转K2型摇枕浇口端粘砂问题的解决实践

黄贤毅（太原铁路局设备监造处，山西太原　030013）



转K2型摇枕浇口端粘砂问题的解决实践

黄贤毅
（太原铁路局设备监造处，山西太原030013）

摘要：根据对转K2型摇枕浇口端粘砂原因的分析，对摇枕铸造工艺进行了一系列改进，较好地解决了浇口端的粘砂问题。

关键词：摇枕；粘砂；工艺改进

摇枕、侧架作为铁路货车走行部的关键部件，其质量对货车的运行安全及品质起着至关重要的作用。努力减少铸造缺陷的发生，把好源头质量关，为铁路运输安全提供源头质量保证是我们应尽的职责。

粘砂是在铸件外表面或内腔形成难以清除的钢砂混合物，是铸件的常见缺陷之一，通常存在于铸件的浇口端及热节附近，不仅使铸件表面粗糙难看，给机加工带来困难，而且易诱发铸件产生其他铸造缺陷。如粘砂造成的铸件表面粗糙，显著增加了铸件收缩阻力，使铸件裂纹倾向加大。同时，粘砂区域又有碍于缺陷观察，严重的粘砂将影响产品的几何尺寸，会给组装带来负面影响。因此，解决铸件粘砂问题，对提高产品质量，保证产品的安全性能，是控制源头质量的重要步骤。本文针对摇枕、侧架常见的铸造缺陷之一粘砂，在转K2摇枕上进行了解决。

1　转K2摇枕粘砂情况简介

图1　改进前的摇枕浇口端

太原机车车辆厂铸钢车间生产的转K2型摇枕，采用的是一端浇注工艺，由于单端浇注时间较长（有时达45 s）加上型砂的紧实度、浇注温度、钢水的纯净度等因素的影响，摇枕的浇口端经常产生粘砂缺陷（如图1所示），不仅清理困难，冲进铸件内部的细小夹砂将减小铸件受力截面积，并产生应力集中，严重时只能做报废处理。

2　粘砂成因分析

从现有的铸件粘砂情况看，粘砂位置全部集中在浇口周围，上箱旁承盒以外，下箱的弹簧承台面（如图1所示），内腔立筋。粘砂层厚度为2mm～8mm的铁砂混合体，属于机械粘砂、化学粘砂及高温粘砂的综合体。摇枕属于长大箱体铸件，长×宽×高约2 400 mm×350 mm×400 mm，为获得清晰的铸件轮廓和较高的密实度，单端浇注工艺往往设计的静压头较高，加之内浇口形状、面积设计不合理等因素造成浇口附近的型砂长时间被高温钢水冲刷。在浇注过程中金属液表层薄膜迅速发生氧化，FeO的熔化温度为1 370℃～1 380℃，而氧化物的薄膜增加金属液对铸型的浸润性，氧化的钢水流动性特别好，过热的钢水对底部反复冲刷，使铸型表面的耐热层被破坏，砂粒的烧结致使孔隙尺寸增大，流动性好的钢水在较大的静压头的作用下渗透进砂粒间隙中，间隙中的钢水（FeO）在流动钢水的带动下，向前继续流动，型砂间隙继续被高温氧化后的钢水充填，故形成一定厚度的化学粘砂（硅酸铁2FeO.SiO2，熔点1 205℃）.填充的钢水又由于型砂温度很高，不会产生激冷或冷凝作用，粘砂层进一步加剧，于是形成粘砂缺陷。

3　防止粘砂措施

从粘砂的形成机理上不难看出，造成粘砂的因素是多方面的，通过厂验双方共同研究，决定对转K2摇枕工艺进行改进。

3.1改进前工艺

改进前工艺设计是：直浇道采用φ60铸管砖，采用阶梯式上下两层内浇口（如图2所示），从一端进行浇注，另一端为出气冒口端。

图2　改进前的内浇道

其它工艺参数如下：

1）浇注时间：工艺上为20s/箱～45s/箱，为保证其内部的密实度，实际浇注时间为29 s/箱～32s/箱，按浇注后期从收流到补浇，一般都在45 s/箱以上，即浇口处钢水的过热时间大于45 s；

2）浇注温度：工艺规定为1 540℃～1 580℃，浇口端距冒口端的距离为2 460 mm.为了使充型顺畅，不至于使冒口端产生浇不足的缺陷，则必须保证足够的浇注温度和静压头；

3）现场所使用的型砂为CO2水玻璃石英砂，水玻璃加入量5%～8%，原砂粒度为40目～70目，铬铁矿的粒度为70目～100目；

4）现场所使用芯砂为有机脂水玻璃砂，水玻璃为改性水玻璃，加入量3%～3.5%，固化剂为10%～14%，24 h后再使用。

3.2改进后的工艺

为了解决浇口端粘砂这一缺陷，对工艺进行了一系列改进：

1）在浇口端上、下箱多扎暗气眼，增加铸型的排气能力，在浇注过程中，有利于型砂水分的蒸发，减少氧化气氛的形成，来减少粘砂缺陷；

2）加大内浇口截面积，由原来的40 cm2，增加到81 cm2（如图3所示），减小了钢水对砂型及砂芯的冲刷；

3）在浇口附近涂刷耐火度高的锆英粉涂料，在钢水的冲刷下表面耐火层不至于被迅速破坏；

4）浇口周围及易粘砂处使用耐火度高的成型铬铁矿砂，并在铬铁矿砂中加入1%～1.5%的碳粉，在表面耐火度被破坏的情况下，碳粉的碳化作用，能使表面局部产生一定的还原气氛，阻碍钢水被氧化，也就阻碍了粘砂缺陷的形成。又因铬铁矿砂密度大，在震实过程中，砂粒间的孔隙自然很小，也减少了氧化渗透作用；

5）降低浇注温度，开浇温度改为1 540℃～1 570℃.浇注温度过高钢水流动性提高，且金属液易被氧化，均会增大粘砂倾向，另外，过高的浇注温度能迅速毁坏砂芯或砂型的表面层，使氧化金属液渗入砂型、砂芯，造成粘砂。

4　应用效果

通过上述工艺改进，并严格控制浇注温度，要求实际开浇温度控制在 1 550℃～1 560℃之间，对铸型紧实度进行跟踪检测，湿态硬度控制在30 kPa～45 kPa之间，浇口端粘砂缺陷基本消失（如图4所示）。

粘砂缺陷的解决，不仅提高了铸件的产品质量，还大大减轻清理工人的劳动强度，并降低了生产成本。经过一年的生产实践，证明工艺改进措施有效，效果明显。

参考文献：

［1］ 铸造手册·铸钢［M］.中国机械工程协会铸造分会编制.北京：机械工业出版社，2002.

图4　改进后的摇枕浇口

中图分类号：TG245

文献标识码：A

文章编号：1674-6694（2016）01-0045-02

doi：10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.01.014

收稿日期：2015-10-15

作者简介：黄贤毅（1965-），男，浙江宁波人，助理工程师，主要从事铸件产品质量检验及铁路铸件产品监理工作。

Solution of Burnt-on Sand on the Gate End of K2 Shaking Bolster

HUANG Xian-yi
（Taiyuan Railway Administration Equipment Supervision office，Taiyuan Shanxi 030013，China）

Abstract:Through analyzing the reasons of the pouring of the gate end of the K2 shaking bolster,a series of improvements were made to solve the burnt-on sand at the gate end.

Key words：bolster,burnt-on sand,process improvement