具有后芯支撐件的有軌車耦合器轉向節芯的制作方法
【專利摘要】一種用于在有軌車耦合器轉向節中創建內部空間的芯組件，所述芯被設計以安裝在包括上模段和下模段的腔內。所述腔被成形以形成有軌車耦合器轉向節，所述腔包括第一壁，所述第一壁形成轉向節尾段基本垂直的外壁。所述芯包括具有后芯支撐件段（156）的腎形段（50），當所述芯被安裝在下模中時，所述后芯支撐段延伸出所述腔的所述第一壁的外部至少0.5"。
【專利說明】具有后芯支撐件的有軌車耦合器轉向節芯
發明領域
[0001]本發明涉及鐵道耦合器領域，尤其涉及用于產生鐵路耦合器轉向節內部空間的芯及芯的制備方法，以及轉向節本身的結構及其生產方法。
【背景技術】
[0002]軌道車耦合器位于各軌道車的端部，使得這種軌道車車廂的一端能夠連接到另一輛軌道車車廂的與之相鄰配置的端部。每個耦合器的彼此能相互配合(engagable)的部分在軌道領域被稱為轉向節(knuckles)。例如，美國專利4024958、4206849、4605133、5582307均提及了軌道貨運車廂耦合器轉向節。
[0003]I禹合器轉向節(coupler knuckles)通常由鑄鋼(cast steel)生產，生產過程中使用一個模具和三個用以產生轉向節內部空間的芯。這三個芯通常構成后部芯或“腎形”區段，中間芯或“C-10”或“樞軸銷”("pivot pin")區段以及前部芯或“指形”區段。在鑄造過程中，模具和位于模具內部的三個芯之間本身的相互關系在生產令人滿意的軌道貨車耦合器轉向節中是至關重要的。
[0004]生產這些組件最常見的技術是通過砂型鑄造。砂型鑄造為制造復雜的中空形狀如率禹合器主體、轉向節、側架(side frames)和承梁(bolsters)提供了一種低成本、高產量的生產方法。一個典型的砂型鑄造包括:(I)圍繞模樣(pattern)填充砂形成模具(mold), —般包括澆注系統；(2)從模具中拿出模樣；(3)將芯放入模具中，芯是封閉的；(4)用熱的金屬液體澆注所述模具；(5)使金屬在模具中冷卻；(6)將凝固的金屬(也稱為原始鑄件)通過分離(breaking away)模具取出；(7)鑄件完成和處理,其可能包括使用研磨機、焊機、熱處理和機械加工。
[0005]在砂型鑄造操作中，模具的制造是通過:用砂作為基礎材料，并且使用粘結劑與之混合以保持其形狀。模具分成兩部分制造一上模(頂部)和下模(底部)，沿著分型線(parting line)分開。砂圍繞模樣填充，當模樣從模具中移除后，砂仍然保持模樣的形狀。模樣中機械制備(machined)撥模角度(draft angles),以確保模樣從模具中取出。在某些砂型鑄造操作中，在注模過程中通過澆注工藝使用一個砂箱支撐砂。芯被插入到模具中，上模被放在下模上以封閉模具。
[0006]當鑄造復雜或中空的部件時，芯用來確定所述中空內部或復雜區段，它們不能隨模樣一起制造。這些芯通常是由砂和粘結劑混合在一起制造，然后填充到一個具有該芯形狀的盒子里。該芯盒可以手工充填也可以利用吹芯機(core blower)填充。將芯從盒中移除，然后放入模具中。利用型芯座(core prints)將芯定位到模具內，以及澆注金屬時防止芯移動。此外，可能利用芯撐(chaplets)來支撐芯或限制芯的移動，以及在金屬凝固過程中融合到基體金屬(base metal)中。
[0007]模具通常包含澆注系統，澆注系統為熔化的金屬提供了一個通道，控制金屬流動到腔內。澆注系統包括了一個下澆口，控制金屬的流動速度，下澆口與澆道連接。澆道是金屬通過注入口流動到腔內的通道。注入口可以控制金屬進入腔內的流速，防止液體的湍流。[0008]在金屬被注入模具后，在接近固態時，鑄件冷卻和收縮。當金屬收縮時，額外的液態金屬必須繼續加入到收縮的地方，否則最終的組件將會出現空洞。在厚重的金屬區段，模具中放置冒口(risers)，以提供液態金屬的輔助庫。冒口是最后凝固的區域，從而使其內的液體保持液體狀態的時間比空腔或正被澆鑄的部分更長。隨著腔的內容物冷卻，冒口能夠在區域內補充液體，確保生產一個結實的最終鑄件。在上模頂部開口的冒口還可以在澆注和冷卻過程中充當通風孔使空氣排掉。
[0009]在各種鑄造技術中，使用不同的砂粘結劑使砂保留模樣的形狀。這些砂粘結劑對最終產品有很大的影響，因為它們控制空間穩定性、表面光潔度以及在每個具體過程中的鑄造細節。兩種最典型的砂型鑄造方法包括:(I)濕型砂，由娃砂、有機粘結劑和水組成；
(2)自硬或空氣硬化砂型，由硅砂和快速固化化學粘合劑組成。傳統上，耦合器主體和轉向節采用濕型砂工藝制造，因為其成型材料成本低。雖然采用該方法有效地制備這些組件已有許多年，然而這種工藝存在一些缺陷。
[0010]由于貫穿轉向節的金屬的內部和/或外部不一致，許多轉向節是不合格的。這些不一致通常由鑄造過程中一個或多個芯移動而引起，引起轉向節壁的厚度差異。這些差異可能導致偏載以及增加轉向節使用過程中失效的風險。
[0011]傳統上，三個芯的每一個都需要被設置在模具中一個單獨的型芯座上，型芯座有助于固定每個芯的位置。此外，額外的支撐機制，如手動插入釘子，是必要的，以避免移動。這些技術是勞動密集型的，還存在人為失誤。
[0012]早期的設計還可能在澆注過程中，由于某些區域的形狀過渡(sharptransitions)而引起流動的鋼液產生瑞流。當金屬高速填充模具時會產生瑞流。模具或芯中任何尖銳或突然的過渡也會產生湍流和/或壓力梯度，它們也可以導致芯移位。此外，湍流和壓力梯度會導致侵蝕、夾雜物和再氧化的缺陷。這些問題會導致凝固問題，例如收縮和孔隙度問題，轉而會導致轉向節失效。
[0013]以上問題都可 能導致轉向節的芯表面的鑄造不一致(castinginconsistencies)。這種不一致以及所產生的低疲勞強度的代價可能會非常昂貴，因為當某個部分必須報廢或替換時，美國鐵路協會(AAR)有嚴格的標準。AAR在2011年現場手冊的A部分16條規定:“在轉向節任何區域發現損壞或裂縫……通過目測檢查和/或利用AAR規格M-220定義的無損檢測應被廢棄(強調)。”由于這些嚴格的標準以及更換這些零部件的開支，迫切需要提高耦合器轉向節的強度和/或疲勞壽命，以及需要改善的用于制備轉向節的芯的設計。
【發明內容】
[0014]在一個實施例中，一種用于在有軌車耦合器轉向節中創建內部空間的芯組件，所述的芯被設計以安裝在包括上模段和下模段的腔內。所述腔被塑形以形成有軌車耦合器轉向節，且所述的腔包括第一壁，所述第一壁形成所述轉向節尾部的基本垂直的外壁。所述芯包括具有后芯支撐段的腎形段；以及當所述芯被置于所述下模中時，所述后芯支撐段至少向所述腔的所述第一壁外部延伸0.5"。
[0015]在第二個實施例中，一種用于在有軌車耦合器轉向節中創建內部空間的芯組件，所述芯組件包括具有后芯支撐件段的腎形段，所述后芯支撐段底部的半徑小于所述后芯支撐件段頂部的半徑。
[0016]在第三個實施例中，有軌車耦合器轉向節具有一個尾段，所述尾段有一個界定于其中的開口，其中所述開口的高度介于約I?1.8〃之間，其寬度介于約I?2.2〃之間。
[0017]在第四個實施例中，有軌車耦合器轉向節具有一個尾段，所述尾段有一個界定于其中的開口，其中所述開口的圓角半徑大于約0.25"。
[0018]在第五個實施例中，有軌車耦合器轉向節具有一個尾段，所述尾段有一個界定于其中的開口，其中所述開口的高度與寬度的比值介于約1:0.4?1: 1.3之間。
[0019]在第六個實施例中，有軌車耦合器轉向節具有一個尾段，所述尾段有一個界定于其中的開口，其中所述開口的圓角半徑介于約0.1?0.8〃之間。
[0020]在第七個實施例中，有軌車耦合器轉向節具有一個尾段，所述尾段有一個界定于其中的開口，其中所述開口的高度與最大圓角半徑的比值介于約1:1.25?1:1.18之間。[0021 ] 在第八個實施例中，有軌車耦合器轉向節具有一個尾段，所述尾段有一個界定于其中的開口，其中所述開口的寬度與最大圓角半徑的比值介于1: 1.75?1: 1.22之間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]參考下列附圖和描述可能更好理解本系統。附圖中的部件不必要按比例，重點則在于圖解本發明的實質。而且，在各附圖中，相類似的附圖標記指代不同視圖中的相應部件。此外，附圖中的尺寸僅僅只是實施例，不應理解為對于本發明權利要求的限制。
[0023]圖1為完整轉向節的俯視圖；
[0024]圖2為完整轉向節的側視圖；
[0025]圖3A為完整轉向節的透視圖；
[0026]圖3B為完整轉向節的與圖3A相反方向的透視圖；
[0027]圖4為本發明的指形芯部分插入本發明腎形芯/C-1O的透視圖；
[0028]圖5為圖4中的指形芯和腎形芯完全拼接的示意圖；
[0029]圖6為圖4中的指形芯和腎形芯的剖視圖；
[0030]圖7顯示了圖4中的指形芯和腎形芯，第一過渡段被突出顯示；
[0031]圖8為圖4中的指形芯的側視圖；
[0032]圖9為圖4中的C-1O/腎形芯的C-1O/側的側視圖；
[0033]圖10為圖4中的C-1O腎形芯的C-1O/側的側視圖；
[0034]圖11為現有的C-1O/腎形芯與現有的指形芯拼接在一起的剖視圖；
[0035]圖12顯示了圖11中的腎形芯與指形芯，第一過渡段被突出顯示；
[0036]圖13顯示了圖11中的腎形芯與指形芯的俯視圖，第一過渡段被突出顯示；
[0037]圖14顯示了圖4中的腎形芯與指形芯的俯視圖，第一過渡段被突出顯示；
[0038]圖15為圖4中的芯位于轉向節內部圖，顯示圍繞芯形成的轉向節的形狀；
[0039]圖16顯示圖11中的芯位于轉向節腔內，顯示圍繞芯形成的轉向節的形狀；
[0040]圖17為圖4中的指形芯和腎形芯組裝后的側視圖；
[0041]圖18為圖11中的指形芯和腎形芯組裝后的側視圖；
[0042]圖19為圖11中的指形芯和腎形芯組裝后的俯視圖；
[0043]圖20為圖4中的指形芯和腎形芯組裝后的俯視圖；[0044]圖21為圖4和圖11中的在腎形芯/C-1O和指形芯之間的第二過渡段的俯視對比圖；
[0045]圖22顯示了圖4中的芯,后芯支撐件(rear core support)被附加上示例性的測
量值；
[0046]圖23為圖4中的指形芯和腎形芯組裝后的側視圖；
[0047]圖24為圖4中的后芯支撐件的放大側視圖；
[0048]圖25為圖4中的后芯支撐件的放大透視圖；
[0049]圖26為圖11中的組合的芯的俯視圖，添加了角度；
[0050]圖27為圖11中的芯位于轉向節腔恰當位置的俯視圖，顯示腔外后芯支撐件的延伸；
[0051]圖28為圖4中的芯位于轉向節腔恰當位置的俯視圖，顯示腔外后芯支撐件的延伸；
[0052]圖29為本發明的芯制造的轉向節的后視圖；
[0053]圖30為現有技術的芯制造的現有技術的轉向節的后視圖；
[0054]圖31顯示了圖11中的芯的側視圖，并顯示了水平分型線；
[0055]圖32顯示了圖4中的芯的俯視圖，并顯示了垂直分型線；
[0056]圖33為在恰當位置具有活動件的打開的垂直分開(open vertically parted)的芯盒俯視圖；
[0057]圖34為圖33的活動件的側視圖；
[0058]圖35為圖33的活動件的俯視圖；
[0059]圖36為圖33的活動件的透視圖；
[0060]圖37為現有技術的轉向節的側橫截面圖，顯示由現有技術的腎形芯形成的開口 ；
[0061]圖38為利用圖4中的芯制造的轉向節的側橫截面圖；
[0062]圖39為本發明轉向節的橫截面圖，顯示C-1O銷孔(pin hole)。
[0063]附圖的詳細說明及優選實施例
[0064]本發明的一個目的是利用具有獨特的互鎖結構的兩個芯，以減少在鑄件過程中發生芯變形，從而提高耦合器轉向節的強度和疲勞壽命。圖1?3顯示了一個完整的轉向節10以作參考。通過【背景技術】，此處結合圖1?3描述該完整的轉向節的一般部件。一個轉向節10包括拋光肩部(buffing shoulders) 12、C-10銷孔14、標識孔16、前面18、后跟部20、中心22、鎖架24、鎖定面26、突出部28、銷保護套30、牽引面32、牽引支托34、脊柱36、脊柱過渡38、尾部40、尾部截止件42、甩油環墊44以及喉46。參考圖4，第一個專用芯為指形芯48，其在轉向節10側的前面18形成空間，以及第二個專用芯為組合C-10/腎形芯50，其在轉向節10的C-10銷孔14和尾部40段形成空間。
[0065]在該轉向節10的前面部分，本發明使用一個如圖4?8所示的被稱為指形芯48的獨特形狀的第一芯。圖5、6和7顯示了該指形芯48連接腎形芯50。圖4顯示了該指形芯48通過指形芯48的壁54上形成的支托52和形成在C-10/腎形芯50的C-10部60的第一壁58上的槽56的相互作用，而將連接到第二或C-10/腎形芯50。圖8單獨顯示了指形芯48。
[0066]繼續參考圖5，7和14，支托52和槽56的設計在芯48、50之間形成一個互鎖結構，或者第一過渡段62，在過渡段62中形成一個從C-1O/腎形芯50到指形芯48的平滑過渡。這個平滑過渡段62的作用是能夠減少鑄造過程中的熔化金屬的湍流，從而減少例如夾雜物、再次氧化缺點和以及金屬的孔隙度等凝固問題，以及減少模具腐蝕的可能性。這個結構還能減少轉向節10的內部特征的熱撕裂(hot tears)發生,熱撕裂在現有的鑄造過程中是一個問題。此外，其能夠有效的控制整個轉向節10的C-1O銷孔14、牽引支托34和拋光肩部12相互之間的距離。
[0067]與圖11、12和13所示的現有技術的過渡段62相比，該段62發生了改變:通過在水平方向和垂直方向上均增大了這個區域的厚度。例如，如圖11和12所示，在現有技術中，尖拐角64形成在過渡段62的第一末端66且鄰近C-1O芯50的端壁68，此處指形芯48的支托52進入C-1O芯50的槽56。而在本發明中，除去這個尖拐角，取而代之的是大約0.10英寸的第一半徑(first radius)70,該半徑從芯50的C-1O部60的第一垂直壁58到該芯的C-1O部60的端壁68,后面將被稱為第一主動截止面(first positive stop surface)74且進一步描述。圖中該第一半徑70顯不為R1。第二半徑(second radius)80形成在指形芯48上，且從指形芯48的第二主動截止面(second positive stop surface)76的垂直壁和指形芯48的外側垂直部78延伸出。該第二半徑80優選大約0.10英寸或更大，且在圖中標示為R2。該第一半徑70也可以被描述為大約0.10英寸，從芯50的C-10部60的第一垂直壁58到其與第二半徑的切點。該第二半徑80也可以被描述為大約0.10英寸，從指形芯48的外側垂直部78到其與芯50的第一半徑70的切點。
[0068]如圖7和14所示，相比于現有技術(參考圖12和13)，芯50的C-10部60和指形芯48之間的第一過渡段62也通過增大過渡段62的寬度W和高度H來進行改良。該過渡段62包括形成垂直軸86 (圖7)的第一側82和第二側84以及形成水平軸92 (圖14)的第三側88和第四側90。半徑Rl和R2在過渡段62的頂側94的結合點到半徑Rl和R2在過渡段62的底側96的結合點之間構成過渡段62的高度H。如圖14所示，過渡段62的第三側88和第四側90之間構成過渡段62的寬度W。該第三側88形成于轉向節10的內側或喉偵U 98，而第四側90形成于轉向節10的尾部截止側100。圖12和13顯示現有技術中相應的高度Hl大約為2.40英寸以及寬度Wl大約為0.922英寸。
[0069]這個過渡段62的高度H優選大于約2.5英寸以及寬度W優選大于約0.925英寸。可選的，相比現有技術中的高度，該高度H至少可以增大75%，而相比現有技術中的寬度，該寬度W至少可以增大50%。在優選實施例中，該高度H大約為3.98英寸以及寬度W大約為1.33英寸。
[0070]相比現有技術的過渡段，這些改變能夠導致從C-10/腎形芯50到指形芯48的更平滑過渡。如圖15所示，現有技術的尖拐角64被除去，這個更平滑的過渡區62形成一個在完成的轉向節10的相應區域104內的厚度更均勻的壁102。在該區域通過該過渡段62形成的轉向節10的開口優選為高度大約3.0英寸以及寬度大約0.8英寸。
[0071]本發明的第一過渡段62的其他方面的設計為增加一個主動截止(件)。該主動截止件形成于c-10/腎形芯50的C-10部60和指形芯48各自對應的垂直壁74、76上。如圖5?7所示，該主動截止件允許指形芯48和C-10/腎形芯50在準確的安裝下能夠彼此完全地齊平(seat)，進一步減少芯的移動。另外，該主動截止面74、76的設計形成一個環繞整個連接點108的360°的半徑。這樣，減少整個轉向節10的壓力以及提高整個轉向節10的凝固，以及減少熱撕裂的可能性。這個主動截止件結構還有助于形成前述的大的半徑Rl和R2。更大的半徑也能減少轉向節10的壓力，以及提供一個當模具填充時的更平滑的、更少的金屬湍流。相應的，減少熱撕裂的可能性。
[0072]圖4，圖6，以及圖8?10顯示了 C-10/腎形芯50的第一主動截止面74的優選結構。該槽56被確定在C-1O/腎形芯50的C-1O部60的第一壁58上，可優選為0.6?1.0英寸之間的寬度以及2.00?3.5英寸之間的高度。該槽56的深度略大于1.0英寸以容納該支托52。該第一主動截止面74形成于C-1O/腎形芯50的第一壁58上并環繞該槽56作360°延伸，優選為延伸出槽56外的約0.10-0.35英寸，而且基本上平行于第一壁58。
[0073]相應的第二主動截止面76具有與第一主動截止面74相同的尺寸，以保持準確安裝。該第二主動截止面76被確定為環繞從指形芯48的壁54延伸出的支托52作360°延伸，且基本平行于指形芯48的壁54。該第二主動截止面76優選為延伸出支托52表面外的約0.10-0.35英寸。該支托52包括錐形(taper)的頂壁110和底壁112，從而使進入槽56內的支托52的末端114的高度少于與其對立的支托52的末端116。該支托52優選為大于約1.0英寸，從指形芯48的壁54延伸到支托52的末端114。該支托52優選為0.60-0.90英寸之間的寬度和2.75-3.25英寸之間的高度。該錐形角(taper angle)A優選為大于1°。圖4顯示了指形芯48正被插入C-1O/腎形芯50，圖5顯示了指形芯48和C-1O/腎形芯50完全合并在一起，連同第一主動截止面72和第二主動截止面74齊平的固定一起，并顯示了指形芯48和C-1O/腎形芯50之間平滑的且基本上連續的過渡段62。當指形芯48和C-1O/腎形芯50合并(seated)—起時，這個互鎖結構62有效地形成一個過渡段62，該過渡段62的高度大于約2.5英寸且寬度大于約0.75英寸。
[0074]更大尺寸的過渡段形成一個更穩健的結合點，從而減少芯在裝配前的處理或者芯在裝配到模具內的時候發生結合點損壞的可能。
[0075]在另一個可選的實施例中(圖未示)，腎形芯和C-1O芯是分離的。支托和第一主動截止面形成于C-1O芯的第二壁118上。在這個實施例中，槽和第二主動截止面形成于腎形芯上。該支托和槽以及它們相應的截止面設計為如上述實施例的支托和槽的相同方式合并
在一起。
[0076]在另一個可選的實施例中(圖未示)，槽上形成的袢扣(tab)和支托上形成的對應孔(反之亦然)作為破損安全配合，從而使芯無法逆向裝配。
[0077]本發明的另一方面是對腎形芯和C-1O芯50的C-1O部60之間的第二過渡段120(如圖17和20所示的陰影部分)的改良。如圖11?13所示，現有技術包括一個陡峭的過渡122，置于這些芯部59、60之間。這種類型的過渡在鑄造過程中無法推動好的金屬流動整個轉向節10，并且當鑄造冷卻時會促進熱撕裂形成。
[0078]當從前面18進行鑄造時，液態金屬傾向于在更薄(thinner)的段中更快冷卻。在現有設計中，這個段的壁厚度變化相當大，尤其在圖16所示的陡峭過渡段122。由于液態金屬到達由所述陡峭過渡段122形成的較厚的壁前先通過較薄的段，在此其會更快冷卻，從而會導致最后的部分出現瑕疵。
[0079]與圖11?13、16、18和19所示的現有技術的芯中相同的區域相比，圖4?7、14、15、17和20所示的本發明的第二過渡段120增加了材料。如圖17所示，第二過渡段120被確定于頂壁124上，該頂壁124在C-1O芯部60的上部的腎側壁126和轉向節的尾部側132之間延伸。底壁128在C-1O芯部60的底壁和轉向節的尾部側132之間延伸。第一側134和第二側136相應的在轉向節10的喉側138和轉向節10的尾部側132之間延伸。至少約1.93英寸的材料被增加到這個區域的垂直高度H2以使其至少為3.50英寸高，以及至少0.97英寸的材料被增加到這個區域的水平寬度W2以使其至少為I英寸寬。如圖15所示，這個更平滑的過渡導致更均勻厚度的喉側壁140。
[0080]這種平滑的過渡和更均勻的喉側壁140位于所述轉向節10的所述喉部142，且包括最接近所述轉向節尾部40的第一段A144、最接近所述轉向節牽引面32的第三段C148、以及介于所述第一段144和第三段148之間的第二段B146 (圖16顯示了分別使用144a、146a和148a的典型現有技術部分的相同區域)。重要的是應注意，每個段的長度已經概括在圖中以備參考，并且并不意味著權利要求被如圖中所示這些段的確切尺寸限制。
[0081]在一個實施例中，所述第一段144的所述喉側壁140的厚度優選為大于所述第二段146的所述喉側壁140的厚度，所述第二段146的所述喉側壁140的厚度優選為大于所述第三段148的所述喉側壁140的厚度。此外，在所述第一段144中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第三段148中所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于17%，在所述第一段144中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第二段146中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于11%，以及在所述第二段146中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第三段148的所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于11%。在另一個實施例中，在所述第一段144中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第二段146中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于17%，在所述第二段146中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第三段148中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于30%。在又一實施例中，在所述第一段144中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第二段146中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于4%，在所述第二段146中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度與在所述第三段148中的所述喉側壁140的至少一部分的厚度之間的差異約小于11%。
[0082]例如，在所述段A144內的所述喉側壁140的至少一部分的厚度可至少約為1.39英寸，在所述段B內的所述喉側壁140的至少一部分的厚度可至少約為1.34英寸，以及在所述段C內的所述喉側壁140的至少一部分的厚度可至少約為1.19英寸。作為參考，如圖16所示的現有技術轉向節，在所述段A144內的所述喉側壁140的至少一部分的厚度可至少約為1.40英寸，在所述段B內的所述喉側壁140的至少一部分的厚度可至少約為1.69英寸，在所述段C內的所述喉側壁140的至少一部分的厚度可至少約為1.19英寸。
[0083]在附加的實施例中，所述第一段144的所述喉側壁140的厚度優選為小于所述第二段146的所述喉側壁140的厚度，并且所述第二段146的所述喉側壁140的厚度優選為小于所述第三段148的所述喉側壁140的厚度。在本實施例中，在所述喉段(throat section)的包括A、B、C段的所述整個喉側壁142中的所述壁的厚度包括穿過所述喉段的變化小于10%。在又一實施例中，包括A、B、C段的所述整個喉側壁140貫穿所述尾部截止側壁141的變化小于17%。在又一實施例中，包括A、B、C段的所述整個喉側壁140貫穿所述尾部截止側壁141的變化小于3.5%。
[0084]類似的改變已經被應用到所述芯的所述尾部截止側(tail stop side) 133。材料已被添加到這一段的垂直高度H2及水平寬度為W2。這種平滑的過渡致使如圖15所示的尾部截止側壁141的厚度更均勻。這種平滑的過渡位于所述轉向節10的所述喉部的所述尾部截止側壁141，且具有最接近所述轉向節40的第一段X145、最接近所述轉向節牽引面的第三段Z149、以及介于所述第一段145和第三段149的第二段Y147 (圖16顯示了分別使用145a、147a和149a的典型現有技術部分的相同區域)。重要的是應注意，每段的長度已經概括在圖中以備參考，并且并不意味著權利要求被如圖中所示這些段的確切尺寸所限制。
[0085]在一個實施例中，所述第一段145的至少一部分的所述尾部截止側壁141的厚度優選為大于所述第二段147的所述尾部截止側壁141的厚度，所述第二段147的所述尾部截止側壁141的厚度優選為大于所述第三段149的所述尾部截止側壁141。此外，在所述第一段145中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度與在所述第二段147中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度之間的差異約為32%，在所述第二段147中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度與在所述第三段149中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度之間的差異約為68%。在另一個實施例中，在所述第一段145中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度與在所述第二段147的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度之間的差異約為4%，在所述第二段147中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度與在所述第三段149中的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度之間的差異約為 51%。
[0086]例如，在所述段X144內的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度可約為至少
1.23英寸，在段Y內的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度可約為至少1.19英寸，以及在段Z內的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度可約為至少0.58英寸。作為參考，如圖16所示的現有技術轉向節，在所述段X144內的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度可約為至少1.23英寸，在段Y內的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度可約為至少1.81英寸，以及在所述段Z內的所述尾部截止側壁141的至少一部分的厚度可約為至少0.58英寸。
[0087]在又一實施例中，包括X、Y和Z段的整個尾部截止側壁141貫穿尾部截止側壁141的變化小于32%。在又一實施例中，包括X、Y和Z段的整個尾部截止側壁141貫穿尾部截止側壁141的變化小于3.2%。
[0088]此外，在另一個實施例中，所述第一段145的所述尾部截止側壁141的厚度優選為小于所述第二段147的所述尾部截止側壁141的厚度，并且所述第二段147的所述尾部截止側壁141的厚度優選為小于所述第三段149的所述尾部截止側壁141的厚度。此外，在此可替換的實施例中，優選為所述尾部截止側壁141貫穿包括Χ、Υ和Z段的整個喉段，其厚度變化小于17%。在又一個可替換的實施方案中，優選為所述尾部截止側壁141貫穿包括X、Y、和Z段的整個喉段，其厚度變化小于3.5%的。這些變化導致了在鑄造高應力區域中的一個具有稍厚的橫截面面積。所述較厚的區域降低了所述應力。
[0089]如圖15，這個新設計的第二過渡段120導致轉向節10具有這樣一個壁150，其約為1.0英寸厚或更厚。此外，本發明的一個實施例的材料其厚度約為0.070英寸，小于如圖21所示的所述C-1O芯60的所述喉側138上的現有技術的芯，圖21顯示了疊加在本發明的芯上的現有技術的芯。如圖21所示，這導致了一個芯的產生，其從所述尾部截止側壁152到所述喉側壁154的距離被測得為2.370英寸。如圖39所示，這一改變導致了在所述產生的轉向節10的所述C-10銷孔14中的中心減緩區域(centrally relief area)155,其比所述樞軸銷孔直徑大108%。
[0090]在本發明的另一替換實施例中，于現有技術中使用三個芯，但是伴隨著如上文所詳述的過渡部分的結構變化。此外，關于利用單獨的C-1O芯和腎形芯，可以設想:具有在C-1O/腎形和指狀芯之間的主動截止面的支托-槽連接方式，其也可以用于:具有在每個芯垂直壁上的主動截止面的支托-槽連接基機制，如之前所述。這可形成在所述腎形芯和C-1O芯之間的一個具有主動截止面的過渡段、一個支托和一個槽。所述支托優選為從所述C-1O芯延伸進所述腎形芯上的相應的槽。
[0091]在本發明的另一個方面，為了提高芯的支撐并減少移位，所述C-1O/腎形芯50的所述腎形段59的所述后芯支撐件156已被重新設計。在鑄造過程中，形成所述零件的內部空間的芯位于模具160的型芯座中，所述模具包括上型箱(cope)段和下型箱(drag)段，而所述芯48、50固定在所述下型箱中。所述重新設計的后芯支撐段156還消除了尖角162，所述尖角162通常由于所述平面166的銳角164而出現在現有技術中，在平面166上，后芯支撐件156突出所述上型箱(cope)段和下型箱(drag)。圖26和27顯示了一個典型的現有技術設計。
[0092]下文所用的術語“腔”是指所述上、下型箱的部分，其形成所述轉向節10的外壁168。圖28顯示了通過將芯48、50合并在位置上，所述下型箱中所述腔的形狀。所述后芯支撐段156包括一個筆直段170和喇叭形(flared)段，當所述芯48、50在所述下型箱中的合適位置時，優選地向所述腔的所述平面166外延伸至少0.5英寸，其形成所述轉向節10的所述尾部40的所述垂直外壁168。此外，所述后芯支撐件156的所述壁174(其延伸出平面166外)向外張開，以致鈍角176在所述壁174和如圖22和24顯示的從所述腔的所述后芯支撐件156的所述垂直和水平出口平面(exit plane)166，178之間形成。這些朝外喇叭形壁174增加了所述芯48、50的穩定性，有助于所述金屬在所述轉向節10的這些區域中的凝固，并且降低在所述轉向節尾部40中的所述孔188周圍邊緣的應力集中，以及降低熱裂(hot tears)的可能性。由于現有技術中所述銳角的消除,應力梯級也在這些區域被降低。
[0093]在一個優選的實施例中，后芯支撐件156包括喇叭形段172和筆直段170。所述后芯支撐件156的筆直段170的頂180和底182壁至少約2.12英寸寬。所述后芯支撐件156的筆直部份170的側壁184、186至少約1.76英寸高。出口平面166到型芯座(cor印rint)的端部186的距離優選至少為0.25英寸。所述后芯支撐件156的筆直段170的轉角196的半徑優選為約0.3-0.6英寸。所述后芯支撐件156的寬度W3優選為約2.12英寸且高度優選為約1.76英寸。此外，值得注意的是，這些測量尺寸是可以改變的，以適應不同型芯座的尺寸。所述后芯支撐件156的面積約為1.5-4.0平方英寸。在另一個實施例中，所述后芯支撐件156包括:所述后芯支撐件156底部半徑要小于所述后芯支撐件156的頂部半徑。
[0094]芯組合48、50的使用產生了一個如圖29所示的轉向節10，在轉向節尾部40中具有一個開口 188，其高度與寬度的比值在1:0.4至1:1.3之間，其高度與最大拐角半徑在1: 1.25至1:18之間，其寬度與最大拐角半徑在1: 1.75至1:22之間。在轉向節尾部40中的開口 188的寬度為約1.4-2.2英寸、高度為約1.0-1.8英寸。在另一個實施例中，轉角半徑196，197大于約0.25英寸。在另一個實施例中，所述開口的轉角半徑在0.1-0.8英寸之間。在另一個實施例中，上部的轉角半徑196優選至少為0.65英寸且下部的轉角半徑197優選至少為0.4英寸。
[0095]在本發明的另一個實施例中，提供了一種耦合器轉向節的芯的形成方法。傳統上，芯形成于模具(mold)內，這導致了具有水平分型線199 (見圖31)的零件(part)的產生。傳統上，芯的形成是通過熱樹脂法(heated resin process)和Isocure法形成。本發明使用殼芯法(shell core process)。正如本領域中已知的,殼芯發是一種熱激活的系統,其利用了涂覆的砂(coated sand)。通過將樹脂與砂混合然后加熱,將所述樹脂融化以涂覆砂，所述砂可以被熱涂覆上薄片狀的酹醒清漆樹脂(flaked phenolic novolak resin)。用六亞甲基四胺的水溶液冷浸(quench)樹脂涂覆的砂,研磨,直到砂團(sand mass)分解。然后充入空氣使之微粒化。另外，砂可以被溫暖地涂層。將硬脂酸鈣，酚醛清漆樹脂的六方粉末和酚醛清漆樹脂的水/乙醇溶液加入到所述砂,并將之加熱。然后將該混合物冷卻,充氣使之微粒化(particulate)。將這些過程中得到的被涂覆的砂放置于熱的芯盒中，使所述砂一直置于芯盒中，直至熱的芯盒中的融化的砂的殼達到理想的厚度。固化后，從盒中取出所述殼。通常，在更傳統的過程中使用Isocure法，這些芯盒沿水平軸分開，這形成了水平的分模線，并且所述壁對應地是有錐度的(drafted)。
[0096]本發明的方法可以并入一個垂直定向的分型線190，其大致位于芯的中部，沿后芯延伸198至芯60的C-1O部分的末端。在圖32中，這條分型線顯示于一個完整的芯上。圖33以打開的位置顯示了芯盒192的兩半。所述芯盒的192的第一半和第二半被制備，它們具有C-10/腎形芯的結構適當的一半，即。芯的撥模角度也可以適當地變化，以適用于由于分型線190調整而導致的變化。垂直分開的芯的C-10部分60的產生的撥模角度優選小于3°，這導致當鑄件時，最終轉向節的C-10部分的撥模角度小于3°。進一步的實施方式無錐度(no draft)。
[0097]盡管當前設計中避免了 C-10銷的荷載，當轉向節10荷載表面磨損后發生荷載，將會導致一個均勻荷載的C-10銷，這是因為無錐度(zero draft)C_10銷孔14。作為比較，水平分開的芯的C-10孔其撥模角度通常至多為3°，并導致了 C-10銷和轉向節C-10銷孔14的點荷載。C-10銷的點荷載更易于導致銷的彎曲或故障，任何一種均可能使耦合器轉向節10很難正確運作或無法正確運作。點荷載也可能發生在有錐度的(drafted)c-1o轉向節銷孔14中，這也可導致在C-10銷孔14中的高于預期的荷載情況。相比有錐度的(drafted)C-1O銷孔，分型線的90°轉變可以實現非常精確的C-10銷孔標尺尺寸。
[0098]通過殼芯法、常溫自硬法(風硬造模法,air set process)或現有技術中的任何芯制備方法，上述方法可以用來形成芯。
[0099]此外，如果所述芯48, 50包括一個互鎖結構，如上所述,一個單獨的活動件194可以被在芯盒192中被使用，其位于芯盒192的C-10部分的外側的凹部，在該側，指形芯48可以包括一個對應的支托(lug)52。所述活動件194包括至少在一側的延伸198,其延伸進所述開口，其形成芯的C-10部分。測得所述活動件194的延伸198的高度優選至少約3.0英寸，寬至少約0.8英寸。此外，活動件194包括與延伸198相鄰的平坦面200，其在芯的C-10部分上形成所述第一主動截止面74。測得所述平坦面的高度優選至少約4.0英寸，寬至少約1.3英寸，在所述延伸198周圍延伸360°
[0100]與現有技術中的芯的相同部位比較(圖37)，如圖38所示，頂部轉向節牽引支托34被重新設計，以創造一個更加一致的壁厚度。這導致了一個具有牽引支托垂直壁(pullinglug vertical wall) 202的轉向節10的產生,而所述牽引支托(pulling lug) 34的前面(front face) 204的壁厚度一致。如圖37所示,傳統的牽引支托面(pulling lug face)32的壁厚度從牽引支托面32的頂部206至所述面32的底部208是變化的。在所示的例子中，壁面32從牽引支托面的頂部206的0.560英寸至牽引支托面32的底部208的0.49英寸。如圖38所示，在本發明的重新設計的轉向節10中，從頂部206直至底部208，壁厚度基本上保持一致。在一個實施例中，從牽引支托面32的頂部206直至底部208，壁厚度保持在約0.47-0.53英寸。可選地，所述牽引支托34的前面32的一致厚度可能通過使用適當的、重新設計的、水平分開的芯而形成。
[0101]由于所述牽引支托34傳遞了施加于所述耦合器的縱向負載的主要部分，所述一致的壁厚度，尤其是頂部牽引支托34的底部半徑210，導致了更強大的設計結果。所述一致的截面壁厚度也允許了更加一致的金屬填充和更一致的金屬冷卻，提高了這方面的鑄造的堅固性或穩固性，并減少了熱裂的可能性。這是十分重要的，因為在轉向節方面，AAR將它們置于很高的標準。它們需要通過一個靜態的拉力試驗，其最低極限載荷為650，OOOlbs。這些必須通過所述牽引支托34的大的荷載可以導致非常高的應力和變形，更不用說反復加載此荷載會產生極度疲勞的條件，而此條件需要近乎完美的表面和下層面材料條件。
[0102]以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化，凡在本發明的精神和原則之內所述的任何修改、等同替換、改進均應包含在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用于在有軌車耦合器轉向節中創建內部空間的芯組件，所述的芯被設計以安裝在包括上模段和下模段的腔內； 所述腔被成形以形成有軌車耦合器轉向節，且所述的腔包括第一壁，所述第一壁形成所述轉向節尾部的基本垂直的外壁； 所述芯包括具有后芯支撐段的腎形段；以及 當所述芯被置于所述下模中時，所述后芯支撐段延伸出所述腔的所述第一壁的外部至少0.5英寸。
2.如權利要求1所述的芯組件，其中所述的后芯支撐段包括一個直線段和一個朝外喇叭形展開段。
3.如權利要求2所述的芯組件，其中所述的朝外喇叭形展開段與所述腔的所述第一壁的一個平面形成鈍角。
4.如權利要求3所述的芯組件，其中所述的鈍角是由所述腔的所述第一壁的垂直面形成的。
5.如權利要求4所述的芯組件，其中所述的鈍角是由所述腔的水平面形成的。
6.如權利要求2所述的芯組件，其中所述的鈍角是由所述腔的水平面和垂直面形成的。
7.如權利要求2所述的芯 組件，其中一個圍繞整個所述朝外喇叭形展開段的小于或等于360°的鈍角形成于所述的朝外喇叭形展開段與所述腔壁之間。
8.如權利要求2所述的芯組件，其中所述的直線段的高度至少約為1.76英寸，寬度至少約為2.12英寸。
9.如權利要求2所述的芯組件，其中延伸到所述腔的所述第一壁外部的所述后芯支撐件的部分的長度至少約為0.25英寸。
10.如權利要求2所述的芯組件，其中由穿過所述后芯支撐段的截面的垂直面產生的面積在1.5?4.0平方英寸之間。
11.如權利要求2所述的芯組件，其中在所述腔的所述第一壁外部的所述后芯支撐件的部分的面積大于在所述腔的所述第一壁內部的所述后芯支撐件的部分的面積。
12.如權利要求1所述的芯組件，其中所述的芯組件是一個連續的芯。
13.如權利要求1所述的芯組件，其中所述的芯組件是由多個連接在一起的芯組成。
14.一種用于在有軌車耦合器轉向節中創建內部空間的芯組件，所述的芯包括: 具有后芯支撐段的腎形段；以及 所述后芯支撐段的底部的半徑小于所述后芯支撐段的頂部的半徑。
15.如權利要求14所述的芯組件，其中所述的芯組件是一個連續的芯。
16.如權利要求4所述的芯組件，其中所述的芯組件是由多個連接在一起的芯組成。
17.一種具有尾部的軌道車耦合器轉向節，所述的尾部有一個界定于其中的開口，所述開口的高度介于I?1.8英寸之間，其寬度介于1.0?2.2英寸之間。
18.一種具有尾部的軌道車耦合器轉向節，所述尾部有一個界定于其中的開口，所述開口的圓角半徑大于約0.25英寸。
19.一種具有尾部的軌道車耦合器轉向節，所述尾部有一個界定于其中的開口，所述開口的高度與寬度比值介于約1:0.4?1: 1.3之間。
20.一種具有尾部的軌道車耦合器轉向節，所述尾部有一個界定于其中的開口，所述開口的圓角半徑介于約0.1?0.8英寸之間。
21.一種具有尾部的軌道車耦合器轉向節，所述尾部有一個界定于其中的開口，所述開口的高度與最大圓角半徑的比值介于約1:1.25?1:1.18之間。
22.—種具有尾部的軌道車耦合器轉向節，所述尾部有一個界定于其中的開口，所述開口的寬度與最大圓角半 徑的比值介于約1:1.75?1: 1.22之間。
【文檔編號】B61G3/04GK103442963SQ201280003841
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年5月15日 優先權日:2011年5月20日
【發明者】F·安德魯·尼鮑爾, 杰里·R.·斯梅雷茨基, 凱利·戴, 沃恩·馬卡里, 尼克·薩拉瑪西克 申請人:貝德洛工業公司