铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱铸造工艺 【技术领域】
本发明涉及铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱的所有铸造过程和冶炼过程，具体地说是一种铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱的铸造方法，它适用于铁路客车转向架齿轮箱的制造过程。
背景技术
铁路客车转向架齿轮箱是客车外挂关键部件，是驱动轴和伞齿轮的载体，承受动载荷作用，容易产生疲劳。齿轮箱工作环境恶劣，尤其列车在北方冬季运行，需要承受低温的考验。为了保证铁路运营安全，必需开发抗疲劳，耐低温的齿轮箱铸件。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱铸造工艺，解决薄壁复杂结构球墨铸铁件的铸造以及齿轮箱的耐低温等问题。
本发明的技术方案是：
一种铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱铸造工艺，具体如下：
(1)采用树脂砂造型和打芯，有利于复杂结构件的成形。树脂砂型强度大，砂型尺寸精度高，可以使铸件壁厚均匀；树脂砂溃散性好，铸件容易清砂，有利于复杂结构型腔中芯砂的清理；树脂砂高温强度高，耐火度高，有利于铸件毛坯质量提高。
(2)采用球墨铸铁专用的锆英粉涂料，有利于铸件表面质量提高，减小了表面加工余量。锆英粉涂料中含有一定量碳粉(5-10wt％)，起到保护砂型表面作用。锆英粉涂料，提高了砂芯抗冲刷能力，减少了砂芯掉砂，提高了铸件表面光洁度。涂料为醇基涂料，使用时搅拌均匀，刷第一遍时，点火使其自燃，燃烧之后，清理砂型表面；再刷第二遍，总共刷2遍，厚度不超过0.7mm(一般为0.6-0.7mm)。
(3)采用缩颈冒口，缩颈冒口有利于球墨铸铁补缩。球墨铸铁在凝固过程中，有石墨析出，发生石墨化膨胀。球墨铸铁的冒口主要在金属处于液态时起补缩作用，当铸件金属开始凝固时，由于发生石墨化膨胀，金属体积增大，如果冒口颈没有凝固，金属液会被压回到冒口中。如果将冒口颈尺寸减小，在铸件金属凝固时，冒口颈也已经凝固，金属液不能倒流回冒口，冒口的补缩效果会明显增加。该铸件冒口颈尺寸为Φ25～40mm。
(4)采用球形拔塞式浇口杯，金属液在充型过程中不产生飞溅现象，浇口杯容积与铸件金属液体积相等，使金属液在浇口杯中短时间静止，保证了夹杂上浮，孕育充分，球化均匀；采用底漏式浇注，充型平稳，防止气体和夹杂卷入，减少了夹杂、气孔等缺陷。在浇注时，先将浇口杯浇满，浇口杯浇满后，拔起球形塞头，金属液充入型腔。
(5)采用合适的浇注速度和打箱时间，有利于铸件内部质量提高。限制浇注时间，就是限定了浇注速度。浇注薄壁件需要低温快浇，本发明中，要求地速度比常规的更快。为了避免产生冷隔，要求浇注时间不能超过25秒。打箱时间为12～14h，打箱温度为200-300℃，采用低温打箱工艺，主要保证铸件铸态组织为铁素体基体，并且有较小的残余应力。目的在于使铸件在不进行热处理的条件下，满足QT400-18AL的力学性能要求，并且变形较小，保证加工过程中的尺寸精度。
本发明的有益效果如下：
1.由于本发明避免了铁水飞溅现象的发生，夹杂上浮充分，金属液充型平稳，无气体和氧化夹杂卷入金属液中，不易造成裂纹和疏松等缺陷。
2.本发明的关键在于解决了薄壁复杂结构球墨铸铁件的铸造问题，保证了铸件的外表质量和内在质量，为以后的批量生产，提供了技术指导。
3.本发明为铁路客车转向架齿轮箱的批量生产提供支持，有利于高质量齿轮箱的生产。
4.本发明可以控制铸件表面粗糙度，保证铸件壁厚均匀；铸件内部没有缩孔、疏松、裂纹缺陷，保证铸件组织均匀致密，铸件渗油试验6小时不泄漏。
【具体实施方式】
实施例1
试生产铁路客车转向架球墨铸铁齿轮箱铸件，材质QT400-18AL，重量153kg，充型时间15s，浇注温度1420-1430℃。
本实施例铁路客车转向架齿轮箱铸造工艺方案如下：
1)采用球形拔塞式浇口杯，金属液在充型过程中不产生飞溅现象，浇口杯容积与铸件金属液体积相等。采用底漏式浇注，充型平稳，防止气体和夹杂卷入，减少了夹杂、气孔等缺陷。在浇注时，先将浇口杯浇满，浇口杯浇满后，拔起球形塞头，金属液充入型腔。
2)采用呋喃树脂砂造型和打芯，表面刷球铁专用锆英粉醇基涂料，使用时搅拌均匀，刷第一遍时，点火使其自燃，燃烧之后，清理砂型表面；再刷第二遍，总共刷2遍，涂料层厚度0.6-0.7mm。造型开始后，先混呋喃树脂砂，树脂加入量占1.5wt％，配套的固化剂加入量占0.4wt％，将混好的型砂放入芯盒，打芯，同时造外型上下砂箱。打芯起型时，尽量减少晃动，保证砂芯尺寸精度。
本实施例的锆英粉醇基涂料所采用的是福士科铸造材料(中国)有限公司生产的规格型号ISOMOL230的锆英粉醇基涂料，其中含有碳粉占6.9wt％。
3)冒口选用缩颈冒口，该铸件冒口颈尺寸为Φ25～40mm。浇注时，表面撒保温发热覆盖剂70-100mm。
4)采用低温打箱工艺，打箱时间为12～14h，在200-300℃时打箱，清理、吹砂，自然冷却。
由于本发明工艺方案确定的比较合理，所采取的各项措施都起到了相应的作用，其工作过程及结果如下：
1)采用拔塞式浇口杯，有效地阻止了氧化夹杂的侵入，使铸件内没有任何气孔，夹杂缺陷。
2)采用树脂砂造型，刷锆英粉涂料，提高了表面质量，保证了铸件壁厚均匀。
3)采用缩颈冒口，充分利用了球墨铸铁凝固石墨化膨胀的特点，增加了冒口的补缩效果，保证了铸件组织致密。
4)采用低温打箱工艺，保证铸件应力小，变形小，减少铸件白口倾向。
本实施例浇入铸铁液态金属重量为230kg，铸件重量为155kg，充型时间为15s，观察浇注过程，发现金属液洁净、上升平稳。浇注后13h之后打箱，铸件表面质量良好。
比较例
客车转向架球铁铸件国外企业已经生产过，外观质量良好，尺寸精确，但经探伤检测，发现铸件内部质量并不致密，有明显的疏松。经力学性能测试，发现铸件低温冲击只有7J，没有达到标准要求。组织检测发现，其铸件组织中珠光体含量偏高，不符合QT400-18AL的组织要求。