客车制动盘铸件的规模化生产

2016-02-16鲍国栋封雪平

轨道交通装备与技术 2016年5期

关键词：三乙胺冒口铸铁

鲍国栋封雪平

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州 213011)

客车制动盘铸件的规模化生产

鲍国栋封雪平

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州 213011)

通过产业化基地半自动化生产线的建设，实现了制动盘盘体铸件的规模化生产；采用发热冒口、1箱2件、三乙胺冷芯工艺，提高了产品质量和生产效率；采用专用磁粉探伤机探伤，探伤效率明显提高，满足了产能要求。

制动盘；铸件；发热冒口；冷芯盒

当前，国际铁路发展有两大趋势：高速、重载。尽管列车的电气制动发挥越来越大的作用，但国际铁路联盟UIC仍规定在动力制动失效的情况下，机械摩擦制动必须保证列车在规定的制动距离内停车，以确保列车的安全行驶。盘形制动的采用可解决踏面制动单元制动功率超标和对车轮踏面的热影响等问题[1]。中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司(以下简称戚墅堰所)生产的蠕墨铸铁制动盘从1995年装车上线，近年来随着铁路提速及铁路产业的快速发展，制动盘年需求量达到40 000～50 000只，原有的手工小规模生产方式已不能满足市场需求，制动盘实现规模化生产势在必行。同时，针对成品率不高的情况，还应对大批量生产下的铸造工艺进行优化研究，从而提高产品质量。

1 生产模式

初期制动盘为小批量的生产模式，熔化设备为1 000 kg中频电炉，造型设备仅一台3 t混砂机，手工造型、制芯，呋喃树脂砂生产，年产约12 000只。近年来，为实现制动盘铸件的规模化生产，戚墅堰所建立了产业化基地，确定了树脂砂半自动化生产制动盘的生产模式。首先熔化能力大幅提高，引进了2台应达公司生产的3 t中频感应电炉，日出铁能力达60 t以上；设计了半自动化的30 t树脂砂连续式混砂机生产外模，2台10 t混砂机，配备了自动翻箱起模机，实现在流水线上施涂、下芯、合箱、浇注；同时配备了振动落砂机开箱清理，自动破碎机处理回炉料等，25人的生产班组每天正常工作能生产192只，年产能力达60 000多只，生产效率得到很大提高。近年来的制动盘生产量情况如图1所示。

图1 制动盘年生产量

2 铸造工艺

制动盘研发初期，由于市场需求不大，采用1箱1件的造型工艺，采用1只压边冒口对铸件进行补缩，3只出气冒口排气，具体工艺如图2所示。初期生产时质量问题较多，整体合格率只有88%～90%，主要问题表现在：(1)动平衡不达标；(2)超声波探伤超标；(3)有砂眼；(4)硬度偏低等。

图2 1箱1件工艺示意图

随着中国铁路列车的不断提速，客车时速已达140～160 km。这就对制动盘的内在质量提出了更高的要求，具体表现在内部组织致密度提高，盘体动平衡要求更高，不允许有砂眼、渣眼、裂纹等缺陷。为了提高产品质量，且适应大批量生产模式，对铸造工艺进行了优化和改进，具体如下：

(1)将原工艺的压边冒口，改为发热冒口，起到充分补缩盘体上平面的作用，确保了盘体的组织致密，盘体超声波探伤不合格率由4%下降到几乎为零；由于发热冒口较小，工艺出品率提高了约5%，降低了生产成本；

(2)由1箱1件改为1箱2件，降低了砂铁比，在提高造型效率的同时提高了经济效益；

(3)采用三乙胺冷芯盒制芯工艺，三乙胺冷芯比树脂砂芯具有强度高、发气量小、表面粗糙度小等优点。三乙胺冷芯能够减少砂眼、气孔缺陷的产生，提高制动盘质量，同时彻底解决了产品的动平衡质量问题，动平衡废品率由2%下降到几乎为零。采用手工制芯时，15名工人三班制生产才能满足浇铸线生产节拍要求，采用三乙胺冷芯制芯工艺时，直接采购标准泥芯，节省了人工，提高了效率。

优化后的浇注系统如图3所示，通过上述优化改进，产品质量大大提升，制动盘合格率达到95%，同时提高了生产效率。

图3 1箱2件工艺示意图

3 熔化工艺

制动盘盘体采用的材质是盘形制动装置中最关键的因素，高速制动时，巨大的制动热负荷及热冲击将引起很高的温度梯度，由此带来很高的热应力，盘体的这种受力状态决定了其失效的方式为热疲劳[2]。由于蠕墨铸铁蠕虫状石墨是互相连接的，蠕墨铸铁的塑性和韧性比球墨铸铁低、比灰铸铁高，强度接近球墨铸铁，同时蠕墨铸铁还具有优良的抗热疲劳性能。因此选择了在常温及高温下机械性能较好、热膨胀系数较小、热传导系数较高并且铸造工艺性能好, 易于工艺优化及批量生产的蠕墨铸铁。

图4 蠕化包示意图

为了获得良好的组织，蠕墨铸铁熔炼控制尤为重要。原熔化设备为1 000 kg中频感应电炉，蠕化工艺采用包内冲入法，蠕化包示意图如图4所示。浇注工艺为每包浇注3箱(3只)。实行产业化之后采用的熔化设备为3 000 kg中频感应电炉，蠕化工艺同样采用包内冲入法。每炉分2包出铁蠕化，每包铁水浇注4箱(8只)，每炉铁水能生产16只制动盘。由于一次蠕化的铁水量大，蠕化反应更平稳、充分，蠕化效果大大提高，彻底消除了原来蠕化不稳定的现象。

4 磁粉探伤

根据相关标准的要求，制动盘加工面必须进行磁粉探伤，防止裂纹、冷隔类缺陷带入产品。原探伤方法为手工便携式磁轭探伤，地摊式操作(见图5)，占用场地大，须人工搬运、换面探伤，工人劳动强度大，效率不高，3人组每班探伤30件，人均每班探伤10件。由于磁粉是一次性喷灌的，成本较高，且探伤时易在工件表面产生划痕、磕碰伤等，为了解决这一问题，设计了1台专用磁粉探伤机(见图6)，4个操作工每班能检测约210件，按300个工作日计算，每年可磁粉探伤60 000只以上，满足了生产要求。采用专用磁粉探伤机不仅使得探伤效率大大提高，而且探伤可靠性也进一步提升。由于磁悬液是循环使用的，也降低了成本。