TWI581953B - 製造輪子之系統 - Google Patents

Description

製造輪子之系統 本案主張美國臨時申請案

No.61/430738，申請日為2011年1月7日，名稱為“製造輪子之方法與系統”之優先權。

本發明關於輪子，特別是關於製造輪子(例如軌道車輪)之方法及系統。

傳統製造軌道車輪之方法包括將一熔融合金被倒入石墨模中來鑄造該輪。在石墨模內之一砂內管可作為一絕緣物來提供期望的凝固。如果該砂內管於該模內移動，砂內管會產生不一致。使用石墨模在製造過程中也是非常昂貴的。

本發明揭露有關製造輪子之方法及系統。依照一實施例，一製造輪子之一系統包括一上模(cope mode)部，包括內上模壁，及一下模(drag mold)部，包括內下模壁。內上模壁及內下模壁界定至少一輪穴之部分周邊界。輪穴包括一穴中心部在穴中心部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪之輪中心部，一穴板部在穴板部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪板部，以及一穴凸緣部，在穴凸緣部之熔 融合金凝固後被建構成形成一輪凸緣部。該系統包括一冷卻件定位於輪穴內且相鄰穴凸緣部。冷卻件被建構成提供由穴凸緣部朝向融熔合金之穴板部之方向性凝固，於輪穴中。

依照另一實施例，一方法被提供以製造一輪子包括定位一冷卻件於一輪穴內。輪穴包括周邊界界定至少於一上模部之內上模壁內及一下模部之內下模壁之部份。輪穴包括一穴中心部，在穴中心部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪之輪中心部，一穴板部，在穴板部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪板部；以及一穴凸緣部，在穴凸緣部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪凸緣部。冷卻件被建構成提供由穴凸緣部朝向融熔合金之穴板部之方向性凝固於輪穴中。此方法定位於輪穴內封閉該上模及下模部與冷卻件，以及至少局部注入輪穴與一熔融合金。熔融合金凝固形成輪子。

特定實施例的技術的優勢可包含使用一可降低製造成本的濕砂(green sand)模。另一種特定實施例的技術的優勢是使用在穴中一冷卻件圍繞在該模穴的一凸緣部來提供期望的熔融合金的方向性凝固。一種特定實施例的附加技術的優勢是使用一瓦盆(tile basin)，一個或更多的過濾器，或兩者在化合物中從熔融合金移出夾雜物。使用一瓦盆，一個或更多的過濾器，或兩者當熔融合金進入該鑄件穴時可能也減少紊流。一些實施例的其他技術的優勢是使用冒口相鄰在輪穴的穴凸緣部來在輪凸緣部的孔隙性。在 特定實施例，在附著於澆鑄輪點一冒口遮斷核心可能被定位於相鄰一冒口來減少該冒口的直徑，這可能有利於去除冒口。

其他的技術優勢，從以下的圖例、說明和申請專利範圍，在技藝的正常技術之一將是顯而易見的。此外，而特定的優勢已經被上面列舉的，不同的實施例可能包括所有、部分或沒有所列舉的優點。

第1圖為輪子製造總成剖視圖，依照特定實施例。製造總成10包括一上模20以及一下模24被傾注入熔融合金，例如液體鋼，注入為了製造一鑄造軌道車輪。上模及下模包括當上下模被對齊封閉起來所產生的一鑄造穴27。模中鑄造穴27之內壁能使用一模具及一高壓製程來產生穴而形成之。壁界定至少穴之部分表面於熔融合金被注入及凝固於製造輪子。於圖式實施例中，上模20及下模24均包含濕砂22，濕砂22可能包含砂、水、或黏土之組合。濕砂22於一些實施例中能被認為是綠色的因為其沒有被烘烤(例如沒有化學鍵結及沒有加熱或處理)。其他實施例可以利用其他合適的材料，例如其他種類的砂，來整理該上及下模，鑄造穴成形於上模20及下模24內包括板部62以成型輪子之板區段，凸緣部64以成型輪子之凸緣區段，以及中心部65以成型輪子之中心區段。

製造總成10也包括一澆口30、一核心32、一冒口套 筒36、閘門區段34、一上冷卻件40，及一下冷卻件44。軌道車輪由澆口30接收熔融合金。在特定實施例中，澆口30被上下模所支撐且不被核心32所支撐。於特定實施例中核心32包括一樹脂結合砂。在輪子中當熔融合金凝固環繞於核心時，核心32被使用於形成中心圓穴。冒口套筒36隔絕一冒口部37由液態合金凝固後形成，其流往下方通過較低的上及下模穴。閘門區段34被建構進入下模24使用一模具，以及接收液態合金當該液態合流往下方通過澆口30及進入被上模20及下模24所形成的鑄造穴27。在特定實施例中，閘門區段34可包括四個進模口，每個分開約90度，使液態金屬或合金可通過進入鑄造穴27。圖式實施例利用一頂閘門系統允許熔融合金進入總成10之頂部來促使由鑄造之底部至頂部之方向性凝固。其他實施例可使用其他種類之閘門系統。

上冷卻件40及下冷卻件44一般都是圓形的環繞上及下模穴之凸緣部64。在特定實施例中，冷卻件可包括一片或兩半式，一半於上模和另一半於下模。兩半式能由銷與襯套所連接(或其他合適組件)並設置於下模內做為一片。冷卻件可由鋼、石墨，或其他適合的金屬或材料製成。冷卻件協助提供一所需的方向性凝固來幫助由穴之外側(例如凸緣部)朝向內側(例如朝向板部)通過之液態合金凝固。如果該輪之板部在凸緣部之前凝固，則於輪之凸緣部內一個熱點會被分離且於鑄造中會產生一非期望的孔洞。一些傳統之軌道車輪製造方法使用石墨的上下模及一 砂內管來作為絕緣物，因為石墨模有冷卻作用。然而，這種方法可以提供一種不一致的鑄造。使用濕砂與金屬或石墨冷卻件只有於穴之凸緣部增加一致的鑄件之可能性。此外，事實上鑄造穴由濕砂模式產生(而非利用一內管放置於一穴內)減少不一致，因為該穴將被維持以及沒有其他組件之處理能產生不一致。在特定實施例中，冷卻件在模內可永久使用和在相同模中可重複使用來鑄造多個車輪。

當製造該鑄造輪子，熔融合金流往下方通過澆口30及進入鑄造穴27後流過閘門系統之進模口34，如圖1中箭頭80所示。該合金流出至鑄造穴之凸緣部64並回流通過冒口套筒36，因為上冷卻件40及下冷卻件44，熔融合金於凸緣部先凝固，然後由外側至內側方向凝固，鑄造可在製造過程中加工完成輪，例如，金屬冒口部37於固體金屬加工後模中取出，於特定實施例中。

第2圖為本發明之輪子製造總成之組件之一部分透視圖，依照特定實施例。第2圖之輪子製造總成100相似於第1圖之輪子製造總成10。輪子製造總成100包括澆口110***核心120內。於一些實施例中，澆口110被上及下模所支撐，及在其他實施例中澆口110可接觸及/或被核心120內部之圓柱形穴之內壁之模池所支撐。在本實施例，一冒口套筒124由熔融合金流過鑄造穴後絕緣核心120。其他冒口套筒134包含冒口金屬130，可被加工於鑄造後於特定實施例中。製造總成100也包括進模口140，可能是其中一個進模口產生於下模內(例如於一些實 施例為四個)使熔融合金流入鑄造穴通過。冷卻件在圖式中於上半部150及下半部154。熔融合金凝固成形輪子鑄件160。分模線156示意在上下模之間之分離線。

第3圖為本發明之輪子製造總成之組件之另一部分透視圖，依照特定實施例。第3圖中之製造總成200分別相似於第1圖及第2圖之製造組10及100，而且包括一附加套筒220於輪子鑄件之板部之絕緣，來幫助確保板部凝固於鑄造之內部前(但於外凸緣部之後)。

第4圖為本發明之輪子製造總成之組件之另一部分透視圖，依照特定實施例。第4圖中之製造總成300分別相似於第1圖第2圖及第3圖之製造總成10，100，及200，而且包括一瓦盆310及過濾器320。瓦盆310被建置於下模並接收熔融合金當其流下通過澆口330，如箭頭350所示，並進入由上及下模所建構之鑄造穴340。

瓦盆310包括進模口360其使熔融合金通過進入鑄造穴。在特定實施例中，瓦盆310由一個或更多陶瓷瓦所構成。瓦盆310有助於防止腐蝕於下模中，以及當它進入鑄造穴協助提供所需的熔融合金層流。在一實施例沒有瓦盆，熔融合金之壓力及速度因為其進入澆口及繼續進行朝向鑄造穴，會導致於該合金中增加擾流及夾雜物。

過濾器320有助於減少熔融合金夾帶夾雜物及如熔融合金進入鑄造穴之紊流。過濾器320被設計可承受熔融合金之溫度。在一些實施例中瓦盆310收容一過濾器直接設置於澆口330之沿線。在特定實施例中一過濾器被收容直 接相鄰每一進模口，包括進模口360。在一些實施例中瓦盆收容一過濾器於澆口330之沿線及過濾器相鄰進模口360。該瓦盆也可收容過濾器320於一交替的形態中。多樣的實施例可利用任何數量過濾器於任何特定的位置或配置。過濾器使用於一些實施例可包括一聚苯乙烯發泡體或海綿狀材料和任何合適的形狀或配置。

第5圖為本發明之輪子製造總成之組件之另一部分透視圖，依照特定實施例。第5圖之輪子製造總成400分別相似於第1圖第2圖第3圖及第4圖之輪子製造總成10，100，200，及300，而且包括冒口部(riser portion)410，冒口套筒412，以及遮斷核心420。

冒口套筒412隔絕冒口部410，且被成形於由熔融合金之凝固後當該熔融合金流出通過鑄造穴後並備份通過冒口套筒412。冒口部410會凝固於相鄰穴凸緣部凝固後，並協助減少孔隙於鑄造輪子之輪凸緣部以提供熔融合金至穴凸緣部當其凝固。在圖式實施例中，冒口套筒412之放置出現在相鄰穴凸緣部沿著穴板部圓周。此建構可能允許熔融合金之更均勻分布於凝固時且能增加避免之可能性於鑄件於輪凸緣部之區段不平整。其它實施例可能使用一個或多個冒口套筒412在替代之建構中。

遮斷核心420被定位於冒口套筒412之基底與冒口部410，相鄰於輪穴之穴凸緣部及穴板部。在特定實施例中，遮斷核心420包括樹脂硬化砂，例如一3部分樹脂硬化砂(3-part resin cured sand)包括矽砂，製造通過一酚 系胺基甲酸酯(phenolic urethane)製程。一遮斷核心減少冒口部之直徑於一處且其附加於鑄造輪子。冒口部能被移除藉由槌子敲擊或其他工具，造成該遮斷核心及相鄰冒口遠離開合金塊。合金塊離開於遮斷核心420之移除及冒口部410後能被加工於製造過程中來完成輪子。移動合金塊需要比全直徑較少的加工，冒口並有助於保持該鑄造輪之輪板部之輪廓。各種的實施例可使用任何適合的遮斷核心數量與所有或一些組合件之冒口結合，配置於任何合適的建構。

第6圖為本發明之輪子製造總成之一過濾系統立體圖，依照特定實施例。第6圖之過濾系統500可被使用如過濾器在這注重描述於各種的實施例，例如第4圖中之過濾器320。過濾系統500包括過濾器510及旋轉料架530。熔融合金進入過濾系統500在內部旋轉料架空間產生於過濾器510間，穿過該過濾器，並接著進入該輪鑄造穴如箭頭520所描繪。過濾系統500有助於減少熔融合金夾雜物夾帶，並促進熔融合金之層流當其進入鑄造穴之前。在一些實施例中，過濾系統可包括更多或更少過濾器，且過濾器能被建構創造於任何合適的形狀之內部空間。各種的實施例能利用一或多個過濾系統，且該一或多個過濾系統能被定位於任何合適的位置與有關於輪鑄造穴。在一些實施例中，相似的過濾系統可被使用於沒有外部旋轉料架，且於其它實施例中其它旋轉料架之種類也能被使用。

在各種的實施例中，鑄造穴可被定向於該上及下模如此輪板穴是凸面或凹面與上模有關。圖式實施例利用鑄造穴使上模呈凹面。在本實施例中冒口套筒412被定位於上模相鄰穴板部及穴凸緣部如此冒口部410將沿著輪子之輪板部成行，相鄰輪子之輪凸緣部。於上模中的穴板部曲率在圖式實施例中便於冒口部410生成相鄰於輪穴之穴板部凹面側。其它實施例可使用其它設置。

雖然本發明已被描述細節和參考於特定實施例，應被了解其它不同的改變，替換和變更並沒有脫離本發明之精神與範圍。例如，儘管揭露的特定實施例有被描述與參考元件的數量包括於輪子製造總成內，該等元件能被合併，重新排列或定位於為了滿足特定的鑄造要求或需求。例如，輪穴部可被建構不同的模內，及鑄造穴能被定向於凹面或凸面內方式或其他先進的方式於模內。在特定實施例中，熔融合金可進入鑄造穴經由澆口定位於核心組件內，澆口與閘門系統被建構包括任何數量之進模口在任何合適的配置中，或通過替代的方式，並能由任何方向進入上下模內。在各種的實施例中，上下模可被濕砂所建構或其他材料。模子可能包括冷卻件，及可能包括鋼，石墨，其他金屬或合金，或其他材料其可提供所需於輪穴中之方向性凝固。另外，在一些實施例，絕緣物會被利用於相鄰於輪穴或輪子製造總成之任何部，來協助控制溫度於凝固期間。在特定實施例中，冒口可被定位於相鄰於於輪穴或輪子製造總成之任何部及配置於於任何外形提供熔融合金至 輪穴如鑄造輪子凝固。冒口遮斷核心能同樣被使用於相鄰任何數量之冒口來減少附著點之直徑於冒口及鑄造輪子間。在一些實施例中，一個或多個過濾器能被定位於上模或下模內來減少夾雜物於熔融合金進入鑄造穴前。瓦盆同樣能被建構成來減少夾雜物於熔融合金內。在特定實施例中，過濾器與瓦盆能被一起使用。另外，在一些實施例中瓦盆可被定位於鑄造模子內來減少鑄造穴內之紊流。在特定實施例中，過濾器同樣可被配置於任何數量及任何外形來減少熔融合金內之紊流。在一些實施例中，瓦盆及一或多個過濾器可被共同使用來協助減少紊流及保持層流。

各種實施例中考慮較大的可撓性於輪子製造總成及其元件之配置。另外，當一些實施例被描述關於製造軌道車輪，特定實施例能被使用來製造鑄造輪子之其他種類。

10‧‧‧製造總成

20‧‧‧上模

22‧‧‧濕砂

24‧‧‧下模

27‧‧‧鑄造穴

30‧‧‧澆口

32‧‧‧核心、核心組件

34‧‧‧閘門區段

36‧‧‧冒口套筒

37‧‧‧冒口部

40‧‧‧上冷卻件

44‧‧‧下冷卻件

62‧‧‧板部

64‧‧‧凸緣部、穴凸緣部

65‧‧‧中心部

80‧‧‧箭頭

100‧‧‧製造總成

110‧‧‧澆口

120‧‧‧核心

124‧‧‧冒口套筒

130‧‧‧冒口金屬

134‧‧‧其它冒口套筒

140‧‧‧進模口

150‧‧‧上半部

154‧‧‧下半部

156‧‧‧分模線

160‧‧‧輪子鑄件

200‧‧‧製造總成

220‧‧‧附加套筒

300‧‧‧製造總成

310‧‧‧瓦盆

320‧‧‧過濾器

330‧‧‧澆口

340‧‧‧鑄造穴

350‧‧‧箭頭

360‧‧‧進模口

400‧‧‧製造總成

410‧‧‧冒口部

412‧‧‧冒口套筒

420‧‧‧遮斷核心、冒口遮斷核心

500‧‧‧過濾系統

510‧‧‧過濾器

520‧‧‧箭頭

530‧‧‧旋轉料架

特定實施例較完整的解說將被表現於結合圖式，加以詳細的描述如下：第1圖為本發明之輪子製造總成一剖視圖，依照特定實施例；第2圖為本發明之輪子製造總成之組件之一部分透視圖，依照特定實施例；第3圖為本發明之輪子製造總成之組件之另一部分透視圖，依照特定實施例；第4圖為本發明之輪子製造總成之組件之另一部分透 視圖，依照特定實施例；第5圖為本發明之輪子製造總成之組件之另一部分透視圖，依照特定實施例；以及第6圖為本發明之輪子製造總成之一過濾系統立體圖，依照特定實施例。

10‧‧‧製造總成

20‧‧‧上模

22‧‧‧濕砂

24‧‧‧下模

27‧‧‧鑄造穴

30‧‧‧澆口

32‧‧‧核心

34‧‧‧閘門區段

36‧‧‧冒口套筒

37‧‧‧冒口部

40‧‧‧上冷卻件

44‧‧‧下冷卻件

62‧‧‧板部

64‧‧‧凸緣部

65‧‧‧中心部

80‧‧‧箭頭

Claims (8)

1. 一種製造輪子之系統，其包括：一上模部，包括內上模壁；一下模部，包括內下模壁；該內上模壁及內下模壁界定至少一輪穴之部分周邊界，該輪穴包括：一穴中心部，在該穴中心部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪之輪中心部；一穴板部，在該穴板部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪板部；以及一穴凸緣部，在該穴凸緣部之熔融合金凝固後被建構成形成一輪凸緣部；一冷卻件，定位於該輪穴內且相鄰該穴凸緣部，該冷卻件被建構成提供由該穴凸緣部朝向融熔合金之穴板部之方向性凝固於該輪穴中；一核心組件，定位於該上模部及該下模部之內，該核心組件被建構成於該熔融合金凝固後界定出一柱狀孔；以及一澆口，定位於該核心組件內，該澆口被建構成在進入該輪穴前接收向下流動穿過該澆口之熔融合金；其中該上模部及該下模部包括砂、水、和黏土。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括一閘門區段，包括一個或多個進模口，該進模口被建構成將熔融合金導入該輪穴。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該冷卻件包括石墨。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括一絕緣套筒，相鄰該穴板部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括一瓦盆，定位於該下模部內並相鄰該穴中心部。
6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，進一步包括最少一過濾器，定位於該瓦盆內，該最少一過濾器被建構成在該熔融合金進入該穴中心部前減少該熔融合金內之夾雜物。
7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括最少一過濾器，定位於該下模部，該最少一過濾器，被建構成在該熔融合金進入該穴中心部前減少該熔融合金內之夾雜物。
8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包括：最少一冒口遮斷核心，定位於相鄰該穴凸緣部；以及一冒口套筒，定位於相鄰每個該最少一冒口遮斷核心，每個冒口套筒被建構成隔絕相鄰該輪穴之穴凸緣部的各別冒口部。