[摘 要]U型副构架鞍在生产中存在诸多质量问题，通过改变浇注系统、采用冷铁、设置合理的铸件反变形量等工艺措施后，解决了缩孔、裂纹、变形等问题。生产验证表明，这些改进提高了副构架整体质量，同时也带来了经济效益。

[关键词]副构架鞍 工艺 缩孔 裂纹 变形

中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0021-02

U型副构架是准轨铁路货车径向转向架的重要部件，U型副构架鞍在列车运行时受垂向、横向和牵引方向等三个方向的动、静载荷，鞍是U型副构架的重要零件之一。在生产中副构架鞍出现裂纹、缩孔及变形等质量问题，废品率高达10%以上。因此，对副构架鞍产品结构及质量问题逐一分析后进行了较大的工艺改进，经过生产验证表明工艺改进后的产品质量有了很大的提高。

1.鞍的结构工艺性分析

副构架鞍为板形与箱形的复合结构，鞍部导框及内、外侧挡板之间分别为“U”形非对称结构，见图1。铸件主要壁厚12～18mm，局部最大壁厚27mm，毛坯重约90Kg，材质为B+级钢（ZG25MnCrNi），B+级钢具有抗疲劳性能及低温冲击韧性，属于低合金钢，铸造裂纹倾向相比以前的C级、B级钢有明显降低，副构架鞍内侧橡胶堆、外侧橡胶堆及鞍顶部壁厚较大位置，可设置冒口加强补缩，保证此位置的密实度达到要求。鞍部导框“U”形结构及内外侧挡板之间“U”形结构等易变形位置，可设置拉筋、工艺反变形量等保证“U”形结构的尺寸。鞍臂组焊端口、内外侧橡胶堆及鞍顶等处关键位置壁厚，可通过合理的芯子设计及设置工艺补正量来保证。其它易出现裂纹部位，通过增大过渡圆角、设置三角筋及放置随形冷铁等工艺措施解决。

2.原工艺简介及质量问题分析

2.1 原工艺简介

副构架鞍试制工艺：铸造缩尺1.8%，一型两件，外侧挡板为上箱，内侧挡板为下箱，内浇道开设于外侧橡胶堆底板中部；分别在鞍顶、内侧橡胶堆与导框过渡壁厚厚大部位设置冒口，浇注温度1540～1580℃，浇注速度15～18s。原工艺简图见图2。

2.2 质量问题分析

2.2.1鞍顶部缩孔

鞍部解剖后距表面5～10mm深度范围内存在直径约Φ5mm的缩孔，产生缩孔的原因是外侧挡板侧为铸型上箱时，受结构限制鞍顶部设置的冒口补缩通道狭小，导致铸件在凝固过程中因补缩不良在最后凝固区域形成缩孔，见图3所示。

2.2.2单层挡板与鞍部拐角、外侧橡胶堆退刀槽裂纹

经磁粉探伤，单层挡板与鞍部“L”形拐角区域出现长度约为25～35mm的横向裂纹，裂纹率约65%，如图5所示。外侧橡胶堆退刀槽和挡板“L”形拐角区域出现长度约为30～40mm的纵向裂纹，裂纹率高达90%，如图5示。上述发现裂纹的拐角位置均属于产品结构应力集中区，同时在铸造中该拐角位置为铸造热节，属于最后冷却凝固的位置，强度较低，在最后凝固收缩阶段该位置产生较大应力集中，最终产生裂纹。

2.2.3 鞍部导框变形

鞍部导框经尺寸检测后，导框宽度偏大4～6mm， 如图5所示，主要变形原因为在凝固冷却过程中导框两侧收缩受阻引起。

3.鞍工艺改进

根据上述对原工艺缩孔、裂纹、变形的原因分析，对原工艺进行了改进，改进后的工艺为：将原上型改为下型，内浇口由中注式改为底注+雨淋式上、下双层浇注系统且浇注位置远离热节，由外侧挡板圆弧部位引入下浇道，由鞍臂组焊端口引入上浇道，重新设计鞍部冒口及补贴，分别在内外侧橡胶堆位置设置冒口，鞍部及橡胶堆退刀槽等处设置外冷铁，鞍部导框设反变形量，其余缩尺、浇注温度、浇注速度等工艺参数不变，工艺简图见图6，详细内容如下：

3.1 针对鞍顶部缩孔的工艺改进

以铸件内侧挡板为上箱、外侧挡板为下箱， 使原工艺中出现的缩孔拐角位置与临近区域趋于同时凝固，在内侧挡板拐角位置设置冒口将缩孔引入冒口，并增设冒口补贴造成向冒口方向的定向凝固，保证鞍部环形壁在凝固过程中得到有效的补缩，使鞍部环形壁密实度达到技术要求，见图6。

3.2 针对裂纹所采却的工艺措施

在单层挡板与鞍部过渡圆弧处设置外冷铁或放置铬铁矿砂，激冷热节位置，使热节位置与临近位置趋于同时凝固，降低该位置应力，减少裂纹的产生，如图6。

采用底注+雨淋式上、下双层浇注系统，下层内浇口远离两橡胶堆台裂纹多发部位，从鞍部外侧挡板圆弧部位引入，使钢水平稳进入型腔，为避免内侧挡板上箱位置的薄板浇不足，从鞍臂组焊端口处引入上层内浇口，对上箱薄板壁进行补浇。在橡胶堆退刀槽拐角处放置外冷铁激冷该热节，使热节位置与临近位置趋于同时凝固，以降低该热节部位的应力，减少裂纹的产生，如图6。

3.3 鞍部导框变形处取反变形量

根据对鞍部导框宽度尺寸数据统计，在鞍部导框左侧面设置2mm工艺反变形量，右侧面设置1mm工艺反变形量，以补正导框宽度的变形，得到鞍部导框宽度尺寸合格的铸件。

3.4 其它工艺措施

副构架鞍内侧橡胶堆、外侧橡胶堆壁厚较大位置，设置冒口加强补缩，保证此位置的密实度达到要求，如图6。

3.5 生产验证

经小批量生产验证，上述工艺改进措施解决了鞍顶部缩孔，消除了鞍部导框变形，单层挡板与鞍部拐角区域裂纹及外侧橡胶堆退刀槽裂纹也得到解决。

4.结论

副构架鞍的工艺改进，有效的解决了副构架鞍顶部缩孔、鞍部导框变形、单层挡板与鞍部拐角区域及外侧橡胶堆退刀槽裂纹等问题，这些改进工艺不但提高了副构架整体质量，同时也带来了经济效益。以该型副构架鞍积累的工艺数据做参考开发设计出3种以上的系列产业，并进行试制、小批量生产验证，同类型鞍试制结果表明：其综合废品率在2%左右。但是，实施上述工艺措施的同时，同样衍生出其它问题，如内侧辅板局部变形、部分铸件鞍臂组焊端口变形及由于鞍臂组焊端口变形而导致内外橡胶堆台面平行度达不到要求等，这些问题有待进一步改进来解决及控制。

参考文献：

[1] 中国机械工程学会铸造专业学会. 铸造手册[M]. 北京：机械工业出版社， 994

[2] 联合编写组. 砂型铸造工艺及工装设计[M]. 北京出版社出版， 1980 .3

作者简介：

余汝松（1981-），男，工程师，本科。