一种提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法
技术领域
本发明涉及一种工艺方法，具体来说是一种环保、有效提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法。
背景技术
高锰钢整铸辙叉是铁路工务设备中的重要部件，在使用过程中要承受重复发生的压力、冲击力、振动力等交变载荷的作用，其质量的好坏直接影响着铁路运输的安全和行车速度。随着线路提速和重载要求，出现了多种提速系列、重载系列辙叉，对高锰钢辙叉内部质量要求越来越高。高锰钢辙叉生产厂家为了提高高锰钢辙叉质量研究采用了多种工艺方法和措施进行生产，但效果不佳，高锰钢辙叉线路病害频出如剥落掉块、水平裂纹等，造成辙叉提前下道，影响了行车安全。
目前，国内高锰钢辙叉生产厂家主要采用普法、酯硬化、VRH、V法造型生产高锰钢辙叉，其生产工艺根据造型方法、辙叉结构、工装特点各异，生产厂家为生产出高质量的高锰钢辙叉，采取了相应的工艺措施，但各有弊端。为达到补缩目的，工艺设置了较多冒口进行补缩，由于辙叉背槽结构特殊，冒口补缩通道较高，且补缩通道与砂胎接触面积大，散热较快，使冒口补缩通道模数降低，补缩通道提前冷却，阻断了冒口补缩作用，满足不了辙叉内部收缩需求，形成缩松缺陷，同时这种工艺设置易产生掉砂、砂眼、辙叉轨墙尺寸超差等缺陷。铸件开箱之后使用霞普气(乙炔)燃烧热切去除冒口，为防止热切时辙叉轨墙受热不均产生热裂纹，切割台设置较高，造成较多的冒口补缩通道不能回收，造成资源浪费。现国际较为先进且有自主知识产权的高致密工艺，也同样存在类似的问题。高锰钢辙叉线路病害频发，造成提前下道，同时随着火车提速和重载设计，线路对高锰钢辙叉质量要求越发严格。因此，必须提高高锰钢辙叉内部质量。
发明内容
为了提高高锰钢辙叉内部质量，提高高锰钢辙叉使用寿命，减缓高锰钢辙叉线路剥落掉块和水平裂纹等病害，保证行车安全，本发明提出了一种提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，适用于各类造型和各种类型高锰钢辙叉，不仅有效提高了产品内部质量，而且降低了生产成本，环保节能，具有较高的经济和社会价值。
本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，通过下述步骤实现：
步骤1：确定冒口布置位置。
步骤2：根据确定的冒口布置位置，在辙叉模型的背槽上设置锤击平台。
步骤3：在锤击平台两侧设置斜横筋。
步骤4:设计环形易割片，易割片内圈最小内经周向上的点为应力集中点，应力集中点上下两侧为与水平面呈45°夹角的斜面切。
步骤5：设计异型冒口；异型冒口由上下两部分组成，上部为筒状发热冒口，底端周向侧面向内倾斜，形成收缩口。下部为筒状发热冒口座圈，冒口座圈内部空间作为冒口补缩通道。
步骤6:在锤击平台上固定易割片，易割片上固定异形冒。
步骤7：对前述步骤得到的安装有易割片和异型冒口的辙叉模型进行辙叉铸造生产，并完成铸件浇注、冷却。
步骤8：辙叉铸造完毕开箱后，利用气锤将冒口顺辙叉方向锤击去除。
步骤9：高锰钢辙叉按相关工艺进行热处理、调直、机加工等工序，形成高锰钢辙叉成品。
本发明的优点在于：
1、本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，主要涉及的工序包括模型工序、造型工序、冒口去除工序，并设计创新型异型冒口、新型易割片、辙叉结构改进、创新型补贴形式、冒口去除方式创新等部分，使用本发明方法避免了传统工艺方法通过霞普气(乙炔)燃烧高温放热融化即热切方式去除冒口，节约能源，避免环境污染，且高锰钢辙叉锤击后断面外观质量高，也可以从本质上避免热切冒口对辙叉轨墙局部受热不均，形成高应力区，在铸件最后凝固的组织部分集中释放产生的轨墙热裂纹报废；传统热切方法为防止冒口处掉砂和轨墙裂纹采用的补缩系统补缩通道模数低，冒口根部易出现缩松、缩孔、温裂纹等，更阻断了铸件收缩过程中冒口的补缩作用。
2、本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，增加了冒口补缩通道补贴，提高补缩通道模数，提升冒口补缩效果500％以上，提高高锰钢辙叉内部致密度，解决缩松缺陷产生，解决了传统铸造工艺方法质量瓶颈。
3、本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，补缩结构的设计减少了夹砂、掉砂、砂眼等缺陷的产生。
4、本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，可以将补缩通道锤击去除回收重新进行冶炼，大大节约了资源。
5、本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，适用于高锰钢生产厂家现有各种造型方法，如：普法造型、酯硬化造型、VRH造型、V法造型等，适用于多种类型高锰钢辙叉；对于拼装高锰钢辙叉而言，可以借鉴本发明思路，但需调整其中参数。
附图说明
图1为高锰钢整铸辙叉结构示意图。
图2为高锰钢整铸辙叉侧剖图。
图3为本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法流程图。
图4为本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法中的冒口、易割片与锤击平台安装方式示意图。
1-冒口2-锤击平台3-背槽
4-斜横筋5-易割片6-辙叉模型
101-冒口座圈501-应力区
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提高高锰钢辙叉内部质量且降低生产成本的方法，如图1所示，通过下述步骤实现：
步骤1：确定冒口1布置位置；
根据辙叉结构热节和使用要求计算模数和冒口1补缩距离，确定冒口1 布置位置。
步骤2：设置锤击平台2；
如图2所示，按照步骤1中确定的冒口1布置位置，在辙叉模型6的背槽3上设置锤击平台2，设计锤击平台2高10mm，直径φ105mm，斜度1:20，锤击平台2与背槽3相接部分平顺处理，锤击平台2上表面棱角处圆角处理。上述锤击平台2直径和斜度可以根据具体情况进行适当调整，使锤击平台2 外径与冒口座圈101外径匹配，斜度推荐为1：20。同时锤击平台2作为冒口补缩通道的一部分，高度不宜过高(大于10mm)，以减少热节，减少钢液与砂胎的接触面积(防止减少通道模数)；同时不宜过低(不小于5mm)，防止锤击时带肉损伤辙叉母体。
步骤3：设置斜横筋4；
在锤击平台2两侧设置斜横筋4，斜横筋4与辙叉模型6轨墙相接处顶端低于辙叉模型6底板20～30mm，取值应满足：
1)轨底机加工后斜横筋4低于底板；
2)斜横筋4斜度不宜过大，建议不大于65°，降低通道作用。
3)斜横筋4与锤击平台2相接面顶端低于锤击平台2上表面5mm，防止锤击时带肉破坏斜横筋4。
4)斜横筋4与锤击平台2相接面棱角处圆顺过度。
5)斜横筋4宽度与辙叉轨墙厚度一致为25mm，以减少热节，有利于均衡收缩，同时提高辙叉整体性，受力更均衡。
步骤4:设计易割片5。
如图3所示，易割片5为环形，使用6#、7#橄榄石砂和水玻璃、树脂配比制作，或使用洛铁矿砂+2％树脂制作易割片5效果更佳。橄榄石制作的易割片5应烘干，洛铁矿砂易割片5可以不进行烘干。上述易割片5高10mm，顶面开口处直径80mm(内径可根据产品和造型方法适当调整，实现冒口1模数＞补缩通道模数＞铸件(高锰钢辙叉)模数即可)，并制作出应力集中点，形成应力区501；应力集中点即为易割片5内圈最小内经周向上的点，应力集中点上下两侧为与水平面呈45°夹角的斜面切，且应力集中点所在内圈距离易割片5顶面4mm，距离易割片5底面6mm。
步骤5：设计异型冒口1。
如图4所示，异型冒口1由上下两部分组成，上部为筒状结构，顶端具有排气口，用于插接排气管，浇注时排气；底端周向侧面向内倾斜，形成收缩口。下部为筒状发热冒口座圈101，冒口座圈101内部空间作为冒口补缩时钢液流通通道，即冒口补缩通道。异型冒口中，顶部筒状结构与冒口座圈101 两者可以是单独的两部分粘接固定，也可以做成整体形式。异型冒口1起冒口补缩通道补贴作用，以增加补缩通道模数，其底部用于与易割片5相粘接。上述冒口座圈101应有足够高度，造型过程中不影响震砂或加砂，以提高砂胎强度，防止掉砂、砂眼、轨墙尺寸超差等缺陷产生；异型冒口座圈101高度不宜过高，影响冒口1补缩，造成冒口1功能过剩，50Kg/M、75Kg/M、60Kg/M 系列高锰钢辙叉冒口座圈101高度为40～50mm为宜。
步骤6:安装易割片5和异型冒口1；
将易割片5和异型冒口1布置在锤击平台2上，并固定牢固。其中，易割片5和异型冒口1宜在辙叉铸造生产前准备完毕并粘接，防止震砂或加砂过程中使冒口1或易割片5跑偏，影响补缩效果和锤击效果。
步骤7：按不同造型方法，对前述步骤得到的安装有易割片5和异型冒口 1的辙叉模型6进行辙叉铸造生产，并完成铸件浇注、冷却。
步骤8：高锰钢辙叉铸件开箱后，利用气锤将冒口1顺辙叉方向锤击去除，锤击应水平受力，完成冒口1去除并回收利用。本发明涉及相关操作工序至此完成，即决定高锰钢辙叉内部质量最重要的铸造热加工工序完成。
步骤9：高锰钢辙叉按相关工艺进行热处理、调直、机加工等工序，形成高锰钢辙叉成品。
本发明满足热开箱和冷开箱，冷开箱锤击效果更加；在高锰钢辙叉生产过程中，除上述工序外，其余工序按各造型方法要求正常生产。
实施例：
如图1～4所示，为生产高锰钢辙叉60-12VGA，采用60kg/m提速高锰钢辙叉，采用V法造型高致密工艺进行生产，下面对其采用本发明方法进行优化：
步骤1：对60-12VGA辙叉模型6进行维修，即将该高锰钢生产厂家模型上的铸造工艺取消，按照本专利方法进行重新设置；根据该产品结构和出现病害情况，确定冒口1布置位置。
步骤2：制作木质锤击平台2高10mm，直径φ105mm，斜度1:20；锤击平台2两侧设置斜横筋4，斜横筋4与辙叉模型6轨墙相交处低于底板30mm，与锤击平台2相交处低于锤击平台5mm，宽25mm；锤击平台2和斜横筋4 与辙叉模型6相接处和棱角处处理平顺并倒圆角。
步骤3：使用洛铁矿砂+2％树脂混砂制作易割片5，使用发热材质生产制作异型冒口1并烘干。将冒口1和易割片5粘接备用。
步骤4：将易割片5和异型冒口1放置在锤击平台2上固定牢固，成型，浇注，冷却。
步骤5：符合开箱时间后开箱，使用气锤顺辙叉方向水平锤击去除冒口1。
下面对本发明和高致密工艺通道断面外观效果、冒口1补缩情况、辙叉切片进行对比：
经批量试验(20棵)对比，锤击后，锤击断面平整，致密，热处理后断面平顺，外观效果良好，无需修磨处理，对高致密工艺热切冒口1和本发明锤击冒口1切片对其补缩效果进行对比，高致密工艺冒口补缩液面下降 0-30mm，本发明冒口补缩液面下降120-200mm，补缩效果提升500％以上，冒口1补缩利用率高达50％以上，大幅度增加了冒口1补缩作用，提高了辙叉内部质量。对高致密工艺辙叉和本发明生产的辙叉相同位置进行切片对比，高致密工艺辙叉冒口1根部、轨底，轨墙等多处存在缩孔、缩松缺陷，本发明生产的辙叉未出现一处缩松，内部致密。
采用本发明进行辙叉生产，显著提高经济效益和社会效益：
以年产量10000棵为例估算(数据来源为国内某大型高锰钢辙叉生产厂家，数据为保守值)：
一年节约霞普气(乙炔)：40瓶/月×240元/瓶×12月/年≈12万元；节约热切冒口1工时+冒口1返修成本、工时+裂纹、缩孔类缺陷返修、报废费用共计50万元以上；补缩通道锤击后可以回收，每个重约10kg以上，平均每棵辙叉5个冒口1，每年节约10000棵×50kg/棵＝500T冶炼原材料，节约成本500T ×0.6万元/T(原材费用)＝300万元，共计每年节约成本350万元以上(异型冒口1相对普通冒口1造价有所提高，但较小，本评估忽略不计)。
本发明避免使用乙炔，节约能源，零污染、更环保；同时，提高产品质量，保证了线路行车安全。
