鮑國棟 封雪平

(中車戚墅堰機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

鮑國棟 封雪平

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

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

制動盤；鑄件；發(fā)熱冒口；冷芯盒

當前，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，機械摩擦制動必須保證列車在規(guī)定的制動距離內停車，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和對車輪踏面的熱影響等問題[1]。中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司(以下簡稱戚墅堰所)生產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業(yè)的快速發(fā)展，制動盤年需求量達到40 000～50 000只，原有的手工小規(guī)模生產方式已不能滿足市場需求，制動盤實現(xiàn)規(guī)?；a勢在必行。同時，針對成品率不高的情況，還應對大批量生產下的鑄造工藝進行優(yōu)化研究，從而提高產品質量。

1 生產模式

初期制動盤為小批量的生產模式，熔化設備為1 000 kg中頻電爐，造型設備僅一臺3 t混砂機，手工造型、制芯，呋喃樹脂砂生產，年產約12 000只。近年來，為實現(xiàn)制動盤鑄件的規(guī)?；a，戚墅堰所建立了產業(yè)化基地，確定了樹脂砂半自動化生產制動盤的生產模式。首先熔化能力大幅提高，引進了2臺應達公司生產的3 t中頻感應電爐，日出鐵能力達60 t以上；設計了半自動化的30 t樹脂砂連續(xù)式混砂機生產外模，2臺10 t混砂機，配備了自動翻箱起模機，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開箱清理，自動破碎機處理回爐料等，25人的生產班組每天正常工作能生產192只，年產能力達60 000多只，生產效率得到很大提高。近年來的制動盤生產量情況如圖1所示。

圖1 制動盤年生產量

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行補縮，3只出氣冒口排氣，具體工藝如圖2所示。初期生產時質量問題較多，整體合格率只有88%～90%，主要問題表現(xiàn)在：(1)動平衡不達標；(2)超聲波探傷超標；(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140～160 km。這就對制動盤的內在質量提出了更高的要求，具體表現(xiàn)在內部組織致密度提高，盤體動平衡要求更高，不允許有砂眼、渣眼、裂紋等缺陷。為了提高產品質量，且適應大批量生產模式，對鑄造工藝進行了優(yōu)化和改進，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濟效益；

(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、氣孔缺陷的產生，提高制動盤質量，同時徹底解決了產品的動平衡質量問題，動平衡廢品率由2%下降到幾乎為零。 采用手工制芯時，15名工人三班制生產才能滿足澆鑄線生產節(jié)拍要求，采用三乙胺冷芯制芯工藝時，直接采購標準泥芯，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，產品質量大大提升，制動盤合格率達到95%，同時提高了生產效率。

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是盤形制動裝置中最關鍵的因素，高速制動時，巨大的制動熱負荷及熱沖擊將引起很高的溫度梯度，由此帶來很高的熱應力，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械性能較好、熱膨脹系數(shù)較小、熱傳導系數(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。原熔化設備為1 000 kg中頻感應電爐，蠕化工藝采用包內沖入法，蠕化包示意圖如圖4所示。澆注工藝為每包澆注3箱(3只)。實行產業(yè)化之后采用的熔化設備為3 000 kg中頻感應電爐，蠕化工藝同樣采用包內沖入法。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16只制動盤。由于一次蠕化的鐵水量大，蠕化反應更平穩(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)相關標準的要求，制動盤加工面必須進行磁粉探傷，防止裂紋、冷隔類缺陷帶入產品。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生劃痕、磕碰傷等，為了解決這一問題，設計了1臺專用磁粉探傷機(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，滿足了生產要求。采用專用磁粉探傷機不僅使得探傷效率大大提高，而且探傷可靠性也進一步提升。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 結論

(1)通過采用樹脂砂半自動化生產制動盤的生產模式，實現(xiàn)了制動盤鑄件的規(guī)?；a，年生產能力達到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，產品質量有較大提高，合格率達到95%，同時生產效率也大大提高。

圖6 專用磁粉探傷機探傷

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

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

[2] 錢坤才,郭立賓,黃 彪.大功率機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， 中專學歷，工程師，從事鑄造技術及管理工作。

U270.35

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