轮装制动盘的生产方法及应用该方法制得的轮装制动盘与流程

本发明涉及一种轮装制动盘的生产方法及应用该方法的轮装制动盘，特别是一种城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车用轮装制动盘制造过程中防翘曲变形的方法及应用该方法的轮装制动盘。

背景技术：

目前，城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车的基础制动均采用盘形制动装置，盘形制动装置的作用是在车辆实施制动时，使闸片垂直压紧轮装或轴装制动盘的摩擦面产生摩擦力，由此产生制动力矩，将车辆运动时的动能和势能转化为热能，从而达到使车辆减速或停车的目的。因此制动盘是将列车动能和势能通过摩擦转化成热能的关键部件。

公布号为CN102069148A的发明专利公开了一种高速机车用制动盘的铸造方法，包括如下步骤：凝固模拟、设计砂芯、芯盒制作、制芯、组芯、熔炼浇铸、打箱落砂和清理，该发明采用无箱叠芯组合浇铸的方式，根据制动盘设计沙芯，且制动盘用于摩擦的摩擦面呈平面设置，虽然生产效率高，但在铸造过程中轮装制动盘因几何形状不对称，散热面一侧冷却不佳，导致冷却不均匀，铸件两侧收缩率不同，因此生产的铸件往往批量产生翘曲变形，形成波浪形的摩擦面，发生变形后的铸件即使通过机加工使几何尺寸符合图纸要求，但由于整个盘体圆周变形而导致的厚度不均匀仍然会使动平衡检测无法通过，成为无法修复的废品。

技术实现要素：

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种易于实现、避免发生翘曲变形的轮装制动盘的生产方法，以及使用该方法制造的轮装制动盘。

本发明的技术方案为：一种轮装制动盘的生产方法，所述轮装制动盘铸造过程中，在制动盘散热面的散热筋顶面增加一整体的环状筋板（环状筋板厚度为10mm，或5mm、或6mm、或7mm、或8mm、或9mm），将散热筋顶面逐一联接起来，所述环状筋板与制动盘一次铸造成型，形成一个稳固的、上下面双环设置的环状框架结构，提高铸件冷却的均匀性，防止铸件在冷却过程中发生翘曲变形，将所述制动盘的摩擦面的加工余量顶设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，冷却完成后，将散热筋顶面的环状筋板进行去除，将所述制动盘的摩擦面的加工余量顶加工成平面。

另一种轮装制动盘的生产方法，包括具体如下步骤：

A、通过计算机模拟软件对所述制动盘的铸造工艺和铸造模具进行模拟分析，确定所述散热筋顶面的环状筋板尺寸，同时将所述制动盘的摩擦面的加工余量顶设计成锥面，使其断面由长方形变成三角形，增大铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，防止变形；

B、制定所述制动盘的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行底浇，其中金属液由整流过滤装置底部进入型腔；

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，其环状筋板和摩擦面的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果；其中，环状筋板厚度为10mm，或5mm、或6mm、或7mm、或8mm、或9mm

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂；

E、对铸件进行粗加工和热处理，去除环状筋板和摩擦面的加工余量顶；

F、对铸件进行调质处理和精加工。

在进行模拟分析前，首先对铸件需要达到的技术要求做分析，根据技术要求模拟制动盘的铸造工艺和铸造模具。本发明选用的模拟软件包括适用于材料加工工程及制造领域中的任何模拟软件，如Magma、ProCast、NovaCast、AnyCast、Flow 3D、华铸CAE、Ansys、Abaqus、Marc等。

打开模拟软件，建立实体模型，在模型上划分网格，设定参数，进行模拟分析；根据模拟结果调试参数，然后使用新的参数再次进行模拟分析；经过不断的调试参数，得到能够达到铸件技术要求的铸造工艺和铸造模具。

本发明通过计算在满足铸件正常的顺序凝固不受影响，不增加工艺热节的前提下，使其铸件在浇铸后的冷却凝固过程中散热筋顶面的环状筋板先凝固，固定好众多不同形状的散热筋，从而达到解决摩擦面的翘曲变形而形成波浪面的缺陷，使两个环面的平行度完全在工艺要求范围内，进而满足机加工后的产品形成均匀的摩擦环厚度，完全通过动平衡测试。

进一步，所述环状筋板厚度不超过10mm，满足冷却均匀的要求，尽量减少原料的浪费。

一种轮装制动盘，该制动盘采用上述任一方法制得。所制备的制动盘在冷却过程中的收缩率明显均匀，摩擦面使用锥形加工余量顶，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，防止翘曲变形，波浪形摩擦面不再出现，大幅提升轮对动平衡检测的通过率。

发明的技术效果：（1）本发明的轮装制动盘生产方法，相对于现有技术，在制造过程中，在制动盘散热面的散热筋顶面增加一整体的环状筋板，所述环状筋板与制动盘一次铸造成型，使得铸件冷却时收缩率明显均匀，避免因铸件几何尺寸不对称产生翘曲变形；（2）将所述制动盘的摩擦面的加工余量顶由平面设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩；（3）冷却成型后通过机加工去除所述环状筋板，将所述制动盘的摩擦面的加工余量顶加工成平面，对铸件结构形状没有任何影响，只需在加工过程中增加少量的加工时间，大幅提升了产品动平衡检测通过率。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是现有轮装制动盘的产品结构示意图；

图2是图1的A-A向剖面结构示意图；

图3是本发明一种轮装制动盘的生产方法的工艺流程图；

图4是本发明轮装制动盘的毛坯结构示意图；

图5是是图3的A-A向剖面结构示意图。

图中：散热面1，散热筋11，散热筋顶面12，摩擦面2，加工余量顶21，环状筋板3。

具体实施方式

实施例1

以时速250km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为620mm，内径为260mm）为例，其铸造方法的工艺流程如图3所示，其按照先后顺序包括以下步骤：

A、通过计算机模拟软件对制动盘的铸造工艺和铸造模具进行模拟分析，确定所述散热筋顶面的环状筋板厚度为10mm（其余实施例中，可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等），同时将制动盘的摩擦面的加工余量顶设计成锥面，加工余量为10mm，使其断面由长方形变成三角形，增大铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，防止变形。

B、制定制动盘的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行底浇，其中金属液由整流过滤装置底部进入型腔。

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，其环状筋板和摩擦面的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果。

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂。

E、对制动盘进行粗加工和热处理，去除环状筋板和摩擦面的加工余量顶。

F、对制动盘进行调质处理和精加工。

选用 ProCast模拟软件对铸造工艺和铸造模具进行模拟分析。根据最佳模拟结果，制定实际的铸造工艺流程和实际的铸造模具。在制动盘的铸造过程中，金属液进入型腔的方式、位置、流速等各个参数均要符合模拟结果；铸造模具中浇铸系统和补缩系统的位置、形状、尺寸、冒口数量及形状等各个参数也均要符合模拟结果。

将散热面1的散热筋顶面12的环状筋板3的厚度设置为10mm（其余实施例中，可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等），摩擦面2的加工余量顶21的加工余量设置为10mm（其余实施例中，可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等），完成制作型芯，合箱，熔炼浇铸工序后，冷却凝固过程中使环状筋板3先凝固，用于固定众多不同形状的散热筋11，避免散热筋11冷却的过程中变形导致摩擦面2翘曲变形形成波浪面，使两个环面的平行度完全在工艺要求范围内，打箱落砂后对制动盘进行机加工，去除环状筋板3和加工余量顶21，再对制动盘进行后续加工。

对铸件进行无损检测，同时满足了射线探伤I级、超声探伤II级和磁粉探伤I级的检验要求，检测合格的制动盘配对进行轮对动平衡检验，检验合格率100%。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。