酯硬化水玻璃在铁路货车摇枕生产中的应用

2020-03-27

酯硬化水玻璃砂工艺兼顾了普通水玻璃砂工艺和树脂砂工艺的优点,具有强度高、渍散性好、发气量小、便于回收等特点,应用于铁路货车摇枕、侧架生产可大幅改善表面质量,降低裂纹风险,提升产品质量水平,进而确保了铁路车辆的运行安全。
一、酯硬化水玻璃砂工艺研制于上世纪70年代后期,于90年代定型并在本世纪00年代得到大规模应用至今,是基于普通C02硬化水玻璃砂工艺,通过对水玻璃进行改性,引入有机酯作为固化剂而成,是一种清洁高效的绿色铸造工艺。与普通水玻璃砂相比,酯硬化水玻璃砂工艺具有型砂流动性好、强度高、溃散性好、便于回收等优点;与树脂砂相比,酯硬化水玻璃砂工艺退让性好、价格相对低廉、与环境友好。
随着国民经济发展和铁路货车重载提速运输的需要,我国铁路货车转向架关键零部件摇枕、侧架的质量要求也在不断提高。在铁路主管部门的组织下,铁路铸造工作者经过多年的不懈努力,不断推进铸钢摇枕、侧架工艺上水平、材质上等级、检洌上台阶、实物上档次,使我国摇枕、侧架的制造技术和产品质量达到了较高水平。而有机酯硬化水玻璃砂工艺在摇枕、侧架造型特别是整体芯制芯中的广泛应用,促进了行业内部质量水平的提升。
确定生产摇枕、侧架产品选定直接采用酯硬化水玻璃砂工艺进行生产试制,改性水玻璃和有机质工艺特点分析及酯硬化水玻璃砂工艺简析
1、摇枕
摇枕沿长度方向呈鱼腹形,这种结构既能保证摇枕具有足够的强度,又可节约材料,减轻自重。上平面中部为心盘座,下心盘用螺栓组装在摇枕上。中部设有心盘销孔,用于安插中心销。摇枕两端有下旁承座,两端支撑在弹簧上,与弹簧对应位置铸出突出的圆脐或弹簧止档,用于弹簧定位。摇枕两端的侧面上,有四个楔块槽,楔块槽两侧分别有突出的摇枕挡。通常情况下,在下心盘与旁承座之间摇枕中部上平面有两个长圆形工艺孔,摇枕侧面中部的两个椭圆孔用于减重,安装通过式基础制动中拉杆等,摇枕腹部下面两个对称的长圆孔为工艺孔。
2、侧架
侧架两端导框宽度较大。侧架中部有一较大的方型孔。在方孔两侧的立柱内侧平面上可固定安装磨耗板。在侧架立柱两侧设有止挡,控制摇枕横向位移。方形孔的下部为弹簧承台,承台上设有固定弹簧用的圆脐或止档。侧架内侧还设有制动梁滑槽。侧架两边设有三角形检查孔,用于观察、更换闸瓦。
3、摇枕、侧架是典型的薄壁箱型结构,材质为低合金铸钢,工艺难度较大。
(1)摇枕、侧架用钢为含碳量0.20%~0.32%左右的低合金钢,属于亚共析钢,凝固结晶温度范围较宽,如果凝固方式控制不当,易形成裂纹。由Fe-Fe3C相图可知,亚共析钢由相到固相要经历二次相变0 1 5 30℃从液相中析出体心6一铁,1 49 3℃开始发生包晶反应,6一铁晶核外生成面心y一铁(奥氏体),此后残余液相全部形成奥氏体。伴随这一转变而出现的体积变化是引起铸钢件热裂纹的原因之一,必须在工艺设计中加以重视。
(2)部分相邻壁厚差异较大,相交处形成热节,浇注时铸件温度场不均匀,采取特殊措施的情况下,既不能完全实现顺序凝固,又不能实现同时凝固。由于铸各部位不能同时收缩,最后凝固部位收缩受阻,易产生热裂纹、缩孔等缺陷,关键位热节应采用工艺措施以保证凝固顺序。
2酯硬化水玻璃砂工艺简析
酯硬化水玻璃自硬砂工艺选用的水玻璃是在普通水玻璃的基础上通过一系列化学和物理改性及电离转化而成的改性水玻璃,水玻璃加入量比传统的C02硬化法减少一半左右,型砂流动性好,易紧实,改善了型砂的溃散性,减轻了劳动强度。酯硬化水玻璃砂工艺性能受原砂质量、固化剂和水玻璃种类及加入量、环境温(湿)度、混砂工艺及设备等多种因素的影响。
酯硬化水玻璃砂需控制的工艺指标如下:
(1)强度
酯硬化水玻璃砂~般没有湿强度,待砂型白硬到一定强度时方可起模。浇注时的终强度需达到0. 4MPa以上。影响型砂终强度的因素有原砂粒形、粒度、含泥量、微粉含量和含水量,水玻璃、有机酯加入量及空气湿度、温度等。实际生产中,由于其它影响因素确定,型砂强度受温度和湿度的影响大。温度大于30℃时,液料反应速度力口快,型砂使用强度降低;温度低于10℃,液料反应速度变慢,型砂强度提升缓慢,生产效率低,而环境湿度增加,初始硬化速度加快,初始硬化强度有所增加;但硬化终强度有所下降,铸型的表面稳定性下降。因此混砂设备通常安装砂温控制器,温度过高时报警,温度过低时对型砂进行加热,湿度偏高时,可以考虑砂型预表干措施。
(2)硬化速度
型砂硬化过快,可使用时间缩短,终强度也会降低。硬化速度过慢会降低生产率。影响硬化速度的主要因素有环境温度、水玻璃模数、有机酯种类及加入量、空气湿度和原砂水份等。
(3)可使用时间
决定可使用时间的主要因素是硬化速度。硬化速度越快,可使用时间愈短。超过可使用时间的型砂流动性极差,充型能力下降,造型后强度大幅降低,型砂表面稳定性较差,很容易造咸冲砂或砂眼等铸件缺陷。
(4)发气量
有机酯水玻璃砂发气量较小,但也需要选用合适的涂料以阻断钢水与型砂的接触界面,实际生产中需控制涂料的发气量。
(5)存放性
酯硬化水玻璃砂的存放性较C02硬化水玻璃砂好,基本没有返碱粉化现象。但空气湿度对砂型存放影响较大,当空气湿度>80%时砂型易吸潮发生蠕变,使铸件的尺寸精度下降,因此在工艺设计中应严格控制砂型存放时间。