制动座铸件铸造工艺设计及改进

班炯光

（大连机车车辆有限公司铸钢车间，辽宁 大连 116021）

制动座是新开发的大连202延伸线快轨车辆转向架的关键零件，产品结构特殊，作为主要受力铸钢件在车辆制动时发挥重要作用。其在转向架上的实际位置和产品毛坯分别如图1、图2所示。

图1 制动座在转向架上的位置

图2 制动座产品毛坯

1 铸造工艺性分析

制动座铸件结构特殊，壁厚变化大，最薄的部位22mm，最厚的部位110mm，并且截面尺寸特殊。该铸件全部表面要求磁粉探伤，厚大部位超声波探伤。作为转向架的重要焊接组成部分，表面质量要求高，其铸造表面光洁度达到Ra50.一旦出现质量问题会造成整个转向架报废。

铸件壁厚变化大，容易造成铸件严重变形，相应的工艺措施是要尽可能保证铸件同时凝固，减少凝固过程中产生的应力。铸件厚大部位受力严重，因此要进行磁粉和超声波探伤。同时需要设置冒口保证铸件内部致密程度，能够实现顺序凝固。因此，在保证铸件产品质量的工艺措施选择上出现了矛盾。

铸件壁厚厚大部位通过设置冒口保证产品质量，因此冒口设计是难点。法兰部位是直接装配受力部位，法兰厚度56mm，背后的筋板厚度45mm，构成了较大的T字形热节，选用比例法设计该处的冒口。考虑到整个法兰的致密度要求，冒口的斜度要适当放大。铸件中间最厚部位厚度有110mm，距离法兰很近，靠法兰部位设置明冒口不足于补缩，所以需要单独设置冒口，按照铸件尺寸选用最大直径的明冒口，为方便铸件切割做出冒口座。圆形法兰与轴焊接部位放置2个正常的腰形保温冒口。浇注系统从铸件最薄部位引入钢水，均衡铸件本体温度差，减少变形趋势。初步工艺设计方案如图3所示。

图3 制动座初步工艺设计方案

2 铸造工艺生产验证及优化工艺设计

完成初步铸造工艺方案后，制做模具，进行生产验证。试制情况如图4所示。

图4 制动座初步工艺设计方案试制结果

冒口切割后发现：1#明冒口补缩较好，由于设置补贴，需进一步查看补贴甚至是铸件加工后情况确定。2#明冒口解剖情况见图5，存在部分铸件冒口补缩能力不足，后期小批量试制发现约35%的铸件该部位存在铸造缺陷，其中5%的缺陷铸件形成废品。铸件探伤时应对该处进行重点检查。3#冒口补缩较好。保留浇注系统部分方便抛丸时悬挂铸件，热处理抛丸后再彻底切除。

图5 2# 明冒口断面解剖结果

2.1 50 mm 工艺孔生产及工艺优化

进而优化为设置单独的砂芯，用砂芯保证工艺孔的完成，减少造型生产难度，砂芯通过设置芯头定位保证定位的准确，提高产品质量。

图6 50 mm 工艺孔造型生产情况

2.2 1#明冒口部位及工艺优化

加工后，在方法兰局部发现缩松缺陷，缺陷情况如图7所示。

图7 方法兰加工后缩松缺陷情况

该缺陷位于冒口补贴的中心，处在整个1#明冒口和铸件该处的轴线缩松区。产生问题的原因是1#明冒口的补缩能力不够，同时2#明冒口和1#明冒口之间存在相互影响，也能够产生该问题。

2.3 2#明冒口及工艺优化

2#明冒口补缩能力不足，铸件探伤时发现在冒口边界部位存在缩松缺陷，如图8所示。

图8 明冒口2 部位缩松缺陷位置

主要原因是2#明冒口的补缩能力不够，对2#明冒口进行尺寸调整，但是由于1#明冒口和2#明冒口之间有干扰，尺寸不能放大太多。在不干扰1#明冒口的前提下对2#明冒口的尺寸放大，实际生产铸件缺陷依然存在。进一步分析：该处由于结构特殊，前期选择的明冒口模数不足，不能保证铸件补缩需要。要提高冒口的补缩能力，需要采用特殊的冒口，冒口本身要求在同样或相当尺寸下冒口模数要足够大，因此需要采用保温发热冒口，选用福士科的12/15K保温发热冒口，冒口的模数扩大倍数能够达到1.4.

对1#明冒口和2#明冒口部位存在的问题进行联合攻关，采用保温发热冒口进行工艺试验。工艺试验情况如图9所示。对保温发热冒口进行解剖，解剖情况如图10所示，情况非常理想。

图9 采用保温发热冒口工艺试验结果

图10 保温发热冒口解剖情况

对1#明冒口部位切割冒口及补贴后进行探伤检查，没有发现铸造缺陷，跟踪相关铸件的加工情况，原来加工后存在的缩松缺陷已经消除，产品质量得到了提升。

3 结 论

通过采取一系列的工艺改进措施，完善了制动座的铸造工艺方案，产品质量得到了进一步提升，铸件缺陷情况基本消除。结论如下：

1）对于比较小的工艺孔尽可能采用砂芯制做，能够保证产品的精度要求。

2）对于明冒口不能够解决的铸造缺陷，应采用保温发热冒口。

3）距离较近的冒口相互之间是存在影响的。其中一个冒口的改变，对于另一个冒口的补缩情况是有影响的。

[1]崔忠圻.金属学与热处理[M］.北京：机械工业出版社，2000.

[2]侯英玮.材料成型工艺[M］.北京：中国铁道出版社，2002.

[3]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册[M］.北京：机械工业出版社，2003.