探析矿车车轮的冷激圈技术应用

摘要：MG1.1系列矿车是煤矿生产中不可缺少的运输工具。该类矿车具有容量大、体积小、运行平稳等优点，并广泛应用于煤矿生产中。而矿车的车轮在矿车中起到主要支撑力的作用，因此，其质量好坏直接关乎着矿车的正常运行。矿车车轮的常规生产方式是砂型铸造，生产过程繁琐，后期加工量大，车轮的强度及使用寿命得不到保证。而冷铁环绕技术的引进，大大提高了该产品的质量，提高生产效率。

关键词：矿车支撑 砂型铸造 冷铁

Abstract

MG1.1 series tub is essential for the production of coal transport. Type tub with large capacity, small size, the advantages of running stable and widely used in coal mine production. The mine car wheels in the tub to play a major role in supporting force, therefore, its quality directly relates to the normal operation of the tub. Mine car wheels, conventional production methods are sand casting, complicated production process, post-processing capacity, strength and service life of the wheel can not be guaranteed. The cold iron around the introduction of technology has greatly enhanced the product quality, improve production efficiency.Keywords: tubsupportsand castingcold iron

中图分类号： F407 文献标识码： A 文章编号：

矿车车轮的冷激圈技术

MG1.1系列矿车广泛应用于煤矿生产，尤其对于一些浅层煤矿应用居多。重庆松藻矿山机械厂具有生产该类矿车的安全标志，该厂从2010年起开始大规模生产此类的矿车。而矿车的车轮在矿车运行过程中是直接接触轨道的部位，车轮所受的摩擦、各种应力较多，因此，车轮的好坏直接关乎着矿车质量的好与坏。下面是该类矿车样图：

图1就是MGC1.1型矿车，此类矿车车轮的铸造工艺，目前最常用的是砂型铸造。常用的材料是ZG45Mn等。普通砂型铸造具有工艺简单、成本低廉、操作方便等优点，目前是我国铸造行业中的主导工艺。但是在砂型铸造车轮工艺中，由于工艺限制，车轮的踏面部位存在着较多的缺陷，如夹砂、粘砂、裂纹等缺陷，导致车轮的产品质量不高、生产成本增加等。

图2是粘土砂砂型铸造车轮工艺，砂型铸造出的车轮质量较差，甚至出现报废。而我国目前的铸造行业中，砂型铸造工艺占据主要，要想提高产品质量，又能较好的提高产品质量，不能单单靠高成本的特种铸造来完成，更应该考虑在原工艺基础上，如何优化工艺，提高产品质量。由于矿车的生产成本限制，我国的矿车价格较为廉价，如何在低成本的前提先提高产品质量，是我们该思考的重点。

原工艺的思考

1.1、普通砂型铸造车轮生产工艺

普通砂型铸造生产矿车车轮，常用的是木模或金属模，通过造型完成后，刷上涂料，烘干或砂型表面处理后，浇注成型。此工艺工序简单，只要按照模型进行简单的操作，对工人技术水平要求较低，广泛应用于我国目前的铸造生产中。

1.2、普通砂型铸造在铸造车轮中的优缺点

就我厂工艺粘土湿型砂而言：

粘土湿砂型铸造的优点是：①粘土的资源丰富、价格便宜。②使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用。③制造铸型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的时间长。⑤砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。

缺点是：①混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备，否则不可能得到质量良好的型砂。②由于型砂混好后即具有相当高的强度,造型时型砂不易流动，难以舂实,手工造型时既费力又需一定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。③铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。④铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。

粘土湿型砂铸造生产效率不高，尤其是铸钢件，车轮的铸造质量得不到保证，表面光洁度较差，车轮接触轨道处的踏面必须要进行车加工，才能保证车轮的表面质量及踏面弧度，保证矿车运行中的平稳、耐用。

如何提高车轮的铸造质量

2.1、由金属型铸造和砂型铸造使用的冷铁所想到的

金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次）。具有以下优点：（1）金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，其抗蚀性能和硬度亦显著提高； （2）铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定; （3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％； （4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100％； 此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。

但是金属型铸造适应具有一定的局限性，其缺点是：(1) 金属型制造成本高；(2) 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件洗不足、开裂或铸铁件白日等缺陷;(3) 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小必须合适；要有足够的批量；完成生产任务的期限许可。

铸造中冷铁的作用是加速铸件某部分在浇注过程中的冷却速度的。由于铸件某些部位厚度不均匀，浇注凝固过程中就存在壁薄的部位冷却快，壁厚的部位冷却慢，而导致壁厚的部位出现缩松，甚至拉裂薄壁部位。为避免此类问题，一般在造型完成后，就在壁厚的地方放置一些冷铁，浇注钢水时，瞬间吸收钢水的热量，加快这个部位的冷却速度，缩短和薄壁部位冷却的时间差，甚至到达同时凝固的效果。

矿车的外沿可不可以也采用冷铁的模式或金属型的模式？

2.3、铸造车轮的冷激圈

通过对金属型铸造优缺点的分析及冷铁实际应用情况的分析，笔者认为可以通过技术改进，把冷铁的轮廓结合金属型铸造生产引入到车轮的生产工艺中。

通过设计，考虑在车轮的外沿处放置环形冷铁，底部设置一个金属型底盘，并安置芯头，用来固定内轮廓泥芯和中心孔泥芯。车轮外轮廓就直接采取冷铁模式，车出车轮的外轮廓，钢水浇注时，直接接触外轮廓，铸件凝固以后就得到车轮的外轮廓。而盖圈，考虑浇注系统的排气、浮渣等，考虑使用砂型。该砂型盖圈在打制过程中，需要在底部安置一个与矿车车轮轮廓一样的底盘，以便铸造出相同轮廓的外沿，并留有浇口，为充分排气，还可在盖圈周围扎上气眼。考虑该车轮的材料为ZG45Mn，冷铁圈决定采用HT250，该车轮的生产工艺，笔者称为冷激圈工艺。

在图3中，将干结的中央孔泥芯和内轮廓泥芯固定在底盘后，即可扣上车轮外沿的冷铁圈，为防止浇注时钢水和冷铁圈粘结，要求在冷铁圈内刷一层桐油或机油。通过底盘、轮廓圈、盖圈配合组成的封闭式浇注系统的冷激圈，即可进行浇注。

从图4浇注后的效果图上看，车轮踏面的光洁度有了较大的提升，工序中基本减少了外沿车加工或刀校工艺。但是，车轮的轮沿部位出现了多条裂纹，裂纹深度一般在10―40mm，严重降低了铸件的质量。

2.4冷激圈工艺轮沿裂纹原因分析

浇注的瞬间，钢水接触外轮廓，冷铁瞬间吸收钢水的热量，导致车轮轮沿部位瞬时凝固，若砂芯的退让性不好，则可阻止轮沿的收缩，甚至使轮沿收缩拉裂，形成裂纹。因此，笔者认为内轮廓泥芯过硬，阻止了轮沿的瞬时收缩，进而导致了轮沿底部拉裂。由于采用湿型砂， 后内轮廓的表面光洁度较差，甚至钢水进入型腔的瞬间会导致钢水飞溅、炸箱，内轮廓泥芯切不可采用湿型。通过实际论证，在不增加成本的前提下，若在内轮廓泥芯所用砂中加入锯末或稻草，则不但增加内轮廓泥芯的强度，也将大大提高铸件收缩时的退让性，而且不会在钢水浇注时导致飞溅。

2.5、效果检查

通过内轮廓泥芯的更换改进，我厂新生产的冷激圈车轮，成品率一直保持在99%以上，大大提高了矿车车轮的质量，并且节省了成本。在没有引进新型设备的前提下，达到了金属型铸造的铸件质量，提高生产效率，降低了工人的劳动强度，达到了经济效益和社会效益的双收的效果。

参考文献

1.王文清、李魁盛，铸造工艺学，机械工业出版社，2002.10

2.刘全坤，材料成型基本原理，机械工业出版社，2004.10

作者简介：张文涛，男，1984年10月11日出生于河南省商丘市，2008年7月毕业于河南理工大学，获工学学士学位，现于重庆松藻矿山机械厂铸造车间工作，任车间主任。