一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝。所述工藝澆注工序中，升液壓力為0.01～0.05MPa，升液時間為15～35s。本發明通過合理選擇和控制工藝參數，鑄件補縮良好，鑄件成形性好，能夠形成輪廓清晰、表面光潔的齒輪箱鑄件。鑄件組織致密、機械性能高、氣密性和耐壓性能好。
【專利說明】一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及齒輪箱的制作【技術領域】，尤其涉及一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝。
【背景技術】
[0002]鋁合金由于其比重輕、比強度高、耐蝕性好，在汽車、火車、船舶、航空和航天等領域得到了廣泛應用。高速列車齒輪箱體采用鑄造鋁合金，可減輕列車簧下質量，減少列車對鐵軌的磨耗和損傷，提高列車的運行，一些發達國家(如日本、法國、德國)經多年的研究，已先后在高速列車上采用了鑄造高強度鋁合金齒輪箱體。
[0003]低壓鑄造工藝的基本原理是:在密閉的保持爐的熔湯表面上施加0.01?0.05Mpa的空氣壓力或惰性氣體壓力，熔湯通過浸放在熔湯里的給湯管(升液管)上升，被壓進與爐子連接著的上方的模具內。熔湯是從型腔的下部慢慢開始充填，保持一段時間的壓力后凝固。凝固是從產品上部開始向澆口方向轉移，澆口部分凝固的時刻就是加壓結束的時間。憑借澆口的方向性凝固和從澆口開始的冒口壓力效果得到了完美的鑄件。最后當鑄件冷卻至固相溫度以下便可從模具中取出產品。
[0004]列車齒輪箱由上箱體和下箱體組合構成，箱體壁厚差異大，熱節分散，另外箱體內腔還分布有油槽、油鉤、擋油板，結構十分復雜。
[0005]齒輪箱體作為高速列車的關鍵部件，在列車高速運行時，承受著非常復雜的交變應力，為保證列車運行的安全性和可靠性，其關鍵部位必須進行X射線探傷，確保箱體不存在影響行車安全的縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，所采用的材料必須具有足夠的強度、剛度、塑性及優良的疲勞性能。
[0006]現有技術一般采用砂型重力鑄造齒輪箱體，但箱體質量不十分理想。低壓鑄造與一般重力鑄造相比有如下優點:
[0007]( I)低壓鑄造時金屬液自下而上從底部注入型腔，充型平穩；并且充型速度可得到有效控制，可以減少或避免金屬液產生翻騰、沖擊和飛濺，減少二次氧化，提高鑄件質量；
[0008](2)金屬液在壓力下充型，流動性增加，鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對于大型薄壁鑄件的成形更為有利；
[0009](3)鑄件在低壓下充型，又在較高的壓力下凝固結晶，鑄件組織致密、機械性能高、氣密性和耐壓性能好。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于針對現有技術的問題，提出一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝。
[0011]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0012]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝澆注工序中，升液壓力為0.01?0.05MPa，升液時間為15?35s。
[0013]本發明所述的升液壓力可選擇0.011?0.049MPa,0.015?0.042MPa,0.02?0.04MPa，0.024 ?0.038MPa,0.027 ?0.033MPa,0.03MPa 等。
[0014]所述的升液時間為15.01 ?34.8s, 16 ?32s, 17.6 ?30.7s, 18.6 ?28s, 20.5 ?26.6s, 22 ?25s, 23.7 ?24.8s 等。
[0015]按照本發明所述的升液壓力和時間，升液管內鋁液的上升速度保持在50mm/s左右，可以保證鋁液上升時能夠順利排氣、撇渣，不會造成鋁液在澆口處產生噴射，也不會導致鋁液溫度明顯降低，對保證箱體質量有利。
[0016]進一步地，本發明所述升液壓力為0.02?0.03MPa，升液時間為20?25s。
[0017]在本發明中，所述工藝澆注工序中，充型壓力為0.04?0.08MPa，例如可選擇0.041 ?0.079MPa, 0.047 ?0.073MPa, 0.055 ?0.07MPa, 0.06 ?0.068MPa, 0.064MPa 等，優選0.05?0.07MPa,進一步優選0.06MPa。
[0018]在確定充型時間時應注意防止鑄件產生氣孔、冷隔等缺陷，并保證鑄件自上而下順序凝固。本發明所述的充型時間為15?30s，例如可選擇15.01?29.9s，15.5?26.7s，16.8 ?25s, 17.5 ?24.2s, 18 ?22s, 19.3s 等，進一步優選 22 ?29s，最優選 25s。
[0019]保壓壓力在很大程度上決定了鑄件的致密度。正常情況下，保壓壓力越大，補縮效果越好，鑄件越致密。但由于受鑄型及設備條件等因素的限制，保壓壓力不能太高。在本發明中，所述工藝澆注工序中，保壓壓力為0.03?0.09MPa，例如可選擇0.031?0.089MPa,0.037 ?0.08MPa, 0.043 ?0.077MPa, 0.05 ?0.07MPa, 0.056 ?0.062MPa, 0.059MPa 等，優選0.05?0.08MPa，進一步優選0.065MPa。在這樣的壓力下既能保證箱體的致密度，又能保證箱體不至于產生過分的機械粘砂，保證箱體的表面質量。
[0020]進一步地，保壓時間為2?8s，例如可選擇2.02?7.96s, 2.4?7.5s, 2.82?7.34s, 2.99 ?7.0ls, 3.4 ?6.2s, 3.78 ?5.7s，4 ?5.3s,4.3 ?5s,4.7s 等，進一步優選4?7s，最優選5s。保壓時間的確定必須既要保證鑄件補縮良好，又要保證升液管出口處不“凍住”。
[0021]在本發明中，所述工藝采用樹脂砂型。樹脂砂作為砂型的一種，操作靈活方便，尺寸精度高，具有較高的強度，可以承受較高的壓力，這些對提高鑄件的內外質量都十分有利。由于低壓鑄造所采用的澆注方式和凝固順序不同于普通的砂型鑄造，因此在進行工藝設計時，為充分利用低壓鑄造時液體金屬在壓力作用下自下而上地補縮鑄件，應考慮使鑄件遠離澆口的部位先凝固，讓澆口最后凝固，使鑄件在凝固過程中通過澆口得到補縮，實現順序凝固。
[0022]由于鑄件尺寸大，為避免因鋁液在型內流動距離過長而產生冷隔缺陷，同對也為了加強對鑄件的補縮，采用分散的內澆道；對于尺寸較大的軸承部位使用冷鐵，造成鑄件以順序凝固的方式進行凝固:在充型過程中可能因鋁液匯合而產生氣孔和冷隔缺陷的部位設置溢流冒口:為防止低壓澆注過程中產生憋氣，在鑄型上部的分型面上開設多道出氣孔。
[0023]在鋁合金的熔煉過程中，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料。
[0024]鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣。
[0025]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝條件經優化包括以下步驟:
[0026]( I)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣；
[0027](2)在0.01?0.05MPa壓力下升液，升液時間為15?35s ；
[0028](3)在0.04?0.08MPa壓力下充型，充型時間為15?30s ；
[0029](4)結殼；
[0030](5)在0.03?0.09MPa壓力下保壓2?8s，使物料結晶凝固；
[0031](6)卸壓,取出齒輪箱鑄件。
[0032]與已有技術方案相比，本發明具有以下有益效果:
[0033]本發明通過合理選擇和控制工藝參數，鑄件補縮良好，鑄件成形性好，能夠形成輪廓清晰、表面光潔的齒輪箱鑄件。鑄件組織致密、機械性能高、氣密性和耐壓性能好。
[0034]本發明既能保證箱體的致密度，又能保證箱體不至于產生過分的機械粘砂，保證箱體的表面質量。
[0035]下面對本發明進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本發明的簡易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0036]為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下:
[0037]實施例1
[0038]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝條件經優化包括以下步驟:
[0039]( I)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣；
[0040](2)在0.05MPa壓力下升液，升液時間為35s ；
[0041](3)在0.08MPa壓力下充型，充型時間為15s ；
[0042](4)結殼；
[0043](5)在0.09MPa壓力下保壓2s，使物料結晶凝固；
[0044](6)卸壓,取出齒輪箱鑄件。
[0045]實施例2
[0046]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝條件經優化包括以下步驟:
[0047]( I)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣；
[0048](2)在0.0lMPa壓力下升液，升液時間為15s ；
[0049](3)在0.04MPa壓力下充型，充型時間為30s ；
[0050](4)結殼；
[0051](5)在0.03MPa壓力下保壓8s，使物料結晶凝固；
[0052](6)卸壓,取出齒輪箱鑄件。
[0053]實施例3
[0054]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝條件經優化包括以下步驟:
[0055]( I)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣；
[0056](2)在0.02MPa壓力下升液，升液時間為25s ；
[0057](3)在0.07MPa壓力下充型，充型時間為22s ；
[0058](4)結殼；
[0059](5)在0.08MPa壓力下保壓4s，使物料結晶凝固；
[0060](6 )卸壓，取出齒輪箱鑄件。
[0061]實施例4
[0062]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝條件經優化包括以下步驟:
[0063]( I)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣；
[0064](2)在0.03MPa壓力下升液，升液時間為20s ；
[0065](3)在0.05MPa壓力下充型，充型時間為29s ；
[0066](4)結殼；
[0067](5)在0.05MPa壓力下保壓7s，使物料結晶凝固；
[0068](6)卸壓,取出齒輪箱鑄件。
[0069]實施例5
[0070]一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，所述工藝條件經優化包括以下步驟:
[0071](I)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣；
[0072](2)在0.03MPa壓力下升液，升液時間為23s ；
[0073](3)在0.06MPa壓力下充型，充型時間為25s ；
[0074](4)結殼；
[0075](5)在0.065MPa壓力下保壓5s，使物料結晶凝固；
[0076](6)卸壓,取出齒輪箱鑄件。
[0077]將本發明所述的實施例1?5得到的齒輪箱鑄件指定部位經X射線檢查，鑄件質量等級能夠達到ASTME155標準規定的C級或以上，能夠滿足設計要求。齒輪箱鑄件經48小時煤油浸滲未發現滲漏。鑄件晶粒度達到6?7級、針孔度達到I級，高于一般砂型重力鑄造。齒輪箱體內腔油槽、油鉤成形清晰，完全滿足潤滑需要，箱體表面質量良好。齒輪箱鑄件附鑄試樣經T6熱處理后的機械性能，生產的齒輪箱體材料性能達到了設計要求，滿足列車的需要。
[0078] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的工藝步驟，但本發明并不局限于上述工藝步驟，即不意味著本發明必須依賴上述工藝驟才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明所選用原料的等效替換及輔助成分的添力口、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
1.一種列車鋁合金齒輪箱的低壓鑄造工藝，其特征在于，所述工藝澆注工序中，升液壓力為0.0l?0.05MPa，升液時間為15?35s。
2.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述升液壓力為0.02?0.03MPa，升液時間為20?25s。
3.如權利要求1或2所述的工藝，其特征在于，所述工藝澆注工序中，充型壓力為0.04 ?0.08MPa,優選 0.05 ?0.07MPa,進一步優選 0.06MPa ； 優選地，充型時間為15?30s，進一步優選22?29s，最優選25s。
4.如權利要求1-3之一所述的工藝，其特征在于，所述工藝澆注工序中，保壓壓力為0.03 ?0.09MPa,優選 0.05 ?0.08MPa,進一步優選 0.065MPa ； 優選地，保壓時間為2?8s，進一步優選4?7s，最優選5s。
5.如權利要求1-4之一所述的工藝，其特征在于，所述工藝采用樹脂砂型。
6.如權利要求1-5之一所述的工藝，其特征在于，在鋁合金的熔煉過程中，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料。
7.如權利要求6所述的工藝，其特征在于，鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣。
8.如權利要求1-7之一所述的工藝，其特征在于，所述工藝包括以下步驟: (1)將鋁合金原料放入熔煉設備中進行熔煉，在熔煉時，先加入熔點低的原料，再加入熔點高的原料；鋁合金原料熔化后，利用氮氣進行精煉除氣； (2)在0.01?0.05MPa壓力下升液，升液時間為15?35s ； (3)在0.04?0.08MPa壓力下充型，充型時間為15?30s ； (4)結殼； (5)在0.03?0.09MPa壓力下保壓2?8s，使物料結晶凝固； (6)卸壓，取出齒輪箱鑄件。
【文檔編號】B22D18/04GK104275468SQ201310294801
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】李飛 申請人:無錫成博科技發展有限公司