加铸造行业群，学习铸造知识，加微信：15893249819
（1.晋西装备制造有限责任公司，山西太原030000; 2.晋西车轴股份有限公司，山西太原030027;3.山西朔州供电分公司，山西朔州036000；4.宁波全力机械模具有限公司，浙江宁波315700）
关键词：侧架铸件；B+级钢；整体芯；机器人
采用有机酯水玻璃自硬砂和自动化造型生产线造型、制芯，砂型采用30%新砂+70%再生砂制备，砂芯采用100%新砂制备，采用20 tEBT偏心底电弧炉+20 t LF精炼炉熔炼合金。
K6侧架属于典型的薄壁箱式结构，如图1所示，壁厚 14-30 mm,轮廓尺寸2 374 mm x 625 mm x 440 mm,重约480 kg。侧架内腔连接筋较多，各相邻平面壁厚差异较大，承载鞍支撑面处的壁厚由16 mm过渡到25 mm,弹簧承台面处的壁厚由18 mm过渡到25 mm,立柱面处最大壁厚30 mm,最小壁厚14 mm,铸件壁厚不均匀，热节多且分散，易产生缩孔、缩松等铸造缺陷。
传统的砂芯设计方法中采用分体砂芯方案形成铸件关键部位内腔形状，如图2所示，铸造时容易在关键部位产生披缝、台阶、裂纹等缺陷，芯撑与铸件熔合不良易造成安全隐患，也降低生产效率。本次研制K6侧架铸件的砂芯设计采用整体芯形成铸件关键部位内腔形状，有效避免上述问题，如图3和图4所示，K6侧架内腔由3#整体芯形成；中央方框由1#砂芯形成，滑槽由2#砂芯形成，导框由4#砂芯形成，挡键部位由丁砂芯形成，如图4所示。
K6侧架整体芯采用机器人分别对整体芯、砂型扫描定位的方式，完成下芯过程，无需人工干预，确保下芯精度。
根据侧架热节的位置设置冒口，在侧架承载鞍支撑面设置2个1#保温冒口，立柱面处设置2个2#呆温冒口，弹簧承台面处设置4个3#、4#保温冒口，如图5所示。为了加快铸件局部冷却速度，加强铸件顺序凝固条件，根据侧架铸件的结构特点，在侧架的关键部位、筋板相交处设置了12块随形冷铁。
传统的浇注系统设计在铸件的上弦杆侧面开设内浇道，金属液对砂型、砂芯的冲击力较大，充型过程容易卷入型腔内气体，同时，铸造工艺岀品率仅为69.8%；本次研制K6侧架铸件采用底注式浇注系统；同时，一型布置两件，与传统工艺相比，铸件充型液流平稳性增加，铸造工艺出品率提高到75.3%。
采用20 t底漏包浇注侧架铸件，包孔直径φ55 mm,由式（1）计算出浇注时间t=17.7 s.
式中：G为钢液重量，kg；N为同时浇注的浇包个数，一般N取1；n为一个浇包内的包孔数；VG为钢液的质量流率，kg/S。
由式V液=H/t计算出液面上升速度为24.9 mm/s,大于20 mm/s,符合设计要求，由此取包孔直径为φ55 mm,根据底漏包浇注铸钢件浇注系统各组元截面积比例，计算直浇道直径为φ80 mm,开放式浇注系统浇道截面积比例取A直：A横：A内=1 : 1.4 : 1.7,设计横浇道1个，内浇道4个，开设在铸件底面立柱旋转止挡处，如图6所示。
依据“设备保工艺，工艺保质量”的原则，K6侧架整体芯下芯采用自动化下芯工艺，使用工业机器人，将K6侧架整体芯、砂型三维实体模型输入机器人三维激光扫描系统，编写下芯程序。相较于传统的人工下芯，使用机器人对整体芯进行识别、扫描、定位、抓取，如图7所示，整个下芯过程避免了人工干预，定位十分精准，下芯精度小于0.05 mm,下芯过程平稳、无磕碰，减少了铸件产生夹杂等缺陷的概率，提高了铸件质量。
采用20 t EBT偏心底电弧炉+20 t LF精炼炉熔炼合金。矿石、氧气结合法进行氧化，氧化期温度控制在1 580- 1 600 °C,加矿温度≥l 560 ℃ ,矿石应分批加入，均匀加入到熔池中心，保持熔池均匀沸腾，严禁大沸腾；精炼过程中分批多次加入复合脱氧剂进行还原，白渣保持时间＞30 min,精炼结束后，进行喂铝线操作，喂线结束后，进行吹氨。
传统的台车式热处理炉因其加热方式、铸件摆放方式导致台车式热处理工艺存在铸件质量状态不稳定的问题。悬挂式连续热处理工艺，相较于传统的台车式热处理工艺，连续式热处理炉具有加热效率高、炉温均匀性好、冷却能力强、自动化程度高的优点，所处理的摇枕、侧架具有优良的金相组织、力学性能，产品质量更稳定、可靠。
运用AnyCasting数值模拟软件对K6侧架铸造工艺进行数值模拟和分析，首先运用UG建模软件分别对侧架的砂型、砂芯、浇冒系统、冷铁等进行实体建模，并分别导出STL文件[1]，再将导出的STL文件导入到Anycasting中的anyPRE模块，设置实体格式，确定各个实体在数值模拟过程中的名称和作用，进行网格划分，设置材料热物性参数和边界条件等[2],液相线温度设置为1 505 ℃,固相线温度设置为1 415 ℃[3],砂型温度30 ℃，数值模拟结果和分析如下。
充型过程数值模拟如图8所示，金属液由直浇道流入，经横浇道分流至两侧的内浇道，由铸件立柱旋转止挡处进入型腔，充型约23%时，液流到达侧架外弯钩处，随后逐步充满型腔，整个过程液流充型平稳。
组织进行小批量试制，经检测，试制侧架铸件的化学成分、金相组织、力学性能、非金属夹杂物均符合《铁道货车铸钢摇枕、侧架》、《机车车辆用铸钢件技术要求及检验》的标准要求。
根据《铁道货车铸钢摇枕、侧架》标准规定的解剖位置，如图10所示，对试制件进行解剖，经过对解剖面的检查，如图11所示，解剖面均未发现明显的缩孔、缩松缺陷，符合标准要求。
(1) K6侧架铸件采用整体芯工艺可有效防止铸件产生披缝、台阶、裂纹等缺陷；采用机器人进行下芯，过程平稳、无磕碰，下芯精度小于0.05 mm,提高了产品质量。
(2) K6侧架铸件采用一型两件、底注式浇注系统，充型平稳，铸造工艺岀品率由69.8%提高至75.3%。
[3] 骆宏文，旷丹锋，张文昌，等.铸钢侧架铸造工艺设计及优化[J].铸造，2020. 69 ( 7 ) ：722-726.
