鐵路貨車軸重、重載及鑄造技術(shù)的發(fā)展

鐵路貨車軸重、重載及鑄造技術(shù)的發(fā)展

一、我國鐵路項(xiàng)目和工藝的發(fā)展現(xiàn)在，在世界經(jīng)濟(jì)不穩(wěn)定的情況下，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以動(dòng)植物為代表的陸路運(yùn)輸工具快速發(fā)展。鐵路貨車在高速、重載的發(fā)展方向上同樣取得了長足的進(jìn)步,究其原因就是大量采用了先進(jìn)的新技術(shù),這再次用實(shí)踐證明:科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。在貨車重載方面,目前我國已經(jīng)居于世界先進(jìn)行列。從2006年起,新造通用貨車載重標(biāo)準(zhǔn)已從60t提高到70t,運(yùn)煤專用貨車載重80t,并研制開發(fā)了載重100t的鋼鐵礦石專用貨車;對現(xiàn)有貨車進(jìn)行了120km/h提速改造,完成了我國鐵路貨車的升級換代。過去我國鐵路貨車軸重長期在21t以下,從2006年開始,通用貨車軸重提高到23t,重載貨車軸重提高到25t。目前,30t軸重貨車的研制項(xiàng)目已開始啟動(dòng)。隨著軸重、載重及速度的增加,對貨車轉(zhuǎn)向架和鉤緩等重要部件上的關(guān)鍵件如搖枕、側(cè)架、車鉤等提出了更高的要求,既要保證載重和速度要求,又要保證使用的安全性。一方面在鑄件的設(shè)計(jì)上,采用新的型號(hào),如搖枕、側(cè)架由轉(zhuǎn)K2、K4型到轉(zhuǎn)K5、K6型,車鉤由13號(hào)到16、17號(hào),增加了尺寸和壁厚,并使用高牌號(hào)材料:由普碳鋼到B級鋼,再到B+級鋼、C級鋼、E級鋼等,新材料為低合金鋼,可提高鑄件的強(qiáng)度和抗疲勞性能;另一方面不斷采用新的鑄造技術(shù),提高了鑄件的質(zhì)量,為貨車的高速、重載提供保障。近年來,這些新的鑄造技術(shù)涉及造型、制芯、下芯、精煉、落砂、熱處理、強(qiáng)化拋丸及鑄件檢測等方面。二、新技術(shù)應(yīng)用1.化法水玻璃砂造型我國鐵路貨車搖枕、側(cè)架、車鉤等鑄鋼件采用了潮模砂拋砂造型、氣沖造型、酯硬化水玻璃砂造型、CO2硬化法水玻璃砂造型、呋喃樹脂砂造型和V法造型等機(jī)械化程度較高的生產(chǎn)線,與原來廣泛采用的震動(dòng)造型機(jī)相比提高了生產(chǎn)效率,造型質(zhì)量也大幅度提高。鑄鐵件斜楔廣泛采用了鐵型覆砂的造型方法。由于造型質(zhì)量的提高,鑄件的尺寸精度明顯提高,多年來鑄件最易形成的傳統(tǒng)缺陷——砂眼大量減少,鑄件質(zhì)量明顯提高。2.搖力學(xué)、側(cè)架整體芯機(jī)搖枕、側(cè)架制芯主要采用酯硬化水玻璃砂工藝、CO2硬化水玻璃砂工藝、三乙胺工藝、Pep-set酚醛樹脂砂工藝、呋喃樹脂自硬砂工藝、聚丙烯酸鈉樹脂砂工藝等。搖枕、側(cè)架和車鉤采用整體制芯工藝,主要方法有:震實(shí)擠壓整體制芯工藝、盒內(nèi)擠壓鎖芯成形工藝、冷芯盒整體射芯工藝、殼芯射芯工藝、上下整體芯粘合工藝,以及車鉤整體射芯工藝等。目前,為了完成搖枕、側(cè)架整體芯射芯,我國已經(jīng)開發(fā)出最大重量為250kg的射芯機(jī),使用狀況良好。鐵路貨車關(guān)鍵大部件搖枕、側(cè)架整體芯技術(shù)的開發(fā),象征著中國鐵路貨車鑄鋼產(chǎn)品制芯技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。整體芯新技術(shù)使鑄件內(nèi)腔砂芯由6~12塊組成變?yōu)橐徽麎K,采用整體芯形成的搖枕、側(cè)架與車鉤鑄件內(nèi)腔,可消除傳統(tǒng)工藝帶來的臺(tái)階、飛邊等鑄造缺陷,提高搖枕、側(cè)架與車鉤的內(nèi)腔質(zhì)量。3.過程質(zhì)量波動(dòng)下芯工序是保證搖枕、側(cè)架產(chǎn)品質(zhì)量的重要過程。長期以來,搖枕、側(cè)架制造過程中依靠人工下芯,不但起吊裝備穩(wěn)定性不能滿足高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求,而且對操作者的技藝等人為因素依賴度高,因而過程質(zhì)量波動(dòng)較大。將原來的人工下芯改造為整體芯機(jī)械手智能下芯,有利于全面提升搖枕、側(cè)架制造技術(shù)水平,提高生產(chǎn)過程控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量,是對搖枕、側(cè)架下芯技術(shù)的重要改進(jìn)。智能機(jī)械手(工業(yè)機(jī)器人)本體采用六軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式設(shè)計(jì),機(jī)器人三維激光掃描定位能精確測量定位砂芯和砂箱在X、Y、Z方向的平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)角度等,下芯綜合精度≤±0.45mm,系統(tǒng)重復(fù)定位精度±0.15mm。工藝流程:下芯機(jī)器人等待砂芯及砂箱到達(dá)工位→視覺系統(tǒng)對砂芯及砂箱進(jìn)行定位→機(jī)器人抓取砂芯放入砂箱內(nèi)→機(jī)器人通知系統(tǒng)輸出下好芯的砂箱→機(jī)器人回到原始位置,下芯周期結(jié)束。4.提高鋼液質(zhì)量隨著對鑄件材質(zhì)力學(xué)性能要求的提高,原來的普碳鋼被低合金鋼代替,如鐵路貨車搖枕、側(cè)架材質(zhì)由ZG230-450相繼提高到B級鋼和B+級鋼,車鉤材質(zhì)由普碳鋼提高到C級鋼和E級鋼。由于材質(zhì)要求的提高,對熔煉裝備要求更高,鑄鋼熔煉使用電弧爐,鑄鐵使用電爐,使鑄鋼、鑄鐵的熔煉質(zhì)量大大提高。新技術(shù)如L-F爐內(nèi)精煉技術(shù)、鋼液爐外精煉技術(shù)的使用進(jìn)一步提高了鋼液質(zhì)量,可使鋼種S的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))達(dá)到雙零的水平。爐外喂絲吹氬鋼液精煉是一種爐外鋼液精煉工藝,出鋼后,向帶有透氣磚的鋼液包中喂入鋁線或Si-Ca-Ba包芯線進(jìn)行脫氧,同時(shí)通過陶瓷透氣磚向鋼液中吹入氬氣凈化鋼液,由于透氣磚裝在鋼包底部,吹氬氣使鋼液攪動(dòng),并形成小而分散的氬氣泡。氬氣泡上浮引起鋼液的攪動(dòng),能使鋼液中分散的細(xì)小夾雜得到碰撞、集聚形成低熔點(diǎn)大顆粒夾雜并吸附于氣泡的表面排出,從而提高了夾雜的上浮速度,達(dá)到凈化的目的。鋼液爐外精煉工藝可有效地減少鋼中的氣體含量和夾雜物,并改善夾雜物的形態(tài),提高了鑄件內(nèi)在質(zhì)量。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在車鉤及搖枕、側(cè)架等鑄鋼件的生產(chǎn)中。5.co2硬化水玻璃砂20世紀(jì)50年代開始,CO2硬化水玻璃砂由于工藝簡便、價(jià)格低廉和污染程度小,被我國鐵路貨車鑄鋼制造業(yè)廣泛采用。到60年代中期,水爆、水浴工藝的相繼采用,解決了水玻璃砂清砂困難的難題,CO2硬化水玻璃砂得到了更廣泛的應(yīng)用。但鑄鋼件在鑄態(tài)和激冷條件下容易產(chǎn)生毛細(xì)裂紋缺陷,同時(shí)水污染問題也日益突出。隨著對鐵路高速重載要求的提高,90年代末期,鐵路貨車重要鑄鋼件開始采用干法落砂工藝,目前已普遍使用。干法落砂的使用,顯著減少了裂紋的產(chǎn)生,為鐵路貨車運(yùn)行安全減少了隱患。6.車鉤調(diào)質(zhì)熱處理貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架為B+級鋼,采用正火熱處理工藝,車鉤為E級鋼,采用調(diào)質(zhì)熱處理工藝。為了提高鑄件熱處理質(zhì)量的一致性,車鉤已采用連續(xù)式熱處理工藝,搖枕、側(cè)架也已推廣使用連續(xù)式熱處理工藝。7.提高表面質(zhì)量搖枕、側(cè)架采用強(qiáng)力拋丸處理,提高了鑄件的表面質(zhì)量,同時(shí)在鑄件的表面形成壓應(yīng)力,以提高鑄件的表面強(qiáng)度,進(jìn)而提高鑄件的抗疲勞性能。8.新技術(shù)的應(yīng)用為了保障鐵路貨車高速重載的安全,對鑄件檢測技術(shù)提出了更高的要求。一方面提出對鑄件產(chǎn)品的檢測,如2005年7月1日實(shí)施的鐵標(biāo)TB/T3105-2005《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架磁粉探傷》,2007年運(yùn)裝貨車310號(hào)文件要求《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架射線照相檢驗(yàn)技術(shù)條件》、《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架超聲波探傷技術(shù)條件》、《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架熒光磁粉探傷規(guī)定》、《鑄道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架超聲波測厚技術(shù)條件》等。新的檢測技術(shù)如磁粉探傷、熒光磁粉探傷、射線探傷、超聲波探傷及超聲波測厚相繼被采用于鐵路貨車鑄件。此外,近兩年還增加了對鑄件的形位公差進(jìn)行三坐標(biāo)檢測、對鑄件實(shí)體應(yīng)用了DR-實(shí)時(shí)成像和CT檢測技術(shù)。另一方面,在鑄件生產(chǎn)過程中普遍使用了快速、先進(jìn)的檢測技術(shù),如直讀光譜儀、爐前快速分析儀、定量金相分析儀等。新的鑄件檢測技術(shù)的使用,為獲得可靠的鑄件質(zhì)量提供了保障。9.搖力學(xué)、側(cè)架鑄造生產(chǎn)技術(shù)管理要點(diǎn)鑄造生產(chǎn)工序多,影響質(zhì)量的因素比較復(fù)雜,生產(chǎn)過程質(zhì)量控制尤為重要。為此,鐵路貨車搖枕、側(cè)架生產(chǎn)工廠實(shí)施了由鐵道部主管部門下發(fā)的《搖枕、側(cè)架鑄造生產(chǎn)技術(shù)管理要點(diǎn)》。其主要內(nèi)容包括:鑄造工藝設(shè)計(jì)與評審、工藝驗(yàn)證、工藝文件的管理、工藝的執(zhí)行與檢查、原材料的管理、工裝和設(shè)備的管理、計(jì)量儀器儀表和檢測器具的管理、員工培訓(xùn)、造型過程的控制、熔煉過程的控制、澆注過程的控制、熱處理過