客車制動盤鑄件的規(guī)?；a(chǎn)

鮑國棟 封雪平

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

客車制動盤鑄件的規(guī)模化生產(chǎn)

鮑國棟 封雪平

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

通過產(chǎn)業(yè)化基地半自動化生產(chǎn)線的建設(shè)，實現(xiàn)了制動盤盤體鑄件的規(guī)模化生產(chǎn)；采用發(fā)熱冒口、1箱2件、三乙胺冷芯工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率；采用專用磁粉探傷機(jī)探傷，探傷效率明顯提高，滿足了產(chǎn)能要求。

制動盤；鑄件；發(fā)熱冒口；冷芯盒

當(dāng)前，國際鐵路發(fā)展有兩大趨勢：高速、重載。盡管列車的電氣制動發(fā)揮越來越大的作用，但國際鐵路聯(lián)盟UIC仍規(guī)定在動力制動失效的情況下，機(jī)械摩擦制動必須保證列車在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車，以確保列車的安全行駛。盤形制動的采用可解決踏面制動單元制動功率超標(biāo)和對車輪踏面的熱影響等問題[1]。中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司(以下簡稱戚墅堰所)生產(chǎn)的蠕墨鑄鐵制動盤從1995年裝車上線，近年來隨著鐵路提速及鐵路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，制動盤年需求量達(dá)到40 000～50 000只，原有的手工小規(guī)模生產(chǎn)方式已不能滿足市場需求，制動盤實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)勢在必行。同時，針對成品率不高的情況，還應(yīng)對大批量生產(chǎn)下的鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 生產(chǎn)模式

初期制動盤為小批量的生產(chǎn)模式，熔化設(shè)備為1 000 kg中頻電爐，造型設(shè)備僅一臺3 t混砂機(jī)，手工造型、制芯，呋喃樹脂砂生產(chǎn)，年產(chǎn)約12 000只。近年來，為實現(xiàn)制動盤鑄件的規(guī)?；a(chǎn)，戚墅堰所建立了產(chǎn)業(yè)化基地，確定了樹脂砂半自動化生產(chǎn)制動盤的生產(chǎn)模式。首先熔化能力大幅提高，引進(jìn)了2臺應(yīng)達(dá)公司生產(chǎn)的3 t中頻感應(yīng)電爐，日出鐵能力達(dá)60 t以上；設(shè)計了半自動化的30 t樹脂砂連續(xù)式混砂機(jī)生產(chǎn)外模，2臺10 t混砂機(jī)，配備了自動翻箱起模機(jī)，實現(xiàn)在流水線上施涂、下芯、合箱、澆注；同時配備了振動落砂機(jī)開箱清理，自動破碎機(jī)處理回爐料等，25人的生產(chǎn)班組每天正常工作能生產(chǎn)192只，年產(chǎn)能力達(dá)60 000多只，生產(chǎn)效率得到很大提高。近年來的制動盤生產(chǎn)量情況如圖1所示。

圖1 制動盤年生產(chǎn)量

2 鑄造工藝

制動盤研發(fā)初期，由于市場需求不大，采用1箱1件的造型工藝，采用1只壓邊冒口對鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，3只出氣冒口排氣，具體工藝如圖2所示。初期生產(chǎn)時質(zhì)量問題較多，整體合格率只有88%～90%，主要問題表現(xiàn)在：(1)動平衡不達(dá)標(biāo)；(2)超聲波探傷超標(biāo)；(3)有砂眼；(4)硬度偏低等。

圖2 1箱1件工藝示意圖

隨著中國鐵路列車的不斷提速，客車時速已達(dá)140～160 km。這就對制動盤的內(nèi)在質(zhì)量提出了更高的要求，具體表現(xiàn)在內(nèi)部組織致密度提高，盤體動平衡要求更高，不允許有砂眼、渣眼、裂紋等缺陷。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，且適應(yīng)大批量生產(chǎn)模式，對鑄造工藝進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，具體如下：

(1)將原工藝的壓邊冒口，改為發(fā)熱冒口，起到充分補(bǔ)縮盤體上平面的作用，確保了盤體的組織致密，盤體超聲波探傷不合格率由4%下降到幾乎為零；由于發(fā)熱冒口較小，工藝出品率提高了約5%，降低了生產(chǎn)成本；

(2)由1箱1件改為1箱2件，降低了砂鐵比，在提高造型效率的同時提高了經(jīng)濟(jì)效益；

(3)采用三乙胺冷芯盒制芯工藝，三乙胺冷芯比樹脂砂芯具有強(qiáng)度高、發(fā)氣量小、表面粗糙度小等優(yōu)點。三乙胺冷芯能夠減少砂眼、氣孔缺陷的產(chǎn)生，提高制動盤質(zhì)量，同時徹底解決了產(chǎn)品的動平衡質(zhì)量問題，動平衡廢品率由2%下降到幾乎為零。 采用手工制芯時，15名工人三班制生產(chǎn)才能滿足澆鑄線生產(chǎn)節(jié)拍要求，采用三乙胺冷芯制芯工藝時，直接采購標(biāo)準(zhǔn)泥芯，節(jié)省了人工，提高了效率。

優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)如圖3所示，通過上述優(yōu)化改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量大大提升，制動盤合格率達(dá)到95%，同時提高了生產(chǎn)效率。

圖3 1箱2件工藝示意圖

3 熔化工藝

制動盤盤體采用的材質(zhì)是盤形制動裝置中最關(guān)鍵的因素，高速制動時，巨大的制動熱負(fù)荷及熱沖擊將引起很高的溫度梯度，由此帶來很高的熱應(yīng)力，盤體的這種受力狀態(tài)決定了其失效的方式為熱疲勞[2]。由于蠕墨鑄鐵蠕蟲狀石墨是互相連接的，蠕墨鑄鐵的塑性和韌性比球墨鑄鐵低、比灰鑄鐵高，強(qiáng)度接近球墨鑄鐵，同時蠕墨鑄鐵還具有優(yōu)良的抗熱疲勞性能。因此選擇了在常溫及高溫下機(jī)械性能較好、熱膨脹系數(shù)較小、熱傳導(dǎo)系數(shù)較高并且鑄造工藝性能好, 易于工藝優(yōu)化及批量生產(chǎn)的蠕墨鑄鐵。

圖4 蠕化包示意圖

為了獲得良好的組織，蠕墨鑄鐵熔煉控制尤為重要。原熔化設(shè)備為1 000 kg中頻感應(yīng)電爐，蠕化工藝采用包內(nèi)沖入法，蠕化包示意圖如圖4所示。澆注工藝為每包澆注3箱(3只)。實行產(chǎn)業(yè)化之后采用的熔化設(shè)備為3 000 kg中頻感應(yīng)電爐，蠕化工藝同樣采用包內(nèi)沖入法。每爐分2包出鐵蠕化，每包鐵水澆注4箱(8只)，每爐鐵水能生產(chǎn)16只制動盤。由于一次蠕化的鐵水量大，蠕化反應(yīng)更平穩(wěn)、充分，蠕化效果大大提高，徹底消除了原來蠕化不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

4 磁粉探傷

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，制動盤加工面必須進(jìn)行磁粉探傷，防止裂紋、冷隔類缺陷帶入產(chǎn)品。原探傷方法為手工便攜式磁軛探傷，地攤式操作(見圖5)，占用場地大，須人工搬運、換面探傷，工人勞動強(qiáng)度大，效率不高，3人組每班探傷30件，人均每班探傷10件。由于磁粉是一次性噴灌的，成本較高，且探傷時易在工件表面產(chǎn)生劃痕、磕碰傷等，為了解決這一問題，設(shè)計了1臺專用磁粉探傷機(jī)(見圖6)，4個操作工每班能檢測約210件，按300個工作日計算，每年可磁粉探傷60 000只以上，滿足了生產(chǎn)要求。采用專用磁粉探傷機(jī)不僅使得探傷效率大大提高，而且探傷可靠性也進(jìn)一步提升。由于磁懸液是循環(huán)使用的，也降低了成本。

圖5 馬蹄式磁軛探傷

5 結(jié)論

(1)通過采用樹脂砂半自動化生產(chǎn)制動盤的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了制動盤鑄件的規(guī)模化生產(chǎn)，年生產(chǎn)能力達(dá)到60 000只以上，滿足了需求。

(2)通過采用發(fā)熱冒口、1箱2件、三乙胺冷芯工藝，產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高，合格率達(dá)到95%，同時生產(chǎn)效率也大大提高。

圖6 專用磁粉探傷機(jī)探傷

(3)通過采用專用磁粉探傷機(jī)，提高了探傷效率，年探傷60 000只以上，滿足了產(chǎn)能要求。

[1] 黃勇明，胡宇鋒，艾正武，等.200 km/h速度等級電力機(jī)車輪盤制動裝置研制[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2007，30(2)：6-9.

[2] 錢坤才,郭立賓,黃 彪.大功率機(jī)車制動盤和閘片的研究[J].現(xiàn)代鑄鐵，2012(5)：69-73.□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)05-0039-02

2015-12-03

鮑國棟(1962-)，男， 中專學(xué)歷，工程師，從事鑄造技術(shù)及管理工作。

U270.35

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