車鉤是連接鐵路機(jī)車與車輛之間的關(guān)鍵部件，它直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全和可靠性。隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸不斷向高速和重載方向發(fā)展，列車的縱向沖擊力急劇增加，車鉤鉤舌接觸面摩擦磨損嚴(yán)重，鉤舌的性能已越來越難以滿足使用的要求，嚴(yán)重影響到鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩�和利益[1-3]。鉤舌是車鉤的關(guān)鍵部件，其內(nèi)在質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路貨車運(yùn)行安全及運(yùn)用部門的經(jīng)濟(jì)效益[4]。我國(guó)先后設(shè)計(jì)制造了13和16號(hào)鉤舌，有必要對(duì)鉤舌生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高其生產(chǎn)效率及質(zhì)量。本文以雙牽引鉤舌為研究對(duì)象，針對(duì)鉤舌結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用Pro-E軟件對(duì)鉤舌進(jìn)行三維建模，在此基礎(chǔ)上對(duì)其他鉤舌傳統(tǒng)鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化，新工藝采用通用外型設(shè)計(jì)，型芯內(nèi)包工藝形成鑄件本體，提高生產(chǎn)效率，保證鑄件精度。

　　1 鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝

　　目前，國(guó)內(nèi)外使用鉤舌種類較多，但其結(jié)構(gòu)具有相似性，鑄件重40~50kg，輪廓尺寸相差不大。某鉤舌產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1，鉤舌表面大多以光滑圓角復(fù)雜結(jié)構(gòu)形成，內(nèi)腔有復(fù)雜的減輕結(jié)構(gòu)，鉤舌關(guān)鍵受力部位在S面部位，且S面的工藝要求為直面，鑄造難度很大。國(guó)內(nèi)鉤舌材質(zhì)為C級(jí)鋼，國(guó)外采用AAR標(biāo)準(zhǔn)的E級(jí)鋼，生產(chǎn)方式采用自動(dòng)化水玻璃自硬砂造型線生產(chǎn)，冶煉采用20噸高功率偏心底堿性電弧爐和25噸LF鋼包精煉爐雙聯(lián)工藝，采用氧化法進(jìn)行冶煉。鉤舌傳統(tǒng)鑄造工藝如圖2所示。工藝為：一型8件，四件為一組，鉤舌中間部位設(shè)計(jì)為分型面，每組中間放置一個(gè)Φ150mm×300mm的保溫冒口，起補(bǔ)縮集渣作用;設(shè)計(jì)一個(gè)直澆口，一條橫澆道，每四件分流一條橫澆道，每件鉤舌再設(shè)置一條內(nèi)澆道;設(shè)計(jì)5個(gè)芯子形成內(nèi)腔和S面結(jié)構(gòu)，S面及上下牽引頸部放置鉻鐵礦砂20～30mm，內(nèi)腔芯子用覆膜砂制芯。

　　2 通用外型工藝設(shè)計(jì)

　　新工藝設(shè)計(jì)為多種鉤舌使用同一外型，以雙牽引鉤舌為基礎(chǔ)，綜合分析多種鉤舌尺寸，設(shè)計(jì)外型工藝，設(shè)計(jì)通用外型。外型的輪廓尺寸要包含所有在制鉤舌的輪廓尺寸，表1為對(duì)現(xiàn)有在制鉤舌輪廓尺寸的統(tǒng)計(jì)。通過表中鉤舌輪廓尺寸的對(duì)比，結(jié)合生產(chǎn)方式、工裝尺寸及總體布局情況，將外型尺寸定為372mm×308mm×410mm。通用外型工藝如圖3所示，外型設(shè)計(jì)為上下盒裝結(jié)構(gòu)，鑄件本體采用型芯內(nèi)包結(jié)構(gòu)形成，形成鉤舌外輪廓的型芯設(shè)計(jì)為No.1和No.4芯。形成不同鉤舌的No.1和No.4芯輪廓尺寸相同，均為372mm×308mm×410mm，內(nèi)部的工作面尺寸因不同鉤舌設(shè)計(jì)即可。生產(chǎn)時(shí)，不同鉤舌型芯下到通用外型中形成對(duì)應(yīng)的鉤舌，鉤舌內(nèi)腔由No.2和No.3芯形成。模型分型面和型芯分型面采用不同平面設(shè)計(jì)，分型面設(shè)計(jì)如圖4所示，鉤舌中心為型芯分型面，而模型分型面比型芯分型面高10mm，目的是當(dāng)No.1和No.4芯對(duì)接時(shí)，用來固定上面的No.4芯，保證型芯的穩(wěn)定性。另外，No.1和No.4芯之間增加砂型退讓孔定位，加強(qiáng)型芯的定位，提高鑄件精度，如圖3b所示。

　　3 三維建模及外型布置

　　根據(jù)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行三維建模，圖5為新工藝模型立體圖，圖6為工藝平面布置圖。為了保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)鑄造工藝進(jìn)行三維建模，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工裝對(duì)外型、澆道、冒口進(jìn)行合理布置。由圖可見，澆道設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)工藝相同，采用一型8件布置，每4件為一組，中間設(shè)置共用冒口定位，每個(gè)外型設(shè)計(jì)兩個(gè)退手槽，方便生產(chǎn)時(shí)下芯，合理運(yùn)用型板空間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源的利用最大化。圖7a、b為No.1和No.4芯盒的三維圖，型芯與外型四周間隙為0.2mm，No.1和No.4芯4個(gè)頂點(diǎn)處縱向?yàn)閳A角設(shè)計(jì)，而且比外型圓角大，減小下芯時(shí)的磨損，也可用作集砂槽。

　　4 生產(chǎn)驗(yàn)證及通用外型的優(yōu)點(diǎn)

　　4.1 提高鉤舌尺寸精度，降低成本

　　圖8為新舊工藝外型和型芯砂型。傳統(tǒng)鉤舌工藝設(shè)計(jì)由外型和型芯形成鉤舌本體，舊工藝中除“S”面外，鉤舌其余外輪廓本體均由外型形成，4個(gè)芯子形成內(nèi)腔，所以各種鉤舌有其對(duì)應(yīng)的外型，存在型種類多、制作費(fèi)用大的問題。另外，不同外型生產(chǎn)鉤舌時(shí)，易受到造型、下芯、合箱等工序?qū)︺^舌尺寸精度的影響。新工藝設(shè)計(jì)為型芯內(nèi)包形成鑄件本體，消除了舊工藝模型生產(chǎn)時(shí)因砂型不穩(wěn)定造成的產(chǎn)品精度問題，只需在制作時(shí)保證No.1芯和No.4芯結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確性，驗(yàn)收合格后即可保證鉤舌尺寸精度，外型對(duì)鉤舌的精度影響很小，可以有效避免傳統(tǒng)工藝鉤舌外輪廓受生產(chǎn)影響造成的精度問題。此工藝在鉤舌產(chǎn)品上進(jìn)行推廣，可提高鉤舌生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

　　4.2 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)快速換型，提高生產(chǎn)效率

　　新工藝生產(chǎn)過程如圖9所示。通用外型的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多種鉤舌快速換產(chǎn)，采用通用外型同時(shí)生產(chǎn)多種鉤舌時(shí)，不同鉤舌不用換型，只需將對(duì)應(yīng)的型芯放到通用砂型即可生產(chǎn)出對(duì)應(yīng)的鉤舌。圖10為新舊工藝生產(chǎn)時(shí)各工序所需時(shí)間對(duì)比。新工藝無需換型，各工序操作統(tǒng)一，外型不用刷涂料，型芯改為線下刷涂料，線上只需很少的涂料補(bǔ)刷;舊工藝設(shè)計(jì)5個(gè)芯子，而新工藝共4個(gè)芯子，芯子總數(shù)比傳統(tǒng)工藝少，下芯操作簡(jiǎn)單，提高了生產(chǎn)效率。而采用舊工藝時(shí)，存在型種類多，鉤舌的多種類，小批量生產(chǎn)特點(diǎn)難以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)線的節(jié)奏，生產(chǎn)不同鉤舌時(shí)需要換型，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)浪費(fèi)大量換型時(shí)間，線上造型后砂型需要刷涂料，下芯復(fù)雜，芯子定位效果差，浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間。表2為采用新舊工藝生產(chǎn)不同鉤舌時(shí)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率統(tǒng)計(jì)。表中以一天同時(shí)生產(chǎn)4種鉤舌進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每天生產(chǎn)8小時(shí)，可以看出不用換型時(shí)生產(chǎn)效率得到很大提高。

　　4.3 生產(chǎn)準(zhǔn)確定位

　　從圖4和圖6可看出，通用外型設(shè)計(jì)了2種定位方式。(1)分型面定位：從圖4可以看出，型分型面比型芯分型面高10mm，用來固定No.1芯和No.4芯。(2)芯子定位：型芯定位方式如圖11所示，圖11a中No.1芯和No.4芯之間制作砂型退讓孔，合芯時(shí)直接固定型芯位置。另外，內(nèi)腔芯也可直接通過No.1芯和No.4芯子上的定位孔固定，將內(nèi)腔芯下芯頭插入No.1芯定位中，如圖11b所示。當(dāng)No.1和No.4芯合芯時(shí)，將No.4芯上的定位孔固定在內(nèi)腔芯上心頭，如圖11c所示。雙重定位可以防止合箱不穩(wěn)帶來的芯偏問題，可以有效保證鑄件尺寸精度。而舊工藝所有芯子只靠上下砂型合箱后定位，容易造成合箱不穩(wěn)帶來的芯偏問題。

　　5 結(jié)論

　　(1)鉤舌新工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多種鉤舌外型通用，適合多種類型、大批量鉤舌的生產(chǎn)，不同鉤舌的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)零換型，統(tǒng)一了生產(chǎn)過程，可減少線上生產(chǎn)工序時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。(2)新工藝采用型芯內(nèi)包形成鑄件本體，采用分型面定位和型芯自身定位方法，消除了舊工藝模型生產(chǎn)時(shí)因砂型不穩(wěn)定造成的產(chǎn)品精度問題，提高了鉤舌精度。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　《鉤舌通用高精度外型工藝設(shè)計(jì)研究》來源：《鑄造》，作者：韓寶 李衛(wèi)國(guó) 杜志強(qiáng) 李志杰 于海洋 張曉敏