂
直运动。所述的顶件油缸11为中空圆筒形油缸，公称力100 500吨，行程大于下模腔深度10 100mm,内径大于压室壁外径20 60mm,外径小于下型支撑12内径50 100mm,其进油管和出油管从下型支撑10上对应的孔槽内伸出。顶件油缸11位于压室壁13和下型支撑10之间，固定在下型固定板12的上表面上。所述的八至十六个顶杆的丁字头端分别置于推板15 —个端面上均匀分布的盲孔中，八至十六个顶杆的另一端分别穿过顶杆压板16对应的通孔，并分别穿入下模底9上对应的八至十六个通孔中，直至此端的端面与下模底9上表面的环形平面平齐，推板15的另一个端面与顶件油缸11的环形活塞杆顶端固定连接，顶杆压板16和推板15固定连接。所述的下模底9的下环形面及与其相交的锥面分别与下型支撑10的另一个端面和压室壁13的锥形端面接触，下模底9与下型支撑10同轴固定。所述的下模套8置于下模底9上表面的环形平面上，并固定连接。所述的下压头18为圆柱形，内部有循环冷却道。下压头18置于压室壁13和下型固定板12的中心孔中，分别与下型固定板12和压室壁13的中心孔间隙配合。所述的下压头18为圆柱形，由热作模具钢制成，硬度HRC42 48，下压头18内通有循环冷却水，其流量为I 2L/min，可以调节，确保压头工作期间顶面温度不超过600°C。下压头18置于压室壁13和下型固定板12的中心孔中，下压头18与下型固定板12和压室壁13的中心孔间隙配合。所述的下模套8的内表面设螺旋状冷却道20，螺旋状冷却道20的上下端分别与下模套8上带螺纹孔的冷却道出口 21和带螺纹孔的冷却道进口 19连通。在上述下模套8的内表面上安装下模衬7，下模衬7纵截面形状与下模套8内表面的纵截面形状相同。通过螺钉与下模套8的螺纹连接将下模压板6固定在下模套8上，并压紧下模衬7。所述的压室壁13的中心孔台阶上安装压室内衬14，压室内衬14的外圆与压室壁13的中心孔过盈配合。压室为压室内衬14内表面和下压头18的上端面所围成的空间。所述的下压头18分别与下型固定板12、压室壁13和压室内衬14间隙配合。所述的上型包括上型固定板1、上型支撑2、补压油缸3、增压板4、轮辋压头5、辐板上型23、轴孔芯24和四至十个施压套。所述的辐板上型23的平面端面上均布四至十个螺纹孔，增压板4上均布与辐板上型23的螺纹孔数量相等、分布位置相同的通孔。所述的轴孔芯24的芯头端穿过辐板上型23的中心通孔，通过其另一端的凸缘部分固定在辐板上型23上。所述的四至十个施压套的一端分别置于辐板上型23的平面端面的四至十个螺纹孔的正上方，它的另一端分别穿过增压板4上均布的四至十个通孔，四至十个施压套的外圆面分别与其通孔间隙配合。通过螺钉与辐板上型23的平面端面的四至十个螺纹孔的连接，将上型支撑2、增压板4、四至十个施压套、辐板上型23连接在一起。通过螺钉与补压油缸3的环形缸筒底端的螺纹连接，将补压油缸3与上型固定板I同轴固定连接。所述的上型固定板I与上型支撑2的无凸缘端连接固定。通过螺钉与补压油缸3活塞杆的顶端螺纹连接，将增压板4和补压油缸3连接固定。所述的轮辋压头5的内圆表面与辐板上型23的外圆表面间隙配合。通过螺钉与轮辋压头5 —端的螺纹连接，将轮辋压头5与增压板4固定连接。增压板4、轮辋压头5与辐板上型23同轴。所述的轮辋压头5的另一端伸入下型，其外圆表面与下模衬7的内表面间隙配合。所述的下模衬7选用热作模具钢、模具铜合金或石墨制做，厚度为10 25mm。所述的压室内衬14选用热作模具钢、模具铜合金或石墨制做，厚度为8 25_。所述的增压板4上均布的通孔分别与四至十个施压套间隙配合的配合间隙为
0.05 O. 15mm。所述的轮辋压头5的内圆表面与福板上型23的外圆表面间隙配合的配合间隙为O.1 O. 35_。所述的轮辋压头5的外圆表面与下模衬7的内表面间隙配合的配合间隙为O.1 O. 35謹。使用一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的铸造方法之一，该方法包括步骤一将上型固定板I安装在压机的活动横梁上，下型固定板12固定在压机的工作台上，下压头18与压机的下加压油缸的活塞连接牢固。步骤二调整下压头18的位置，使其上端面位于压室内衬14下端面以上IOmm处。启动补压油缸3，使增压板4在其带动下向上移动到与上型支撑2接触的位置，静止。步骤三将1650°C的CL60钢的钢液用浇包浇入压室，使液面低于下型底9的最高点10mm，静置15s，除渣。步骤四上型下降，直到轮辋压头5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下IOmm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头18随即以20mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液22充满车轮型腔的同时，向冷却道20通冷却液，期间，下压头18继续上行持续增压，在IOs的时间内增压至200MPa保压凝固。步骤五下压头18保压60s后，补压油缸3向下加压，轮辋压头5在补压油缸3的作用下对车轮的轮辋部分加压至150MPa。步骤六轮辋压头5和下压头18卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动200_。启动顶件油缸11，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛还。所述的步骤三中浇注的车轮钢液22的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的
1.30 倍。使用一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的铸造方法之二，该方法包括步骤一将上型固定板I安装在压机的活动横梁上，下型固定板12固定在压机的工作台上，下压头18与压机的下加压油缸的活塞连接牢固。步骤二调整下压头18的位置，使其上端面位于压室内衬14下端面以上30mm处。启动补压油缸3，使增压板4在其带动下向上移动到与上型支撑2接触的位置，静止。步骤三将1615°C的CL60钢的钢液用浇包浇入压室，使液面低于下型底9的最高点9mm，静置13s，除渣。步骤四上型下降，直到轮辋压头5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下20mm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头18随即以90mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液22充满车轮型腔的同时，向冷却道20通冷却液，期间，下压头18继续上行持续增压，在8s的时间内增压至160MPa保压凝固。步骤五下压头18保压47s后，补压油缸3向下加压，轮辋压头5在补压油缸3的作用下对车轮的轮辋部分加压至185MPa。步骤六轮辋压头5和下压头18卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动300_。启动顶件油缸11，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛还。所述的步骤三中浇注的车轮钢液22的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的1. 23 倍。使用一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的铸造方法之三，该方法包括步骤一将上型固定板I安装在压机的活动横梁上，下型固定板12固定在压机的工作台上，下压头18与压机的下加压油缸的活塞连接牢固。步骤二调整下压头18的位置，使其上端面位于压室内衬14下端面以上50mm处。启动补压油缸3，使增压板4在其带动下向上移动到与上型支撑2接触的位置，静止。步骤三将1575°C的45号钢的钢液用浇包浇入压室，使液面低于下型底9的最高点7mm，静置10s，除渣。步骤四上型下降，直到轮辋压头5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下30mm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头18随即以160mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液22充满车轮型腔的同时，向冷却道20通冷却液，期间，下压头18继续上行持续增压，在5s的时间内增压至125MPa保压凝固。步骤五下压头18保压35s后，补压油缸3向下加压，轮辋压头5在补压油缸3的作用下对车轮的轮辋部分加压至225MPa。步骤六轮辋压头5和下压头18卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动400mm。启动顶件油缸11，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛还。所述的步骤三中浇注的车轮钢液22的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的1. 17 倍。使用一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的铸造方法之四，该方法包括步骤一将上型固定板I安装在压机的活动横梁上，下型固定板12固定在压机的工作台上，下压头18与压机的下加压油缸的活塞连接牢固。
步骤二调整下压头18的位置，使其上端面位于压室内衬14下端面以上80mm处。启动补压油缸3，使增压板4在其带动下向上移动到与上型支撑2接触的位置，静止。步骤三将1540°C的R8钢的钢液用浇包浇入压室，使液面低于下型底9的最高点5_，静置8s，除渣。步骤四上型下降，直到轮辋压头5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下40mm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头18随即以230mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液22充满车轮型腔的同时，向冷却道20通冷却液，期间，下压头18继续上行持续增压，在3s的时间内增压至85MPa保压凝固。步骤五下压头18保压22s后，补压油缸3向下加压，轮辋压头5在补压油缸3的作用下对车轮的轮辋部分加压至260MPa。步骤六轮辋压头5和下压头18卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动500_。启动顶件油缸11，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛还。所述的步骤三中浇注的车轮钢液22的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的1.10 倍。使用一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型的铸造方法之五，该方法包括步骤一将上型固定板I安装在压机的活动横梁上，下型固定板12固定在压机的工作台上，下压头18与压机的下加压油缸的活塞连接牢固。步骤二调整下压头18的位置，使其上端面位于压室内衬14下端面以上IOOmm处。启动补压油缸3，使增压板4在其带动下向上移动到与上型支撑2接触的位置，静止。步骤三将1500°C的R7钢的钢液用浇包浇入压室，使液面低于下型底9的最高点3_，静置5s，除渣。步骤四上型下降，直到轮辋压头5另一端的端面伸入到下模套8的上端面以下50mm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头18随即以300mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液22充满车轮型腔的同时，向冷却道20通冷却液，期间，下压头18继续上行持续增压，在Is的时间内增压至50MPa保压凝固。步骤五下压头18保压IOs后，补压油缸3向下加压，轮辋压头5在补压油缸3的作用下对车轮的轮辋部分加压至300MPa。步骤六轮辋压头5和下压头18卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动600_。启动顶件油缸11，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛还。所述的步骤三中浇注的车轮钢液22的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的1.05 倍。
权利要求
1.一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型，该铸型包括上型和下型； 所述的下型包括下模套(8)、下模底(9)、下型支撑(10)、下型固定板(12)、压室壁(13)、下压头(18)和环形顶件系统； 所述的压室壁(13)的平面端的端面位于下型固定板(12)上表面的中央，下型支撑(10)的一个端面位于其外围，压室壁(13)、下型支撑(10)同轴安装在下型固定板(12)的上表面上； 所述的环形顶件系统包括顶件油缸(11)、推板(15)、顶杆压板(16)和第一至第八个顶杆(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7 和 17-8)或第一至第九个顶杆(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8 和 17-9)或第一至第十个顶杆(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9 和 17-10)或第一至第十一个顶杆(17-1、17-2、17-3、17-4、17-5、17-6、17-7、17-8、17-9、17-10 和 17-11)或第一至第十二个顶杆(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)或第一至第十三个顶杆(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)或第一至第十四个顶杆(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)或第一至第十五个顶杆(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)或第一至第十六个顶杆(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)； 所述的顶件油缸(11)位于压室壁(13)和下型支撑(10)之间，固定在下型固定板(12)的上表面上； 所述的八至十六个顶杆的丁字头端分别置于推板(15)—个端面上均匀分布的盲孔中，八至十六个顶杆的另一端分别穿过顶杆压板(16)对应的通孔，并分别穿入下模底(9)上对应的八至十六个通孔中，直至此端的端面与下模底(9)上表面的环形平面平齐，推板(15)的另一个端面与顶件油缸(11)的环形活塞杆顶端固定连接，顶杆压板(16)和推板(15)固定连接； 所述的下模底(9)的下环形面及与其相交的锥面分别与下型支撑(10)的另一个端面和压室壁(13)的锥形端面接触，下模底(9)与下型支撑(10)同轴固定； 所述的下模套(8)置于下模底(9)上表面的环形平面上，并固定连接； 所述的下压头(18)为圆柱形，内部有循环冷却道；下压头(18)置于压室壁(13)和下型固定板(12)的中心孔中，分别与下型固定板(12)和压室壁(13)的中心孔间隙配合； 其特征在于 所述的下模套(8)的内表 面设螺旋状冷却道(20)，螺旋状冷却道(20)的上下端分别与下模套(8)上带螺纹孔的冷却道出口(21)和带螺纹孔的冷却道进口(19)连通； 在上述下模套(8)的内表面上安装下模衬(7)，下模衬(7)纵截面形状与下模套(8)内表面的纵截面形状相同；通过螺钉与下模套(8)的螺纹连接将下模压板(6)固定在下模套(8)上，并压紧下模衬(7); 所述的压室壁(13)的中心孔台阶上安装压室内衬(14)，压室内衬(14)的外圆与压室壁(13)的中心孔过盈配合； 压室为压室内衬(14)内表面和下压头(18)的上端面所围成的空间；所述的下压头(18)分别与下型固定板(12)、压室壁(13)和压室内衬(14)间隙配合；所述的上型包括上型固定板(I)、上型支撑(2)、补压油缸(3)、增压板(4)、轮辋压头(5)、辐板上型(23)、轴孔芯(24)和第一至第四个施压套(25-1、25-2、25-3和25_4)或第一至第五个施压套(25-1、25-2、25-3、25-4和25-5)或第一至第六个施压套(25_1、25_2、25-3、25-4、25-5 和 25-6)或第一至第七个施压套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25_6 和25-7)或第一至第八个施压套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7 和 25-8)或第一至第九个施压套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7、25-8 和 25-9)或第一至第十个施压套(25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、25-7、25-8、25-9 和 25-10)； 所述的辐板上型(23)的平面端面上均布四至十个螺纹孔，增压板(4)上均布与辐板上型(23)的螺纹孔数量相等、分布位置相同的通孔； 所述的轴孔芯(24)的芯头端穿过辐板上型(23)的中心通孔，通过其另一端的凸缘部分固定在辐板上型(23)上； 所述的四至十个施压套的一端分别置于辐板上型(23)的平面端面的四至十个螺纹孔的正上方，它的另一端分别穿过增压板(4)上均布的四至十个通孔，四至十个施压套的外圆面分别与其通孔间隙配合；通过螺钉与辐板上型(23)的平面端面的四至十个螺纹孔的连接，将上型支撑(2)、增压板(4)、四至十个施压套、辐板上型(23)连接在一起；通过螺钉与补压油缸(3)的环形缸筒底端的螺纹连接，将补压油缸(3)与上型固定板(I)同轴固定连接； 所述的上型固定板(I)与上型支撑(2)的无凸缘端连接固定； 通过螺钉与补压油缸(3)活塞杆的顶端螺纹连接，将增压板(4)和补压油缸(3)连接固定;所述的轮辋压头(5)的内圆表面与辐板上型(23)的外圆表面间隙配合；通过螺钉与轮辋压头(5) —端的螺纹连接，将轮辋压头(5)与增压板(4)固定连接；增压板(4)、轮辋压头(5)与辐板上型(23)同轴； 所述的轮辋压头(5)的另一端伸入下型，其外圆表面与下模衬(7)的内表面间隙配合。
2.根据权利要求1所述的一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型，其特征在于 所述的下模衬(7)选用热作模具钢、模具铜合金或石墨制做，厚度为10 25mm ;所述的压室内衬(14)选用热作模具钢、模具铜合金或石墨制做，厚度为8 25mm。
3.根据权利要求1所述的一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型，其特征在于 所述的增压板(4)上均布的通孔分别与四至十个施压套间隙配合的配合间隙为O.05 O. 15mm ;所述的轮辋压头(5)的内圆表面与福板上型(23)的外圆表面间隙配合的配合间隙为O.1 O. 35mm ;所述的轮辋压头(5)的外圆表面与下模衬(7)的内表面间隙配合的配合间隙为O.1 O. 35mm。
4.一种使用权利要求1铸型的S形辐板轨道车轮毛坯的铸造方法，其特征在于，该方法包括 步骤一将上型固定板(I)安装在压机的活动横梁上，下型固定板(12)固定在压机的工作台上，下压头(18)与压机的下加压油缸的活塞连接牢固； 步骤二调整下压头(18)的位置，使其上端面位于压室内衬(14)下端面以上10 IOOmm处；启动补压油缸(3)，使增压板(4)在其带动下向上移动到与上型支撑(2)接触的位置，静止; 步骤三将1500 1650°C的车轮钢液(22)用浇包浇入压室，使液面低于下型底(9)的最高点3 10_，静置5 15s，除渣； 步骤四上型下降，直到轮辋压头(5)另一端的端面伸入到下模套(8)的上端面以下10 50mm处静止，此时上型与下型合模，形成闭合的S形辐板轨道车轮型腔，下压头(18)随即以20 300mm/s的速度上行，将压室内的钢液逐步推入S形辐板轨道车轮型腔，在车轮钢液(22)充满车轮型腔的同时，向冷却道(20)通冷却液，期间，下压头(18)继续上行持续增压，在I IOs的时间内增压至50 200MPa保压凝固； 步骤五下压头(18)保压10 60s后，补压油缸(3)向下加压，轮辋压头(5)在补压油缸(3)的作用下对车轮的轮辋部分加压至150 300MPa ； 步骤六轮辋压头(5)和下压头(18)卸压复位，同时上型在压机活动横梁的带动下向上移动200 600_ ;启动顶件油缸(11)，将S形辐板轨道车轮毛坯顶出下型，得到S形辐板轨道车轮毛坯。
5.根据权利要求4所述的S形辐板轨道车轮毛坯铸造方法，其特征在于 所述的步骤三中浇注的车轮钢液(22)的质量为S形辐板轨道车轮毛坯铸件质量的1.05 1. 30 倍。
全文摘要
一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法，涉及一种S形辐板轨道车轮毛坯的铸造。解决的问题是提供一种不用砂型、不用冒口来铸造高质量S形辐板轨道车轮毛坯的铸型及其铸造方法。在该铸型中有两个独立运动的压头轮辋压头和下压头，轮辋压头属于上型，同时它又可以相对上型中的辐板上型和轴孔芯上下运动。车轮钢液在下压头的作用下充型，之后轮毂和轮辋处分别在下压头和轮辋压头的高压作用下补缩、塑性变形和凝固，车轮其他部位也在压力下凝固。下模套的内表面安装有下模衬，界面处有冷却道，踏面处凝固时通入循环冷却液强制冷却，细化踏面组织；压室壁的中心孔台阶上安装压室内衬，保护压室壁。所得车轮组织致密，工艺出品率可达90%。
文档编号B22C9/28GK103056336SQ20131002990
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者邢书明, 李龙飞, 鲍培玮 申请人:北京交通大学