郭曉東

（牡丹江中車金緣鑄業(yè)有限公司，黑龍江 牡丹江 157013）

隨著近年軌道交通的快速發(fā)展，鐵路貨車載重量很大，可以用來運(yùn)輸各種貨物，轉(zhuǎn)向架是貨車底盤中的關(guān)鍵部件，對(duì)貨車的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵性的作用。因此，轉(zhuǎn)向架中的搖枕側(cè)架內(nèi)部密實(shí)度質(zhì)量直接影響著整車行車安全性和穩(wěn)定性，其中，搖枕內(nèi)部密實(shí)度質(zhì)量一直是鐵道貨車行業(yè)極為關(guān)注的問題之一，也是CRCC 審核中重點(diǎn)關(guān)注的檢測項(xiàng)點(diǎn)。近年來國鐵集團(tuán)實(shí)施的“雙延長”（即延長檢修周期、延長使用壽命），將K6 搖枕、側(cè)架的運(yùn)用期限由當(dāng)前的25 年提高到了30 年，對(duì)配件內(nèi)部密實(shí)度要求更加嚴(yán)格，進(jìn)而滿足TB/T1959-2006《鐵道貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗(yàn)》[2]中靜載荷及疲勞試驗(yàn)要求及使用性能，密實(shí)度是決定靜載荷和疲勞試驗(yàn)是否通過、保證行車安全的重要考核指標(biāo)。為了確保鐵路運(yùn)輸安全，本文以轉(zhuǎn)K6 型轉(zhuǎn)向架搖枕為研究對(duì)象，對(duì)提高搖枕的內(nèi)部密實(shí)度進(jìn)行了深入的研究。

1 搖枕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)K6 轉(zhuǎn)向架搖枕均為箱形結(jié)構(gòu)，搖枕結(jié)構(gòu)如圖1 所示。搖枕沿長度方向呈魚腹形，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，上平面中部為心盤座，設(shè)有心盤銷孔，用于安插中心銷，周邊設(shè)有心盤螺栓孔；兩端上平面設(shè)有旁承座，下平面設(shè)有突出的圓臍或彈簧止檔，用于彈簧定位；端部兩側(cè)設(shè)有四個(gè)斜楔槽和搖枕擋；內(nèi)腔常設(shè)置各種結(jié)構(gòu)的立筋。通常情況下，搖枕側(cè)面中部的兩個(gè)橢圓孔用于安裝通過式基礎(chǔ)制動(dòng)、交叉支撐裝置。搖枕上平面和底部設(shè)有對(duì)稱的工藝孔。這種結(jié)構(gòu)既能保證搖枕具有足夠的強(qiáng)度，又可節(jié)約鋼水用量，減輕自重。

圖1 轉(zhuǎn)K6 型搖枕結(jié)構(gòu)簡圖

2 搖枕內(nèi)部密實(shí)度檢測的標(biāo)準(zhǔn)要求

鑄件密實(shí)度是指鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松和疏松等缺陷的嚴(yán)重程度，搖枕關(guān)鍵部位的內(nèi)部密實(shí)度決定鑄件的使用性能。TB/T3012-2016《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》[3]中規(guī)定，根據(jù)搖枕的受力狀態(tài)應(yīng)劃分出A、B 兩個(gè)重要部位并在產(chǎn)品圖樣中規(guī)定，搖枕的A 部位、B 部位劃分見圖2.搖枕的A、B 部位內(nèi)密實(shí)度至關(guān)重要，在內(nèi)部密實(shí)度檢測手段上，采用射線探傷、超聲波探傷、解剖三種檢測手段，以保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量及工藝穩(wěn)定性。

圖2 搖枕A、B 部位劃分示意圖（單位：mm）

搖枕射線探傷檢測執(zhí)行TB/T3105.1《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架無損檢測第一部分：射線照相檢驗(yàn)》[4]，鑄鋼搖枕、側(cè)架射線照相缺陷分為A、B、CA、CB、CD、E六類，對(duì)于搖枕A、B 部位各類缺陷都做了明確要求，氣孔類缺陷一般在IV 級(jí)以下，夾砂或夾渣類缺陷針對(duì)部位一般在IV-V 級(jí)以下，收縮率缺陷針對(duì)部位一般在IV-V 級(jí)以下，不允許存在裂紋類缺陷，內(nèi)部密實(shí)度要求等級(jí)較為嚴(yán)格。

超聲波探傷檢測也是檢測內(nèi)部密實(shí)度的重要方式之一，在鑄鋼搖枕、側(cè)架產(chǎn)品上，雖然該檢測方式逐漸被射線探傷所代替，也不作為產(chǎn)品交驗(yàn)依據(jù)，但在制造廠生產(chǎn)過程中，超聲波探傷具有檢測方便、快捷的優(yōu)勢，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量起到很好的輔助監(jiān)控作用。

搖枕解剖檢測執(zhí)行TB/T3012-2016《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》[3]，滿足第3.7.1 條搖枕、側(cè)架鑄件的密實(shí)度解剖檢查結(jié)果應(yīng)符合附錄B 的要求，且評(píng)定區(qū)域內(nèi)所在集中縮孔面積不應(yīng)超過該部位內(nèi)切圓的30%；滿足第4.6.1 條密實(shí)度要求，密實(shí)度檢查采用實(shí)物鋸切解剖檢查的方法進(jìn)行，搖枕和側(cè)架的解剖部位及評(píng)定區(qū)域按附錄E 規(guī)定。

3 搖枕鑄造工藝分析及選擇

3.1 搖枕應(yīng)力分布狀態(tài)分析

K6 搖枕因結(jié)構(gòu)原因存在應(yīng)力集中部位，例如搖枕斜楔根部、邊A 部位等。應(yīng)力幅值較大部位容易造成疲勞破壞，這些鍵部位的密實(shí)度是保證搖枕疲勞壽命的根本，提高搖枕內(nèi)部密實(shí)度至關(guān)重要，搖枕應(yīng)力分布狀態(tài)如圖3 所示，A、B 部位所受應(yīng)力顯著大于其他部位，最大應(yīng)力部位集中在搖枕邊A處，應(yīng)力值在261 MPa 以上。

圖3 搖枕應(yīng)力分布狀態(tài)圖

3.2 搖枕鑄造工藝的選擇

3.2.1 搖枕澆注位置與分型面

鑄型澆注位置與分型面的選擇密切相關(guān)，國內(nèi)制造企業(yè)在搖枕工藝設(shè)計(jì)中心盤位于上箱，分型面一般選擇在上部，大多數(shù)國家也采用這種方式，如圖4 所示。分型面盡量上移，使內(nèi)腔砂芯大部份位于下型，砂芯定位更準(zhǔn)確，提高了下芯及合箱精度。同時(shí)，重要承載部位位于澆注位置的下型，受重力影響，下型密實(shí)度優(yōu)于上型，鑄件受力位置質(zhì)量易得到保證。心盤面可設(shè)置冒口對(duì)心盤部位進(jìn)行補(bǔ)縮，冒口位于頂部，有利于澆注過程中的排氣、排渣，提高了心盤處鑄件的密實(shí)度，心盤加工質(zhì)量可以得到充分保障。

圖4 心盤在澆注位置上箱

3.2.2 搖枕冒口設(shè)計(jì)

搖枕心盤面處熱節(jié)較大，位于澆注位置上箱，便于設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。國內(nèi)外搖枕型砂工藝有酯硬化水玻璃砂工藝、CO2硬化水玻璃砂工藝、潮模砂工藝、呋喃樹脂砂工藝以及V 法造型工藝等，在澆注過程中會(huì)產(chǎn)生氣體，需要有較好的排氣系統(tǒng)，避免氣孔缺陷。心盤部位冒口多為明冒口，在補(bǔ)縮鑄件的同時(shí)起到排氣作用。搖枕斜楔檔頂部處于澆注位置較高的平面，該部位相對(duì)較厚，易產(chǎn)生縮孔和嗆火缺陷，該部位應(yīng)設(shè)置冒口，冒口采用明冒口或帶排氣的暗冒口，可設(shè)置帶易割片的發(fā)熱保溫冒口。

3.2.3 冷鐵和鑄筋

冷鐵與澆冒口配合應(yīng)用，控制引導(dǎo)鑄件局部同時(shí)凝固和冒口區(qū)域的順序凝固，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、裂紋等缺陷。冷鐵分為外冷鐵和內(nèi)冷鐵兩種，K6 搖枕只使用外冷鐵。搖枕外冷鐵采用圓鋼和隨形外冷鐵較多，一般在圓角半徑不大于R15 mm時(shí)多采用圓鋼外冷鐵，圓角半徑大于R15 mm 時(shí)多采用成形外冷鐵，冷鐵厚度一般以壁厚的0.8 左右為宜。

鑄筋可防止鑄件產(chǎn)生裂紋、變形缺陷。搖枕的內(nèi)腔拐角部位容易產(chǎn)生熱裂紋，除局部采用冷鐵等措施外一般都要設(shè)置防裂筋。搖枕壁厚一般在16 mm～30 mm 之間，防裂筋的厚度選取一般在6 mm左右，防裂筋根部設(shè)置合理的過渡圓角。

3.3 效果驗(yàn)證

通過以上工藝方案確定后，將重要承載部位放在澆注下型，上型使用冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，搖枕密實(shí)度從根本上得到保證；通過冷鐵和冒口控制鋼水凝固過程，同時(shí)合理設(shè)置鑄筋，防止了慣性缺陷的產(chǎn)生，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高。目前，工藝設(shè)想已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，經(jīng)射線探傷、超聲波探傷、解剖三種主要檢測手段進(jìn)行檢驗(yàn)，滿足搖枕內(nèi)部密實(shí)度的要求，并通過了CRCC 產(chǎn)品鑒定，在我廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

對(duì)K6 搖枕做了射線檢測，滿足TB/T3105.1《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架無損檢測第一部分：射線照相檢驗(yàn)》[4]，檢測圖片如圖5 所示。

圖5 搖枕射線檢測圖片

超聲波在工件內(nèi)傳播將會(huì)產(chǎn)生反射和衰減現(xiàn)象，當(dāng)工件內(nèi)部存在缺陷時(shí)，缺陷部位將會(huì)反射聲波，形成缺陷波顯示，縮松缺陷的反射波，如圖6 所示。當(dāng)工件內(nèi)沒有缺陷時(shí)，探傷儀示波屏上將只有界面波和底波，并且底波高度正常。經(jīng)過檢測，目前工藝方案的搖枕超聲波檢測結(jié)果合格。

圖6 縮松缺陷的反射波示意圖

對(duì)搖枕關(guān)鍵部位解剖并對(duì)剖面進(jìn)行判定，滿足TB/T3012-2016《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架》[3]對(duì)內(nèi)部密實(shí)度要求，如圖7 所示。

圖7 解剖剖面判斷圖

4 結(jié)論

通過分析結(jié)構(gòu)，確定搖枕關(guān)鍵承載部位，為鑄造工藝的確定提供參考，以保證搖枕足夠的強(qiáng)度；通過對(duì)搖枕澆注位置及分型面分析、冒口設(shè)計(jì)、冷鐵和鑄筋設(shè)置情況等方面進(jìn)行工藝選擇；通過三種檢測方法對(duì)搖枕內(nèi)部密實(shí)度進(jìn)行全面檢測，證明目前選擇的工藝能保證搖枕內(nèi)部密實(shí)度，可保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和使用性能。