铁路客车和高速动车组列车用轴装制动盘的生产方法

摘要

本发明涉及铁路客车和高速动车组列车用轴装制动盘的生产方法，在轴装制动盘铸造过程中，将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在轴装制动盘的摩擦面的外侧加工余量顶处，可以避免错型错芯对轴装制动盘中间的散热筋造成影响。同时将摩擦面外侧的加工余量顶都设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，冷却成型后通过机加工将轴装制动盘的摩擦面的加工余量顶加工成平面，对铸件结构形状没有任何影响；采用一型两件的铸造模具，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及铁路客车和高速动车组列车用轴装制动盘的生产方法，特别是一种城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车用轴装制动盘制造过程中防止产品质量分布不均的方法及应用该方法的轴装制动盘。

背景技术

目前，城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车的基础制动均采用盘形制动装置，盘形制动装置的作用是在车辆实施制动时，使闸片垂直压紧轴装制动盘的两个摩擦面产生摩擦力，由此产生制动力矩，将车辆运动时的动能和势能转化为热能，从而达到使车辆减速或停车的目的。因此制动盘是将列车动能和势能通过摩擦转化成热能的关键部件。

目前使用的轴装制动盘的结构是由上下两个薄片圆环中间联接上多个圆柱形散热筋组成,薄片圆环的外侧面作为摩擦面，因此在铸造过程中现有的做法是使用上箱、下箱将铸件从中间分型由上下两个半型腔合起来形成整体，且上箱、下箱的分型面处在制动盘的中间，虽然这样工艺较为简单，但是在实际操作过程中轻微的错型错芯经常发生，一旦产生错型错芯，虽然外轮廓尺寸可以通过机加工来满足图纸尺寸要求，但中间的散热筋根本无法处理，致使产品质量分布不均，检验时无法通过动平衡检测而成为废品。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种易于实现、避免铸造时的错型错芯影响轴装制动盘质量的生产方法，以及使用该方法制造的轴装制动盘。

本发明的技术方案为：一种轴装制动盘的生产方法，所述轴装制动盘铸造过程中，将所述轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留所述轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在所述轴装制动盘的摩擦面的外侧的所述加工余量顶处，可以避免错型错芯对所述轴装制动盘中间的散热筋和摩擦面造成影响；同时将摩擦面外侧的加工余量顶都设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，冷却完成后，将所述加工余量顶加工成平面。

另一种轴装制动盘的生产方法，包括具体如下步骤：

A、通过计算机模拟软件对所述轴装制动盘的铸造工艺和铸造模具进行模拟分析，将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶处；将所述轴装制动盘摩擦面外侧的加工余量顶都设计成锥形并确定其厚度。

B、制定所述制动盘的铸造工艺。

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，所述摩擦面外侧的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果。

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂。

E、对铸件进行粗加工和热处理，去除摩擦面的加工余量顶。

F、对铸件进行调质处理和精加工。

进一步，在步骤C中，所述铸造模具设计为一型两件，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率的同时，也满足了铸件顺序凝固的工艺需要，符合铸件顺序凝固的温度梯度要求，以获得更好的产品内在质量。

进一步，所述加工余量顶的厚度不超过10mm，保证加工效果的同时，减少材料的浪费。

在进行模拟分析前，首先对铸件需要达到的技术要求做分析，根据技术要求模拟制动盘的铸造工艺和铸造模具。本发明选用的模拟软件包括适用于材料加工工程及制造领域中的任何模拟软件，如Magma、ProCast、NovaCast、AnyCast、Flow3D、华铸CAE、Ansys、Abaqus、Marc等。

打开模拟软件，建立实体模型，在模型上划分网格，设定参数，进行模拟分析；根据模拟结果调试参数，然后使用新的参数再次进行模拟分析；经过不断的调试参数，得到能够达到铸件技术要求的铸造工艺和铸造模具。

本发明通过计算在满足铸件正常的顺序凝固不受影响，将铸件的整体设置在下箱内，而不是对称设置在上箱、下箱内，所述上箱内仅保留摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，即使生产时产生轻微错型错芯，仅会影响摩擦面的加工余量顶，避免影响所述轴装制动盘中间的散热筋和摩擦面，进而使机加工后的产品形成均匀的摩擦环厚度，完全通过动平衡测试。

一种轴装制动盘，该轴装制动盘采用上述方法制得。所制备的轴装制动盘在浇注时，将所述轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留所述轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱、下箱的分型面设置在所述轴装制动盘的摩擦面的外侧的所述加工余量顶处；同时将摩擦面外侧的加工余量顶设计成锥面，在铸造过程中即使出现错型错芯，也不会影响所述轴装制动盘的摩擦面和散热筋，摩擦面使用锥形加工余量顶，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，最大限度保证制动盘盘环动平衡检测的通过率。

发明的技术效果：（1）本发明的轴装制动盘生产方法，相对于现有技术，在制造过程中，将轴装制动盘整体设置在下箱内，上箱只保留轴装制动盘的摩擦面的加工余量顶和冒口，避免因错型错芯对轴装制动盘的摩擦面和散热筋造成影响；（2）将轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩；（3）冷却成型后通过机加工将轴装制动盘的摩擦面的加工余量顶加工成平面，对铸件结构形状没有任何影响，只需在加工过程中增加少量的加工时间，最大限度保证了产品动平衡检测通过率；（4）采用一型两件的铸造模具，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率的同时，也满足了铸件顺序凝固的工艺需要，符合铸件顺序凝固的温度梯度要求，以获得更好的产品内在质量。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是现有轴装制动盘的产品结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明一种轴装制动盘的生产方法的工艺流程图；

图4是本发明轴装制动盘的毛坯结构示意图；

图5是本发明的生产方法合箱的示意图；

图6是图5中A的局部放大图。

图中：摩擦面1，散热筋2，加工余量顶3，上箱4，下箱5。

具体实施方式

实施例1

以时速250km/h的高速列车铸钢轴装制动盘（外径为610mm，内径为240mm）为例，其铸造方法的工艺流程如图3所示，其按照先后顺序包括以下步骤：

A、通过计算机模拟软件对轴装制动盘的铸造工艺和铸造模具进行模拟分析，将轴装制动盘整体设置在下箱5内，上箱4内只保留轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶和冒口，将上箱4、下箱5的分型面设置在轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶处；将上箱4内轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶3设计成锥形，加工余量顶的锥面厚度为7mm（其他实施例可以是5mm、6mm、8mm、9mm、10mm等）；将下箱5内轴装制动盘的另一个摩擦面外侧的加工余量顶设计成锥形，加工余量顶的锥面厚度为5mm（其他实施例可以是6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等）；将上箱4、下箱5的分型面设置在轴装制动盘的摩擦面外侧的加工余量顶处。

B、制定所述轴装制动盘的铸造工艺。

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，摩擦面外侧的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果；其中，上箱4内加工余量顶的锥面厚度为7mm，下箱5内加工余量顶的锥面厚度为5mm。

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂。

E、对铸件进行粗加工和热处理，去除摩擦面外侧的加工余量顶。

F、对铸件进行调质处理和精加工。

选用ProCast模拟软件对铸造工艺和铸造模具进行模拟分析。根据最佳模拟结果，制定实际的铸造工艺流程和实际的铸造模具。在轴装制动盘的铸造过程中，金属液进入型腔的方式、位置、流速等各个参数均要符合模拟结果；铸造模具中浇铸系统和补缩系统的位置、形状、尺寸、冒口数量及形状等各个参数也均要符合模拟结果。铸造模具设计成一型两件的铸造模具，用一个浇注系统一次浇注两个铸件，提高生产效率。

上箱4内加工余量顶的锥面厚度为7mm（其余实施例可以是5mm、6mm、8mm、9mm、10mm等），下箱5内的加工余量顶的锥面厚度为5mm（其他实施例可以是6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等）；上箱4、下箱5的分型面处在摩擦面1的外侧；完成制作型芯，合箱，熔炼浇铸工序后，冷却定型，打箱落砂后对制动盘进行机加工，去除摩擦面外侧的加工余量顶3，再对轴装制动盘进行后续精加工及检测。上箱4面需要放置补缩冒口方便渣气上浮至冒口内，能更好的保证铸件的内在质量，因此上箱4内的加工余量顶的厚度大于下箱5内的厚度。

对制得的制动盘进行无损检测，同时满足超声探伤II级和磁粉探伤I级的检验要求，检测合格的轴装制动盘配对进行轮对动平衡检验，检验合格率100%，使用该工艺前后尺寸检验合格率、动平衡检测合格率数据的对比见表1。

表1试验组与对比组检验合格率数据

项目 例数 尺寸一次检验合格量 加工后尺寸合格量 动平衡检测合格量 试验组 10066 94 94 对比组 100 26 76 46

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。