車鉤是連接鐵路機車與車輛之間的關鍵部件，它直接關系到列車的運行安全和可靠性。隨著我國鐵路運輸不斷向高速和重載方向發展，列車的縱向沖擊力急劇增加，車鉤鉤舌接觸面摩擦磨損嚴重，鉤舌的性能已越來越難以滿足使用的要求，嚴重影響到鐵路運輸的安全和利益[1-3]。鉤舌是車鉤的關鍵部件，其內在質量直接關系到鐵路貨車運行安全及運用部門的經濟效益[4]。我國先后設計制造了13和16號鉤舌，有必要對鉤舌生產工藝進行優化設計，以提高其生產效率及質量。本文以雙牽引鉤舌為研究對象，針對鉤舌結構特點，運用Pro-E軟件對鉤舌進行三維建模，在此基礎上對其他鉤舌傳統鑄造工藝進行優化，新工藝采用通用外型設計，型芯內包工藝形成鑄件本體，提高生產效率，保證鑄件精度。

　　1 鑄件的結構特點及工藝

　　目前，國內外使用鉤舌種類較多，但其結構具有相似性，鑄件重40~50kg，輪廓尺寸相差不大。某鉤舌產品結構如圖1，鉤舌表面大多以光滑圓角復雜結構形成，內腔有復雜的減輕結構，鉤舌關鍵受力部位在S面部位，且S面的工藝要求為直面，鑄造難度很大。國內鉤舌材質為C級鋼，國外采用AAR標準的E級鋼，生產方式采用自動化水玻璃自硬砂造型線生產，冶煉采用20噸高功率偏心底堿性電弧爐和25噸LF鋼包精煉爐雙聯工藝，采用氧化法進行冶煉。鉤舌傳統鑄造工藝如圖2所示。工藝為：一型8件，四件為一組，鉤舌中間部位設計為分型面，每組中間放置一個Φ150mm×300mm的保溫冒口，起補縮集渣作用;設計一個直澆口，一條橫澆道，每四件分流一條橫澆道，每件鉤舌再設置一條內澆道;設計5個芯子形成內腔和S面結構，S面及上下牽引頸部放置鉻鐵礦砂20～30mm，內腔芯子用覆膜砂制芯。

　　2 通用外型工藝設計

　　新工藝設計為多種鉤舌使用同一外型，以雙牽引鉤舌為基礎，綜合分析多種鉤舌尺寸，設計外型工藝，設計通用外型。外型的輪廓尺寸要包含所有在制鉤舌的輪廓尺寸，表1為對現有在制鉤舌輪廓尺寸的統計。通過表中鉤舌輪廓尺寸的對比，結合生產方式、工裝尺寸及總體布局情況，將外型尺寸定為372mm×308mm×410mm。通用外型工藝如圖3所示，外型設計為上下盒裝結構，鑄件本體采用型芯內包結構形成，形成鉤舌外輪廓的型芯設計為No.1和No.4芯。形成不同鉤舌的No.1和No.4芯輪廓尺寸相同，均為372mm×308mm×410mm，內部的工作面尺寸因不同鉤舌設計即可。生產時，不同鉤舌型芯下到通用外型中形成對應的鉤舌，鉤舌內腔由No.2和No.3芯形成。模型分型面和型芯分型面采用不同平面設計，分型面設計如圖4所示，鉤舌中心為型芯分型面，而模型分型面比型芯分型面高10mm，目的是當No.1和No.4芯對接時，用來固定上面的No.4芯，保證型芯的穩定性。另外，No.1和No.4芯之間增加砂型退讓孔定位，加強型芯的定位，提高鑄件精度，如圖3b所示。

　　3 三維建模及外型布置

　　根據工藝設計進行三維建模，圖5為新工藝模型立體圖，圖6為工藝平面布置圖。為了保證設計的準確性和可靠性，對鑄造工藝進行三維建模，結合現場生產工裝對外型、澆道、冒口進行合理布置。由圖可見，澆道設計與傳統工藝相同，采用一型8件布置，每4件為一組，中間設置共用冒口定位，每個外型設計兩個退手槽，方便生產時下芯，合理運用型板空間，實現生產資源的利用最大化。圖7a、b為No.1和No.4芯盒的三維圖，型芯與外型四周間隙為0.2mm，No.1和No.4芯4個頂點處縱向為圓角設計，而且比外型圓角大，減小下芯時的磨損，也可用作集砂槽。

　　4 生產驗證及通用外型的優點

　　4.1 提高鉤舌尺寸精度，降低成本

　　圖8為新舊工藝外型和型芯砂型。傳統鉤舌工藝設計由外型和型芯形成鉤舌本體，舊工藝中除“S”面外，鉤舌其余外輪廓本體均由外型形成，4個芯子形成內腔，所以各種鉤舌有其對應的外型，存在型種類多、制作費用大的問題。另外，不同外型生產鉤舌時，易受到造型、下芯、合箱等工序對鉤舌尺寸精度的影響。新工藝設計為型芯內包形成鑄件本體，消除了舊工藝模型生產時因砂型不穩定造成的產品精度問題，只需在制作時保證No.1芯和No.4芯結構尺寸的準確性，驗收合格后即可保證鉤舌尺寸精度，外型對鉤舌的精度影響很小，可以有效避免傳統工藝鉤舌外輪廓受生產影響造成的精度問題。此工藝在鉤舌產品上進行推廣，可提高鉤舌生產效率，降低生產成本。

　　4.2 實現生產快速換型，提高生產效率

　　新工藝生產過程如圖9所示。通用外型的設計，可實現多種鉤舌快速換產，采用通用外型同時生產多種鉤舌時，不同鉤舌不用換型，只需將對應的型芯放到通用砂型即可生產出對應的鉤舌。圖10為新舊工藝生產時各工序所需時間對比。新工藝無需換型，各工序操作統一，外型不用刷涂料，型芯改為線下刷涂料，線上只需很少的涂料補刷;舊工藝設計5個芯子，而新工藝共4個芯子，芯子總數比傳統工藝少，下芯操作簡單，提高了生產效率。而采用舊工藝時，存在型種類多，鉤舌的多種類，小批量生產特點難以適應自動化生產線的節奏，生產不同鉤舌時需要換型，導致生產時浪費大量換型時間，線上造型后砂型需要刷涂料，下芯復雜，芯子定位效果差，浪費生產時間。表2為采用新舊工藝生產不同鉤舌時現場生產效率統計。表中以一天同時生產4種鉤舌進行統計，每天生產8小時，可以看出不用換型時生產效率得到很大提高。

　　4.3 生產準確定位

　　從圖4和圖6可看出，通用外型設計了2種定位方式。(1)分型面定位：從圖4可以看出，型分型面比型芯分型面高10mm，用來固定No.1芯和No.4芯。(2)芯子定位：型芯定位方式如圖11所示，圖11a中No.1芯和No.4芯之間制作砂型退讓孔，合芯時直接固定型芯位置。另外，內腔芯也可直接通過No.1芯和No.4芯子上的定位孔固定，將內腔芯下芯頭插入No.1芯定位中，如圖11b所示。當No.1和No.4芯合芯時，將No.4芯上的定位孔固定在內腔芯上心頭，如圖11c所示。雙重定位可以防止合箱不穩帶來的芯偏問題，可以有效保證鑄件尺寸精度。而舊工藝所有芯子只靠上下砂型合箱后定位，容易造成合箱不穩帶來的芯偏問題。

　　5 結論

　　(1)鉤舌新工藝設計，實現了多種鉤舌外型通用，適合多種類型、大批量鉤舌的生產，不同鉤舌的生產轉換實現零換型，統一了生產過程，可減少線上生產工序時間，提高生產效率，降低生產成本。(2)新工藝采用型芯內包形成鑄件本體，采用分型面定位和型芯自身定位方法，消除了舊工藝模型生產時因砂型不穩定造成的產品精度問題，提高了鉤舌精度。

　　參考文獻：

　　[1]孫建偉，高建華.C級鋼車鉤、鉤尾框、鉤舌皮下氣孔的原因分析[J].機車車輛工藝，2003(6)：44-45.

　　[2]杜云慧，張勵忠，刑書明，等.鉤舌常見失效形式與機理[J].金屬熱處理，2003，28(6)：48-51.

　　[3]朱海龍，楊軍，陳美玲，等.13A型車鉤鉤舌鑄件工藝設計及優化[J].鑄造工程，2015(3)：26-29.

　　[4]劉濤，董中友，武永亮，等.鐵路貨車鉤舌鑄造工藝優化[J].鑄造，2016，12(65)：1234-1237.

　　《鉤舌通用高精度外型工藝設計研究》來源：《鑄造》，作者：韓寶 李衛國 杜志強 李志杰 于海洋 張曉敏