轨道车辆中内饰铸件的设计

轨道车辆中内饰铸件的设计

何双慧 王希文

中车南京浦镇车辆有限公司 江苏省南京市 210031

摘要：本文结合轨道车辆内饰的布置，紧密跟踪目前铸件的特点，简述了轨道车辆内饰铸件的原材料选择与设计要求。

关键字：轨道交通 铸件 设计

目前在中国经济不断发展，随着国家对轨道交通行业投资的不断加大，轨道交通行业正迎来快速发展的机遇期。在这样的大背景下，各种新材料、新工艺不断涌现，但对铸件的整体需求持续出现增速趋稳。铸造作为机械工业的基础，对轨道交通行业的发展至关重要。同时铸造原材料及铸造方式多种多样，由于轨道交通近年来高速、重载发展的需要，产品的技术要求越来越高。铸件在轨道交通内饰件中也有着广泛的应用。

1. 铸件在轨道交通内饰件中的使用

轨道交通车辆中铸件的应用比较普遍。铸件除了在车体枕梁，转向架的侧架，底下设备撒沙装置等上面的应用外，在内饰用也有广泛应用，比如屏风端板、靠扶、扶手上的三通、四通等。

2. 铸造的简单介绍

高压铝合金铸件（简称铝合金压铸件），内腔简单、生产数量大、焊接性能要求较低的中小件可采用高压铝合金铸造工艺。由于压铸速度快、压射比高等原因，高压铝合金铸件表面光洁致密，尺寸精度高，可压铸较薄的形状复杂的铸件，但通常内部气孔较多，铸件越大壁厚差异越大气孔越严重。一般不进行热处理，需要时部分牌号可通过人工时效T1来提高铸件强度，也就是说高压铝合金铸件的技术要求中不允许T4、T5、T6等热处理状态。

金属模低压、重力铝合金铸件，焊接性能要求较高的中、大件可采用低压铝合金铸造工艺。由于充型速度慢、压力低等原因，低压铝合金铸件表面粗糙内部致密，可焊性好。大部分可进行固溶和人工时效。

精铸件尺寸精度远高于树脂砂以及粘土砂铸造工艺，硅溶胶工艺比水玻璃工艺尺寸精度和表面质量更高，硅溶胶铸造工艺多用于铸钢等黑色金属材料，可焊性较好，需要进行热处理。

3. 铸造工艺的材料选择

3.1高压铝合金铸件的牌号选择

GB/T 15114- 2009、JIS H5302-2006标准中的所有牌号以ADC、YL字母开头，均为铝合金压铸件牌号；

BS EN 1706-2010中只有少部分牌号可生产压铸件，如EN AC-46000、EN AC-46100、EN AC-46200、EN AC-46500、EN AC-47100、EN AC-48100、EN AC-51200、EN AC-51500共计8个牌号。

3.2金属模低压、重力铝合金铸件

GB/T 1173-2013标准中的所有牌号都以ZL字母开头，均为铝合金低压或重力铸造牌号；BS EN 1706-2010中大部分牌号均为低压或重力铸造牌号，具体可参照BS EN 1706-2010 《铝及铝合金铸件化学成分及力学性能》标准。

3.3精铸件的牌号选择

铸造不锈钢牌号并不是棒料牌号前面加“ZG”，所使用的牌号应出自GB/T 2100-2002等相关标准。常规铸不锈钢牌号有ZG07Cr19Ni9（304）、ZG03Cr18Ni10(304L)、ZG07Cr19Ni11Mo2(316)、ZG03Cr19Ni11Mo2(316L)。

4. 铸件的设计要求

4.1铝合金压铸件的结构设计

压铸件模具昂贵，尽量避免修模，修模后会影响寿命和表面质量。尺寸精度按GB/T6414-1999。压铸模具动模和定模的结合表面称为分型面，为了方便脱模，分型面垂直方向形状不能出现脱模斜度相反形状，尽量方便铸件脱模；

无法脱模

容易脱模

因为铝合金材料粘、强度低，脱模斜度一般要求1.5°以上， 为了方便模具设计，产品设计应尽可能直接设计出脱模斜度；

例：某地铁线大挡风板

四周内壁应增加脱模斜度，避免顶出时拉伤开裂，腔内壁处拐角处增加R3圆角

此处开裂，需要增加脱模斜度以及圆角

此处开裂，需要增加脱模斜度

为了降低夹气和变形，铸件结构应设计成壁厚均匀，简化模具结构，减少抽芯，降低加工难度，如设计不合理可能增加模具复杂程度和成本；由于压射速度过快，充型时间不足1秒，压铸件的最佳壁厚是2.5-6mm，超过6mm后会逐渐气孔倾向加重。圆角对铸件的性能、质量、以及模具的寿命都有较大的影响。内圆角过小时在铸件冷却收缩过程中圆角处会出现应力集中，会造成位错堆积，会极大程度造成圆角处脆性加大。内圆角半径最好为平均相邻壁厚的2/3以上；当圆角过小时模具的对应部分容易出现应力集中，热疲劳的影响也会加剧，一定程度后会形成微裂纹。辅助铝液的流动，改善充填性能，有利于气体排出；当压铸件需要进行电镀或油漆时，圆角可获得均匀镀层，防止尖角处沉积。

铸件的致密程度比试棒差，故在设计时应该预留足够的安全系数，正常压铸件本体的强度和延伸率应按标准要求的70%计算；压铸件正常不进行热处理，特殊情况时含Cu量一定程度后可通过人工时效来提高强度，人工时效温度根据化学成分一般150~180℃保温2-6小时。

4.2低压和重力铝合金铸件的结构设计

尺寸精度按GB/T6414-1999正常压铸件形状较小较简单的可以达到CT5,形状较大或较复杂时可以达到CT7。

压铸模具动模和定模的结合表面称为分型面，为了方便脱模，分型面垂直方向形状不出现脱模斜度相反形状，有特殊要求时也可以使用砂芯来实现；

可使用覆膜砂芯或树脂砂芯，震碎后取出

容易脱模

因为铝合金材料粘、强度低，脱模斜度一般要求1.2°以上， 为了方便模具设计，产品设计应尽可能直接设计出脱模斜度；最佳壁厚要求3mm以上。为了减少变形尽量避免出现薄厚不均的情况，为了减少缩孔和缩松的发生，避免出现局部壁厚过厚。在实际生产中孔距容易出现定位不准的情况，重要的精度高的小孔应尽量通过加工的方式。为了保证铸件有良好的成型条件，铸孔到铸件边缘应保持一定的壁厚， b≥(1/4～1/3)t 当t＜6时，b≥3mm。加工余量尽量控制在3mm以内，如加工量过大，如厚大处加工面上可能出现缩疏。

单铸试块补缩质量更高，铸件本体强度和延伸率应按标准要求的60%计算。正常情况应按照GB/T 1173-2009中的表A.1热处理工艺规范执行，当铸件对韧性的要求超过强度时正常不进行人工时效。

4.3精铸件的结构设计

正常情况硅溶胶工艺CT4-CT6，水玻璃工艺为CT7-CT9，如铸件尺寸较大壁厚不均匀时因变形原因只能达到CT7，普通精铸件一般取CT7~CT8；

因为铸件形状差异，脱模难度不同。蜡型冷却后有收缩，外型容易脱模，形状简单的甚至没有斜度也可以取出。内腔一般根据形状深度等不同，脱模斜度需要1~2°。低温蜡脱模容易，中温蜡脱模难度要大一些。减少壁厚差异，可降低变形和缩松缩孔发生，铸钢件正常冷确后的收缩率为2.1~2.4%，但因为精铸工艺特性，模壳阻碍收缩，非自由收缩的线性尺寸会有1%左右的影响，技术水平特别高的模具厂可以人为的对部分线性尺寸进行修正，以将影响降低；壁厚差异不同冷确速度不同也会有少量影响。当对尺寸要求特别高时，为防止冷隔缺陷，最低壁厚为3mm，最佳壁厚为5~8mm，超过10mm补缩难度急剧增加，在中心位置会出现缩孔缩松；增加内圆角尺寸，避免收缩受阻圆角过小区域应力集中，加大圆角后让整个弧面受力，避免拉伤形成热裂纹。当拐角处为90度时受力点将集中在一条线上，所以圆角越小越容易发生裂纹。当圆角较大时，受力将分散到整个弧面上，极大降低裂纹发生概率。内腔形状应避免出现过小的孔洞或缝隙（4mm以内），防止制壳时撒砂不充分型壳内壁部分位置强度不够，导致浇注时出现跑火使金属液流入内腔无法取出；超过4mm的孔都可方便铸出，壁厚过厚时较大的孔可以减少中间位置的缩孔程度。

加工余量参考GB/T 6414-1999标准要求。因单铸试块补缩质量更高，铸件本体强度和延伸率应按标准要求的70%计算。除铸铁铸铜外基本都要进行热处理，铸钢件热处理要求按GB/T 2100-2002、GB/T 16253-1996、GB/T 11352等标准中执行。

铸件在轨道交通关键零部件中的应用取得了广泛且较好的效果，尤其在一些关键零部件中的应用。牌号的正确选择、合理设计，在铸件的使用上起到了重要作用，确保了产品使用可靠性以及安全性，对满促进轨道交通的发展有着重大的意义。

作者简介：何双慧 ，女， 1992年10月，浙江金华， 汉 ，本科 ，工程师， 轨道车辆内装设备设计师。