制动盘盘体的铸造方法和装置及由此制得的制动盘盘体制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制动盘盘体的铸造方法和装置，及由此制得的制动盘盘体，其浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，下一层的冒口替代上一层的浇注系统，冒口中心置于铸件内侧壁至铸件几何中心的任一位置，采用底返引入金属液的方式进行串浇，金属液由下一层底部进入该层型腔，待该层型腔充满后由该层的冒口进入上一层型腔。本发明专利技术的铸造方法能实现铸件的顺序凝固和完全补缩，有效防止铸件在铸造过程中出现缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等缺陷，确保铸件性能各向同性，同时适用于大包浇注下具有高质量制动盘盘体的大批量生产，金属的使用率提高了30-60%，生产成本降低了30-60%，工作效率提高了40-60%。

【技术实现步骤摘要】
制动盘盘体的铸造方法和装置及由此制得的制动盘盘体
本专利技术涉及一种铸造方法，尤其涉及一种适用于大包浇注条件下的大批量生产高速列车制动盘盘体的铸造方法和装置，及由此制得的制动盘盘体。
技术介绍
制动盘盘体是高速列车的关键部件，在列车制动时起重要作用。由于其工作环境复杂恶劣，维修更换不便。要求制动盘产品必须有稳定的质量和较长的使用寿命。大量研究表明，在材质一定的情况下，铸造制动盘盘体失效的主要原因是盘体中存在缩孔、缩松、砂孔、裂纹等铸造缺陷。250km/h以上速度的高速列车，对制动盘盘体的质量提出了更高的要求，对缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷的容忍度进一步降低，同时，对材质中的气体及夹杂物的含量也做出了严格的限制。这都要求必须有相应合理的浇注系统和补缩系统来保证。由于制动盘盘体单件质量轻，单件或少数量铸件于一箱浇注时，占用造型场地大；为满足铸件质量要求，必须采用小包浇注；又由于制动盘盘体对材料要求高，化学成分控制严格，特别是对夹杂物及N、H、O气体含量要求严格，必须在精炼炉内熔炼，不能进行或要避免进行倒包等操作。目前，市场对该铸件的需求数量大，使用5T以内小包浇注生产效率低，很难满足市场要求。因此，急需开发一种能使用5T乃至15T以上大包浇注的高效率生产工艺和生产方法。公开号为CN103317099A的专利技术专利公开了一种制动盘的重叠浇注工艺，先制作底模、主模、盖模，设计上下串通连体的浇注、进水和补缩体统；然后制作底板、套卷、盖板等金属工装；再将模型组装到射芯机上，利用射芯机的气压将砂压满模型内，通过加热固化成型后，取出码放备用；最后将上述各部分组装起来，并安放浇注补缩杯，等待浇注。该专利技术专利的铸造工艺效率高，但也只能制备材质为铸铁的适用于汽车的制动盘。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种制动盘盘体的铸造方法，其按照先后顺序包括以下步骤：（1）通过计算机模拟软件对所述制动盘盘体的铸造工艺和铸造装置进行模拟分析，确定浇注系统和补缩系统的位置，所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统，所述冒口中心置于铸件内侧壁至铸件几何中心的任一位置；本专利技术选用的模拟软件包括适用于材料加工工程及制造领域中的任何模拟软件，如Magma、ProCast、NovaCast、AnyCast、Flow3D、华铸CAE、Ansys、Abaqus、Marc等。打开模拟软件，建立实体模型，在模型上划分网格，设定参数，进行模拟分析；根据模拟结果调试参数，然后使用新的参数再次进行模拟分析。本专利技术经过大量模拟，最终确定了浇注系统和补缩系统的位置，所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统，所述冒口中心置于铸件内侧壁至铸件几何中心的任一位置。模拟结果显示，由此制备的制动盘盘体中没有缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷。从模拟分析结果看，当浇注系统和补缩系统的位置设计合理，且相互配合，才能有效地防止制动盘盘体在铸造过程中出现缺陷，使得铸件充型均匀密实，其综合性能和整体质量大幅度提高。本专利技术的浇注系统与补缩系统垂直串叠在一起，部分共用。金属液由整流过滤装置底部进入内浇道，然后进入第一层（最底层）制动盘盘体的型腔，当第一层的型腔充满后，金属液通过第一层的补缩系统的冒口进入第二层制动盘盘体的型腔，当第二层的型腔充满后，金属液通过第二层的补缩系统的冒口进入第三层制动盘盘体的型腔，以此类推，逐层充型与补缩。冒口既对下一层的铸件起到补缩的作用，又充当了上一层的浇注系统。本专利技术的浇注系统能有效确保金属液平稳均衡充型，防止金属液在充型过程中因紊流飞溅和对型腔的冲蚀等原因而使铸件产生砂孔、渣孔、气孔等铸造缺陷；补缩系统中的冒口与补贴配合能实现铸件的顺序凝固，同时确保其在凝固过程中实现完全补缩，防止铸件出现缩孔、缩松等缺陷，保证铸件性能各向同性。（2）根据步骤（1）的模拟分析结果，制定所述制动盘盘体的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行串浇，其中金属液由下一层底部进入该层型腔，待该层型腔充满后由该层补缩系统的冒口进入上一层型腔；在制动盘盘体的实际铸造过程中，金属液进入型腔的方式、位置、流速等各个参数均要符合模拟结果。（3）制作铸造装置，其浇注系统和补缩系统的位置符合步骤（1）中模拟分析的结果；在实际的铸造装置中，浇注系统和补缩系统的位置、形状、尺寸、组数、层数、相邻两层之间的距离、冒口尺寸及数量等各个参数均要符合模拟结果。（4）制作型芯；（5）合箱；（6）熔炼浇注；（7）打箱落砂并清理，切除冒口部分；（8）对铸件进行粗加工和热处理；（9）对铸件进行调质处理和精加工。热处理的目的是消除铸件组织中的柱状晶、粗大的等轴晶和树枝状偏析，消除残余应力和部分缺陷，改善铸件的力学性能。调质处理为淬火和高温回火的双重热处理，其目的是保证铸件具有优良的综合机械性能，既具有较高的强度又具有较高的塑性和韧性。对铸件进行无损检测，同时满足了射线探伤I级、超声探伤I级和磁粉探伤I级的检验要求。通过上述铸造方法制备的制动盘盘体，其屈服强度σ0.2≥950MPa。优选的是，至少有一组串浇系统，每组串浇系统的层数不少于两层。根据生产场地的大小可设计多组串浇系统，每组串浇系统可垂直叠加多层，每次可同时浇注若干个铸件，因此在保证没有缩孔缩松、夹渣、裂纹等缺陷的同时，可大幅度提高生产效率，降低生产成本。在上述任一方案中优选的是，每组串浇系统中相邻两层之间的距离为铸件高度的0.3-1.5倍。相邻两层之间的距离是指下一层的上表面与上一层的下表面之间的距离，该距离与铸件的尺寸、砂型的强度等有关。单个铸件的高度为50-150mm。在上述任一方案中优选的是，每组串浇系统的冒口数量为一个，且冒口中心置于铸件几何中心的位置。在上述任一方案中优选的是，每组串浇系统的冒口数量为一个，且冒口中心置于距离铸件几何中心为10-15mm的位置。当冒口为一个时，冒口底部对应一个内浇口，冒口中心和内浇口中心均置于铸件几何中心或铸件几何中心附近的位置。金属液由内浇口向四周流动，实现平稳均衡的充型，所制备的制动盘盘体中没有缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷。在上述任一方案中优选的是，每组串浇系统的冒口数量至少为两个，且均匀分布在以铸件几何中心位置为中心的同一个圆周上。在上述任一方案中优选的是，每组串浇系统的冒口数量至少为两个，且冒口中心置于铸件内侧壁的位置。在上述任一方案中优选的是，每组串浇系统的冒口数量至少为两个，且冒口中心置于距离铸件几何中心为（1/2）R的位置，其中R为铸件内侧壁至铸件几何中心的距离。当冒口为多个时，并不是每一个冒口底部都对应一个内浇口，可以分段设置内浇口。冒口中心和内浇口中心均置于铸件内侧壁或距离铸件几何中心一定距离的位置。金属液由各个内浇口向四周流动，实现平稳均衡的充型，所制备的制动盘盘体中没有缩孔、缩松、砂孔、气孔、渣孔、裂纹等铸造缺陷。在上述任一方案中优选的是，所述冒口的数量为六个或八个。在上述任一方案中优选的是，内浇口置于所述冒口的底部，并与铸件相连。内浇口位于补缩铸件的冒口之下，与冒口连接为一体，实现充分补缩。在上述任一方案中优选的是，所述金属液在内浇口的流速小于等于5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制动盘盘体的铸造方法，其按照先后顺序包括以下步骤：（1）通过计算机模拟软件对所述制动盘盘体的铸造工艺和铸造装置进行模拟分析，确定浇注系统和补缩系统的位置，所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统，所述冒口中心置于铸件内侧壁至铸件几何中心的任一位置；（2）根据步骤（1）的模拟分析结果，制定所述制动盘盘体的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行串浇，其中金属液由下一层底部进入该层型腔，待该层型腔充满后由该层补缩系统的冒口进入上一层型腔；（3）制作铸造装置，其浇注系统和补缩系统的位置符合步骤（1）中模拟分析的结果；(4)制作型芯；(5)合箱；(6)熔炼浇注；(7)打箱落砂并清理；(8)对铸件进行粗加工和热处理；(9)对铸件进行调质处理和精加工。

【技术特征摘要】
2014.06.06 CN 201410247789.01.一种制动盘盘体的铸造方法，其按照先后顺序包括以下步骤：（1）通过计算机模拟软件对所述制动盘盘体的铸造工艺和铸造装置进行模拟分析，确定浇注系统和补缩系统的位置；所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，部分共用，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统；所述补缩系统包括冒口和补贴，所述冒口中心置于铸件内侧壁至铸件几何中心的任一位置；当冒口为一个时，冒口底部对应一个内浇口，当冒口为多个时，每一个冒口底部都对应一个内浇口或者分段设置内浇口，内浇口中心置于铸件内侧壁或距离铸件几何中心一定距离的位置；每组串浇系统中相邻两层之间的距离为铸件高度的0.3-1.5倍；（2）根据步骤（1）的模拟分析结果，制定所述制动盘盘体的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行串浇，金属液由整流过滤装置底部进入内浇道，然后进入最底层制动盘盘体的型腔，所述内浇道置于冒口的下方和横浇道的上方，所述内浇口置于冒口的底部，并与铸件相连，所述整流过滤装置置于内浇道与横浇道之间；金属液由下一层底部进入该层型腔，待该层型腔充满后由该层补缩系统的冒口进入上一层型腔；金属液在内浇口的流速小于等于50cm/s，金属液在铸件中的上升速度为15-35mm/s；（3）制作铸造装置，其浇注系统和补缩系统的位置符合步骤（1）中模拟分析的结果；（4）制作型芯；（5）合箱；（6）熔炼浇注；（7）打箱落砂并清理；（8）对铸件进行粗加工和热处理；（9）对铸件进行调质处理和精加工。2.如权利要求1所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：至少有一组串浇系统，每组串浇系统的层数不少于两层。3.如权利要求2所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：每组串浇系统的冒口数量为一个，且冒口中心置于铸件几何中心的位置。4.如权利要求2所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：每组串浇系统的冒口数量为一个，且冒口中心置于距离铸件几何中心为10-15mm的位置。5.如权利要求2所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：每组串浇系统的冒口数量至少为两个，且均匀分布在以铸件几何中心位置为中心的同一个圆周上。6.如权利要求2所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：每组串浇系统的冒口数量至少为两个，且冒口中心置于铸件内侧壁的位置。7.如权利要求2所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：每组串浇系统的冒口数量至少为两个，且冒口中心置于距离铸件几何中心为（1/2）R的位置，其中R为铸件内侧壁至铸件几何中心的距离。8.如权利要求5-7中任一项所述的制动盘盘体的铸造方法，其特征在于：所述冒口的数量为六个或八个。9.一种制动盘盘体的铸造装置，其包括浇注系统和补缩系统，所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和整流过滤装置，所述补缩系统包括冒口和补贴，其特征在于：所述浇注系统和补缩系统垂直串叠在一起，部分共用，下一层的补缩系统的冒口替代上一层的浇注系统；所述冒口中心置...

【专利技术属性】
技术研发人员：安朝阳，
申请(专利权)人：中设集团装备制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11