铸钢火车轮的制作方法
【专利摘要】一种铸钢火车轮，包括具有轴孔的轮毂。轮缘与所述孔同心。板件从所述轮毂基本径向延伸到所述轮缘。所述板件具有前表面和后表面。所述板件具有在所述轮毂与轮缘之间延伸的多个轮辐。相邻的轮辐具有限定在所述前表面与后表面之间的不同的厚度。
【专利说明】铸钢火车轮
【技术领域】
[0001]本主题总体上涉及使用铸造操作的铸件。
【背景技术】
[0002]钢火车轮是在其中将熔化的钢浇注到成形好的石墨模具中的铸造操作过程中制造的。所述模具一般包括通常是石墨块的上半型或上型箱和通常也是石墨块的下半型或下型箱。被铸造的物体的顶部或前表面在上型箱中成形，被铸造的物体的底部或后表面在下型箱中成形。所述模具包括形成火车轮的轮毂、板件和轮缘的部分。当将上型箱和下型箱组合来形成完整的模具时，将这种完整的模具定位在浇注段处，在该浇注段中将熔化的钢浇注到模具的型腔中以形成火车轮的轮毂和轮缘。
[0003]在一些已知的组件中，在模具的上型箱部上设有中央冒口使得在必要时可以保持额外的熔化金属以就在浇注之后火车轮冷却并固化期间向下填充到所述模具中。通过设计中央冒口来保持足够量的金属以在所述轮冷却并固化期间向下填充到所述模具中，钢火车轮的孔隙率必须满足可接受的标准。在模具型腔和中央冒口填充之后，停止浇注金属，然后使石墨模具从浇注段移动，在将上型箱和下型箱分离之前能够有足够的时间使钢固化。
[0004]在成形好的石墨模具中，石墨吸收来自于熔化的钢的热量使得熔化的轮在与石墨接触的外表面处相当快速地冷却并固化。这能够实现轮的高生产率，因为在浇注之后就可以立即使上型箱与下型箱相当快速地彼此分离，从而使所述轮能够合适地冷却并且在其制造期间以其他方式对其进行热处理。由于石墨模具对来自于熔化的钢的热量的快速的吸收，目前的实际情况是在轮毂与轮缘之间提供了厚的板件来确保板件的中心保持熔化状态足够的时间以使中央冒口中的过剩的熔化金属从轮毂通过所述板件流到轮缘以在火车轮中获得所需的孔隙率。板件增加的厚度增加了火车轮的总重量。之后可以加工掉板件的额外的材料，但是这给制造工艺增加了时间和成本。
[0005]减少板件中的材料量是所需的，但是仍然要使板件能够保持熔化状态足够长的时间以获得铸钢火车轮的所需的孔隙率。
【发明内容】
[0006]在一个实施方式中，提供了一种铸钢火车轮，其包括具有轴孔的轮毂。轮缘与所述轴孔同心。板件从所述轮毂基本径向延伸到所述轮缘。所述板件具有前表面和后表面，所述板件具有在所述轮毂与轮缘之间延伸的多个轮辐，相邻的轮辐具有限定在所述前表面与后表面之间的不同的厚度。
[0007]可选地，在火车轮铸造期间，较厚的轮辐可以使更大量的熔化金属从所述轮毂流向所述轮缘。所述轮辐彼此一体并且在火车轮铸造期间形成为使得所述板件在轮毂与轮缘之间是连续的。可选地，所述轮辐包括一系列沿周向排布并且交替的主轮辐和副轮辐。主轮辐可以比相邻的副轮辐厚。副轮辐可以比相邻的主轮辐薄。所述主轮辐可以具有增加主轮辐厚度的脊。副轮辐可以具有在其外部的限定在所述脊之间的空隙。[0008]可选地，所述板件的前表面可以是平滑并连续的。所述板件的后表面可以是不连续的并且由限定相应轮辐的一系列脊和空隙限定。所述轮辐可以具有限定相邻轮辐之间的边界的肩部。相邻轮辐之间的厚度之差可以随着沿轮辐径向向外延伸而总体减小。可选地，所述轮辐可以具有轮毂端和轮缘端。轮毂端处副轮辐的厚度可以显著小于轮毂端处主轮辐的厚度。轮缘端处副轮辐的厚度可以大致等于轮缘端处主轮辐的厚度。
[0009]在另一个实施例中，提供了一种铸钢火车轮，包括具有轴孔的轮毂。轮缘与所述轴孔同心。板件从轮毂基本径向延伸到轮缘。所述板件具有前表面和后表面。所述板件具有限定在所述前表面与后表面之间的厚度尺寸。在所述板件上，所述前表面和所述后表面的至少其中之一包括一系列沿周向排布并且交替的脊和空隙。所述脊被限定为比相邻的空隙厚，且所述空隙被限定为比相邻的脊薄。
[0010]可选地，较厚的脊在火车轮铸造期间能够使更大量的熔化金属从轮毂流向轮缘。所述脊与所述空隙之间的厚度差可以随着从轮毂径向向外延伸而总体减小。所述板件可以包括限定所述脊与空隙之间的边界的肩部。可选地，这些脊可以构成所述板件的大约一半，这些空隙可以构成所述板件的大约一半。所述板件可以包括大约4到8个脊，其中，空隙交错地设置在这些脊之间。这些脊和空隙可以限定所述板件的大致相等的截头扇区。这些脊可以在靠近轮毂的地方更厚并且在靠近轮缘的地方更薄。可选地，可以在所述前表面和后表面上均设置所述脊和空隙。所述前表面和后表面上的脊可以基本彼此对齐。所述前表面和后表面上的空隙可以基本彼此对齐。
[0011]在另一个实施例中，提供了一种制造铸钢火车轮的铸造组件，包括用于保持熔化金属的钢水包。该组件包括用于接收来自于所述钢水包的熔化金属的模具。所述模具具有上型箱部和下型箱部，在上型箱部与下型箱部之间限定有模具型腔，该模具型腔具有用于形成火车轮的形状。所述上型箱部具有限定部分模具型腔的第一型腔面。所述下型箱部具有限定部分模具型腔的第二型腔面。第一和第二型腔面至少其中之一具有一系列沿周向排布并且交替的隆起和凹腔，当铸造时这些隆起和凹腔形成火车轮的表面上的相应的脊和空隙。
[0012]可选地，该铸造组件还可以包括容纳在所述模具中的位于模具型腔的径向中心位置处的轮毂型芯组件。该轮毂型芯组件具有轮毂冒口，该轮毂冒口配置成在铸造期间容纳过剩的熔化金属。所述轮毂冒口在火车轮冷却并固化期间向模具型腔供应过剩的熔化金属。通过与所述凹腔对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量比通过与所述隆起对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量大。
[0013]可选地，第一型腔面可以基本上是平滑的并且不包括隆起和凹腔，第二型腔面包括隆起和凹腔。可选地，肩部可以在隆起与凹腔之间延伸。这些肩部可以基本垂直于相应的第一或第二型腔面。可选地，这些隆起可以构成相应型腔面的大约一半，这些凹腔可以构成相应型腔面的大约一半。这些隆起和凹腔可以限定相应型腔面的大致相等的截头扇区。当沿着隆起径向向外延伸时，所述模具型腔沿着这些隆起在第一与第二型腔面之间具有基本恒定的厚度，当沿着凹腔径向向外延伸时，所述模具型腔沿着这些凹腔在第一与第二型腔面之间具有总体减小的厚度。
[0014]在另一个实施例中，提供了一种制造铸钢火车轮的方法，包括:提供具有上型箱部和下型箱部的模具，其中，在上型箱部与下型箱部之间限定有模具型腔，该模具型腔具有用于形成火车轮的形状。所述上型箱部具有限定部分模具型腔的第一型腔面。所述下型箱部具有限定部分模具型腔的第二型腔面。第一和第二型腔面至少其中之一具有一系列沿周向排布并且交替的隆起和凹腔，这些隆起和凹腔形成火车轮的表面上的相应的脊和空隙。所述上型箱部具有在径向上居中定位的轮毂部，所述下型箱部具有在径向上居中定位的轮毂部。该方法包括将熔化金属浇注到下型箱部和上型箱部的轮毂部中，使得熔化金属进入上型箱部和下型箱部中的模具型腔中。该方法包括将熔化金属浇注到与这些轮毂部对齐的轮毂冒口中.轮毂冒口中的熔化金属用于在浇注熔化金属停止之后向模具型腔供应熔化金属。通过与凹腔对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量比通过与所述隆起对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量大。
[0015]可选地，所述模具型腔可以具有限定在第一与第二型腔面之间的厚度。与凹腔对齐的区域中的模具型腔的厚度可以大于与隆起对齐的区域中的模具型腔的厚度。可选地，该方法可以还包括当火车轮冷却并固化时通过重力将熔化金属从轮毂冒口浇注到模具型腔中。相比于这些隆起，这些凹腔可以在模具型腔中提供更大的供熔化金属流动的区域。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1示出了根据示例性实施方式形成的火车轮。
[0017]图2是图1中示出的所述轮的俯视图。
[0018]图3是图1中示出的所述轮的后视图。
[0019]图4是穿过所述轮的较厚区域的所述轮的横截面视图。
[0020]图5是穿过所述轮的较薄区域的所述轮的横截面视图。
[0021]图6是示出了沿着所述轮的较厚和较薄截面的板件的厚度的差别的所述轮的横截面视图。
[0022]图7是用于制造所述轮的铸造组件的局部剖视图。
[0023]图8示出了用于形成所述轮的后表面的模具的下型箱部的示例性实施方式。
[0024]图9是根据替代性实施方式的用于制造所述轮的另一个铸造组件的一部分的局部剖视图。
【具体实施方式】
[0025]图1示出了根据一个示例性实施方式形成的火车轮100。所述轮100包括轮毂102，所述轮毂具有轴孔104，所述轴孔布置成以传统的方式容纳轴(未示出)的一端。板件106与所述轮毂102 —体地形成并自其径向延伸。轮缘108在外围形成在板件106的径向外边缘上。轮缘108具有车轮踏面110和在所述轮100的内侧上自所述车轮踏面径向向外延伸的凸缘112。在一个示例性实施方式中，所述轮缘108相对于所述轮毂102以传统方式朝向所述轮100的外侧偏置。
[0026]在一个示例性实施方式中，所述轮100使用铸造工艺形成，其中将诸如熔化钢之类的熔化金属浇注到模具型腔中来形成所述轮100。在一个示例性实施方式中，从顶部将熔化钢浇注到模具型腔中以填充所述模具型腔。替代性地，可以通过施加压力将熔化钢从底部注入模具型腔中。在铸造过程中使用中央轮毂冒口来将过剩的熔化金属存放一段时间，以能够将熔化金属向下供应到型腔中，以确保模具型腔的完全填充以及所述轮100在固化后其中金属的合适的孔隙率。所述熔化金属保持液态足够长时间，以在所述轮100冷却并固化期间对模具型腔供应熔化金属。当所述轮100冷却并固化时，熔化金属从轮毂冒口通过所述板件106流入轮缘108中。所述固化一般从所述轮100的外部到所述轮100的内部进行。
[0027]在一个示例性实施方式中，所述轮100尤其在板件106处具有不同厚度的区域，例如一些厚的区域和一些薄的区域，以在固化期间通过较厚的区域补偿足够的熔化金属流，这样具有减小所述轮100的总重量的竞争性优势。所述板件106的薄的区域减小了所述轮100的总重量，因为在这些区域中提供了更少的金属材料。所述板件106的厚的区域起到了向轮缘108供应金属材料的沟槽或管的作用，从而在所述轮100冷却并固化期间形成了供熔化金属流动的熔化管。当所述轮100由外向内冷却时，所述轮100在较厚的区域中在一段更长的时间内保持熔化状态(非固化状态)，从而在一段更长的时间内允许熔化金属从轮毂102流到轮缘108。
[0028]图2是所述轮100的俯视图。图3是示出了所述轮100的内侧的所述轮100的后视图。图4是穿过所述轮100的较厚区域的所述轮100的横截面视图，正如由图3中的线4-4示出的。图5是穿过所述轮100的较薄区域的所述轮100的横截面视图，正如由图3中的线5-5示出的。
[0029]参照图1-5，示出了厚度变化的板件106包括在所述轮毂102与所述轮缘108之间延伸的多个轮辐120。这些轮辐120可以在所述轮100铸造期间形成并且彼此成为一体，使得所述板件106在轮毂102与轮缘108之间是连续的。相邻的轮辐120具有限定在所述板件106的前表面122与后表面124之间的不同厚度。所述前表面122是面向外侧的，而所述后表面124是面向内侧的。在示出的实施方式中，所述板件106的前表面122是平滑并连续的，然而可以意识到所述前表面122可以是不连续的并且包括与下文中参照后表面124描述的特征类似的特征。例如，在一个替代性实施方式中，可以在前表面122而不是在后表面124上设置脊和空隙126，128。在其他替代性实施方式中，可以在前表面122和后表面124上均设置脊和空隙126，128。在该实施方式中，前表面和后表面122，124上的脊126可以彼此对齐，前表面和后表面122，124上的空隙128可以彼此对齐。
[0030]所述板件106的后表面124是不连续的并且由一系列脊126和这些脊126之间的空隙128限定的。这些脊和空隙126，128限定相应的轮辐120。例如，一个轮辐120是由所述板件106的具有其中一个脊126的区域限定的，而相邻的轮辐120由所述板件106的具有其中一个空隙128的区域限定的。
[0031]所述轮辐120包括一系列沿周向排布的交替的主、副轮辐130、132。所述主轮辐130比相邻的副轮辐132厚。所述副轮辐132比相邻的主轮辐130薄。所述主轮辐130是所述板件106的具有所述脊126的部分。所述副轮辐132是所述板件106的具有所述空隙128的部分。相比于所述副轮辐132，所述脊126增加了所述主轮辐130的厚度。在所述板件106的外部沿着所述副轮辐132在所述脊126之间限定了所述空隙128。
[0032]在所述轮100铸造期间，所述主轮辐130 (例如较厚的轮辐)使更大量的熔化金属从轮毂102流向轮缘108。所述副轮辐132 (例如较薄的轮辐)实际上是移除了所述轮100的一部分(例如空隙128)以减小所述轮100的重量。所述空隙128的大小(例如宽度、厚度、长度、形状)可以选择成在所述轮100的重量减少与结构完整性和强度之间进行平衡。脊126的大小(例如宽度、厚度、长度、形状)可以选择成在铸造过程中控制熔化钢从轮毂冒口通过所述板件106到轮缘108的供应。例如，具有较大的脊126能够在固化过程中使更大量的熔化钢流到轮缘108。例如，具有更大的脊126能够使熔化管持续更长的时间，使所述轮100的内部(例如在所述脊126的区域中)能够有更长的时间来固化。
[0033]肩部134限定脊126的外边缘。相邻脊126的肩部134之间限定空隙128。这些肩部134限定相邻主轮辐与副轮辐130，132之间的边界。在一个示例性实施方式中，这些肩部134相对于所述后表面124基本垂直延伸。可选地，这些肩部134可以弯曲，以在所述后表面124的不连续的表面之间提供平滑的过渡。例如，可以在这些肩部134的底部设置倒角部。替代性地，这些肩部134可以相对于所述后表面124以非直角倾斜。
[0034]在一个示例性实施方式中，设置相等数量的脊126和空隙128。这些空隙128交错布置在这些脊126之间。在一个示例性实施方式中，这些脊126可以构成所述板件106的后表面124的大约一半，这些空隙128可以构成所述板件106的后表面124的大约一半。由这些空隙128或脊126覆盖的面积可以取决于这些空隙128和脊126的尺寸和形状。在一些实施方式中，这些空隙128可以构成所述板件106的后表面124的一半以上。在其他实施方式中，这些脊126可以构成所述板件106的后表面124的一半以上。在示出的实施方式中，所述板件106包括六个脊126和在这些脊126之间交错布置的六个空隙128。在替代性实施方式中，所述板件106可以包括多于或少于六个的脊126和空隙128。可选地，所述板件106可以包括大约四个到八个脊126，其中在它们之间交错地布置相应的空隙128。脊126和空隙128的数量可以取决于所述轮100的直径、所述轮100的所需的重量减少量、在铸造期间从轮毂102流到轮缘108所需的熔化金属量和/或铸造过程中所述轮100的冷却及固化速率。在示出的 实施方式中，这些脊126和空隙128限定了所述板件106的大致相等的截头扇区。所述肩部134自所述轮毂102径向向外延伸，使得这些轮辐120基本是π形的。这些脊126的中心线自所述轮毂102向所述轮缘108基本径向向外延伸。在替代性实施方式中，其他形状是可行的。可选地，这些脊126可以形成为不同于这些空隙128的形状。
[0035]图6是示出了沿着主轮辐130和副轮辐132 (以虚线示出)的所述板件106的厚度的差别，它们二者在图3中均有示出。所述板件106在所述脊126处比所述板件106在所述空隙128处厚。区域A由所述脊126限定，该区域A是所述板件106的增大的区域，在所述轮100铸造期间所述区域A能够使更大量的熔化金属从所述轮毂102流到所述轮缘108。在火车轮100铸造期间，所述板件106在所述脊126处增加的厚度能够使更大量的熔化金属从所述轮毂102流向所述轮缘108。所述板件106在所述空隙128处比所述板件106在所述脊126处薄。
[0036]所述板件106的厚度T限定在前表面122与后表面124之间。所述板件106沿着这些空隙128具有厚度Τν。所述板件106沿着这些脊126总体具有厚度Τκ。所述板件106的径向长度L限定在所述轮毂102与轮缘108之间。沿着所述板件106的径向长度L的至少一部分，所述脊厚度Tk总体大于所述空隙厚度Τν。在一个示例性实施方式中，沿着大部分径向长度L，所述脊厚度Tk大于所述空隙厚度Τν。脊厚度Tk与空隙厚度Tv之差用Td表示。可选地，所述厚度差Td沿着径向长度L是变化的。可选地，沿着至少一部分径向长度L所述厚度差Td可以为零。[0037]这些轮辐120在靠近轮毂102处具有轮毂端140，在靠近轮缘108处具有轮缘端142。在一个示例性实施方式中，所述板件106在轮毂端140处沿着所述板件106的前、后表面122、124包括倒角部144，146。所述板件106在轮缘端142处沿着前、后表面122、124包括倒角部148，150。倒角部144-150在板件106与轮毂102或轮缘108之间提供了平滑的过渡。板件106的厚度T在倒角部144-150处总体增加。倒角部144-150可以增加在板件106与轮毂102或轮缘108之间的界面处的轮100的强度。倒角部144-150可以减少在板件106与轮毂102或轮缘108之间的界面处的应力或疲劳裂纹。
[0038]在一个示例性实施方式中，所述板件106沿着所述脊126在轮毂102附近较厚，在轮缘108附近较薄。板件106的厚度差Td沿着从轮毂102径向向外延伸的径向长度L总体减小。在一个示例性实施方式中，所述板件106的空隙厚度Tv沿着径向长度L总体上恒定，而脊厚度Tk在轮毂端140与轮缘端142之间总体上是减小的。在沿着后表面124的一个点P处，所述脊126过渡到板件106中，使得自所述点P径向向外不再有所述脊和空隙126，128，而是所述板件106具有平滑连续的表面，就像所述板件106过渡到轮缘108中一样。在所述点P的径向外部，所述厚度差Td为零。
[0039]所述脊126限定主轮辐130，所述空隙128限定副轮辐132。在一个示例性实施方式中，副轮辐132在轮毂端140处的厚度Tv显著小于主轮辐130在轮毂端140处的厚度Τκ。副轮辐132在轮缘端142处的厚度Tv大约等于主轮辐130在轮缘端142处的厚度Τκ。
[0040]在一个替代性实施方式中，所述脊126和空隙128不是设置在后表面124，而是这些脊和空隙可以设置在前表面122上，这在图6中由以虚线示出的脊126’和空隙128’示出。在其他替代性实施方式中，脊126和126’可以设置在前表面和后表面122，124上，空隙128和128’可以设置在前表面和后表面122，124上。图7是用于制造诸如所述轮100之类的铸件的铸造组件160的局部剖视图。可以使用这里所述的方法和工艺铸造其他物体。组件160包括保持诸如熔化钢之类的熔化金属的钢水包162以及用于将熔化钢浇注到模具180中的浇注管组件164。在浇注操作期间，通过浇注管组件164将熔化金属浇注到模具180中。在铸造操作期间，模具180接收来自于浇注管组件164的熔化金属以形成火车轮 100。
[0041]所述模具180包括上型箱部或上半型部182和下型箱部或下半型部184。所述上型箱部182放置在下型箱部184的顶部上以提供完整的模具组件。下型箱部184和上型箱部182通常是由石墨材料或者快速散热以冷却铸件的其他材料构成。模具型腔186限定在上型箱部182与下型箱部184之间，其具有用于形成火车轮100的形状。例如，上型箱部182和下型箱部184可以在其中加工出车轮凹腔的一部分，它们一起限定了用于火车轮100的铸件。
[0042]所述上型箱部182具有限定部分模具型腔186的第一型腔面188。所述下型箱部184具有限定部分模具型腔186的第二型腔面190。在一个示例性实施方式中，第一和/或第二型腔面188，190的形状用于限定轮毂102、板件106和轮缘108。所述第一和/或第二型腔面188，190可以包括限定所述板件106的后表面124和/或前表面122上的脊和空隙126，128的特征。
[0043]在一个示例性实施方式中，所述模具180具有用于形成所述轮100的轮毂102的轮毂型芯组件192。在一个示例性实施方式中，所述轮毂型芯组件192包括立柱194,所述立柱194限定轮毂102的容纳轴的孔104。所述轮毂型芯组件192包括轮毂冒口 196，所述轮毂冒口在浇注过程中容纳过剩的熔化金属。在火车轮100冷却并固化期间所述轮毂冒口196通过重力浇注工艺向模具型腔186供应所述过剩的熔化金属，在所述重力浇注工艺中通过重力将所述过剩的熔化金属从所述轮毂冒口 196供应到模具型腔186中。所述重力浇注工艺是在增压浇注过程之后以及冷却/固化过程期间进行的。在示出的实施方式中，所述轮毂冒口 196可以是所述模具180的上型箱部182的一部分。例如，所述上型箱部182可以包括在所述模具型腔186上方的加工成形腔，该加工成形腔容纳过剩的熔化金属并且保持该过剩的熔化金属，以用于随后在火车轮100冷却并固化时将过剩的熔化金属释放到模具型腔186中。
[0044]在一个替代性实施方式中，所述轮毂冒口 196可以是单独的元件，比如圆柱型芯构件，其替代所述立柱194并且具有开口，当火车轮100冷却并固化时，所述开口能够使所述过剩的熔化金属从所述轮毂型芯构件流入模具型腔186中。所述轮毂型芯构件通过填充最终限定所述孔104的空间而在轮毂102中形成所述孔104。
[0045]当金属冷却并固化时，该金属可能收缩，这需要额外的材料来完全填充模具型腔186。所述轮毂冒口 196中的过剩量的熔化金属用于填充模具型腔186的容积。可选地，所述轮毂冒口 196(和/或轮毂型芯)可以在径向上居中地定位在模具型腔186内。
[0046]图8示出了用于形成所述轮100的后表面124的模具190的下型箱部184。所述下型箱部184的形状形成为用于形成所述脊126和空隙128。在一个示例性实施方式中，所述下型箱部184的第二型腔面190具有一系列沿周向排布并交替的隆起200和凹腔202，这些隆起和凹腔在火车轮100的后表面124上形成相应的空隙128和脊126。所述隆起200伸入到模具型腔186中，所述凹腔202交错地布置在这些隆起200之间。所述隆起200和凹腔202可以是限定相应空隙128和脊126的任何尺寸和/或形状。在示出的实施方式中，所述隆起200和凹腔202沿着第二型腔面190的板件部204限定了所述第二型腔面190的大致相等的截头扇区。所述第二型腔面190还包括用于形成轮毂102的轮毂部206和用于形成轮缘108的轮缘部208。所述板件部204位于所述轮缘与轮毂部206，208之间。所述板件部204不是平滑的，而是由所述隆起200和凹腔202限定成不连续的。
[0047]肩部210在所述隆起200与凹腔202之间延伸。这些肩部210基本垂直于第二型腔面190延伸。可选地，这些肩部210可以相对于第二型腔面190以非直角的角度倾斜。这些肩部210可以弯曲以在这些隆起200与凹腔202之间限定平滑的过渡。在一个示例性实施方式中，这些隆起200和/或凹腔202相对于彼此是逐渐变窄的使得在轮缘部208附近这些隆起和凹腔200，202基本彼此重合，在轮毂部206附近这些隆起200相对于这些凹腔202是升闻的。
[0048]可选地，这些隆起200可以构成所述第二型腔面190区域的大约一半，这些凹腔202可以构成所述第二型腔面190区域的大约一半。在替代性实施方式中，这些隆起200可以构成所述第二型腔面190区域的一半以上。在替代性实施方式中，这些凹腔202可以构成所述第二型腔面190区域的一半以上。
[0049]当将上型箱部182和下型箱部184组装在一起时，相比于沿着所述凹腔202，所述模具型腔186沿着所述隆起200具有不同的厚度。所述模具型腔186沿着所述凹腔202较厚，这使得通过与所述凹腔202对齐的区域比通过与所述隆起200对齐的区域浇注到模具型腔186中的熔化金属的量大。这些凹腔202最终形成了火车轮100的脊126，这些隆起200最终形成了火车轮100的空隙128。这些隆起200可以填充模具型腔186的一部分容积，从而减少了用于形成所述轮100的金属材料的量，因此减小了所述轮100的总重量。
[0050]图9是根据一个替代性实施方式的用于制造诸如所述轮100之类的铸件的底部压力铸造组件260的局部剖视图。使用这里描述的方法和工艺可以铸造其他物体。该组件260包括放置在储料罐264中的钢水包262。罐盖266和浇注管组件268位于储料罐264的顶部270上以密封内腔272。浇注管组件268包括从罐盖266伸入钢水包262中以到达钢水包262的底部276附近的浇注管274。诸如熔化钢之类的熔化金属保持在钢水包262中。浇注管274可以由陶瓷材料构成。
[0051]在浇注操作期间，在压力下将增压空气或惰性气体注入到内腔272中，从而迫使熔化金属向上通过浇注管274进入到位于钢水包262和储料罐264上方的模具280中。在铸造操作期间所述模具280接收来自于浇注管274的熔化金属以形成所述火车轮100。
[0052]所述模具280包括上型箱部或上半型部282和下型箱部或下半型部284。所述上型箱部282放置在所述下型箱部284的顶部上以提供完整的模具组件。在底部压力铸造工艺中，下型箱部284和上型箱部282通常是由石墨材料或者快速散热以冷却铸件的其他材料构成。模具型腔286限定在上型箱部282与下型箱部284之间，其具有用于形成火车轮100的形状。例如，上型箱部282和下型箱部284可以在其中加工出一部分车轮凹腔，它们一起限定了火车轮100的铸造。
[0053]所述上型箱部282具有限定部分模具型腔286的第一型腔面288。所述下型箱部284具有限定部分模具型腔286的第二型腔面290。在一个示例性实施方式中，第一和/或第二型腔面288，290具有用于限定轮毂102、板件106和轮缘108的形状。所述第一和/或第二型腔面288，290可以包括限定在所述板件106的后表面124和/或前表面122上的脊和空隙126，128的特征。
[0054]在一个示例性实施方式中，所述模具280具有用于形成所述轮100的轮毂102的轮毂型芯组件292。在铸造期间，所述轮毂型芯组件292用于停止熔化金属通过浇注管274浇注到模具型腔286中的增压浇注，比如当模具型腔286充满用于形成火车轮100的熔化金属时。
[0055]在一个示例性实施方式中，所述轮毂型芯组件292包括用于形成所述孔104和轮毂102的轮毂型芯294。所述轮毂型芯294包括限定轮毂冒口 296的腔体，所述轮毂冒口在增压浇注过程中容纳过剩的熔化金属。在火车轮100冷却并固化期间，所述轮毂冒口 296将所述过剩的熔化金属供应到模具型腔286，比如通过重力浇注工艺，在所述重力浇注工艺中通过重力将所述过剩的熔化金属从轮毂冒口 296供应到模具型腔286中。所述轮毂型芯294是可以在所述模具280内移动的圆柱型芯构件。所述轮毂型芯294包括开口 298，在从浇注机构对熔化金属进行增压浇注过程中所述开口能够使熔化金属流入轮毂冒口 296中，并且在火车轮100冷却并固化时所述开口能够使所述过剩的熔化金属从轮毂冒口 296流入模具型腔286中。
[0056]应该理解的是上面的描述旨在是说明性的而非限定性的。例如，上述实施方式(和/或其方面)可以彼此结合使用。此外，在本发明的教导下可以做出许多修改以适应特定的情形或材料而不脱离其范围。这里所述的尺寸、材料类型、各个元件的取向以及各个元件的数量和位置旨在定义某些实施方式的参数，并不意味着是限定性的，它们仅是示例性实施方式。在权利要求的精髓和范围内的许多其他实施方式和修改对于阅读了上面描述的本领域技术人员来说将会是显而易见的。因此本发明的范围应该参照所附的权利要求与这些权利要求赋予的等价方式的全部范围一起来确定。在所附的权利要求中，术语“包括”和“其中”作为相应的术语“包括”和“其中”的简单易懂的等价方式使用。此外，在如下的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等等仅用作标号，并不旨在基于35U.S.C.§ 112第六段 解释，除非该权利要求限定部分在表达上使用了短语“意思是”，后表面是对进一步结构的功能的叙述。
【权利要求】
1.一种铸钢火车轮，包括: 具有轴孔的轮毂； 与所述轴孔同心的轮缘；以及 从所述轮毂基本径向延伸到所述轮缘的板件，所述板件具有前表面和后表面，所述板件具有在所述轮毂与轮缘之间延伸的多个轮辐，相邻的轮辐具有限定在所述前表面与后表面之间的不同的厚度。
2.根据权利要求1所述的火车轮，其中，在火车轮铸造期间，较厚的轮辐能够使更大量的熔化金属从所述轮毂流向所述轮缘。
3.根据权利要求1所述的火车轮，其中，所述轮辐彼此一体并且在火车轮铸造期间形成为使得所述板件在轮毂与轮缘之间是连续的。
4.根据权利要求1所述的火车轮，其中，所述轮辐包括一系列沿周向排布并且交替的主轮辐和副轮辐，主轮辐比相邻的副轮辐厚，副轮辐比相邻的主轮辐薄。
5.根据权利要求4所述的火车轮，其中，所述主轮辐具有增加主轮辐厚度的脊，副轮辐具有在其外部的限定在所述脊之间的空隙。
6.根据权利要求1所述的火车轮，其中，所述板件的前表面是平滑并连续的，所述板件的后表面是不连续的并且由限定相应轮辐的一系列脊和空隙限定。
7.根据权利要求1所述的火车轮，其中，所述轮辐具有限定相邻轮辐之间的边界的肩部。
8.根据权利要求1所述的火车轮，其中，相邻轮辐之间的厚度之差随着沿轮辐径向向外延伸而总体减小。
9.根据权利要求1所述的火车轮，其中，所述轮辐具有轮毂端和轮缘端，所述轮辐包括一系列沿周向排布并且交替的主轮辐和副轮辐，轮毂端处副轮辐的厚度显著小于轮毂端处主轮辐的厚度，轮缘端处副轮辐的厚度大致等于轮缘端处主轮辐的厚度。
10.一种铸钢火车轮，包括: 具有轴孔的轮毂； 与所述轴孔同心的轮缘；以及 从轮毂基本径向延伸到轮缘的板件，所述板件具有前表面和后表面，所述板件具有限定在所述前表面与后表面之间的厚度尺寸； 其中，在所述前表面和所述后表面的至少其中之一上，所述板件包括一系列沿周向排布并且交替的脊和空隙，所述板件在所述脊处比在相邻的空隙处厚，所述板件在空隙处比在相邻的脊处薄。
11.根据权利要求10所述的火车轮，其中，所述板件在所述脊处增加的厚度在火车轮铸造期间能够使更大量的熔化金属从轮毂流向轮缘。
12.根据权利要求10所述的火车轮，其中，所述板件的沿着所述脊的厚度与沿着所述空隙的厚度之差随着从轮毂径向向外延伸而总体减小。
13.根据权利要求10所述的火车轮，其中，所述板件包括限定所述脊与空隙之间的边界的肩部。
14.根据权利要求10所述的火车轮，其中，这些脊构成所述板件的大约一半，这些空隙构成所述板件的大约一半。
15.根据权利要求10所述的火车轮，其中，所述板件包括大约4到8个脊，其中，空隙交错地设置在这些脊之间。
16.根据权利要求10所述的火车轮，其中，这些脊和空隙限定所述板件的大致相等的截头扇区。
17.根据权利要求10所述的火车轮，其中，这些脊沿着所述脊在靠近轮毂的地方更厚并且在靠近轮缘的地方更薄。
18.根据权利要求10所述的火车轮，其中，在所述前表面和后表面上均设置所述脊和空隙，所述前表面和后表面上的脊基本彼此对齐，所述前表面和后表面上的空隙基本彼此对齐。
19.一种制造铸钢火车轮的铸造组件，包括: 用于保持熔化金属的钢水包； 用于接收来自于所述 钢水包的熔化金属的模具，所述模具具有上型箱部和下型箱部，在上型箱部与下型箱部之间限定有模具型腔，该模具型腔具有用于形成火车轮的形状，所述上型箱部具有限定部分模具型腔的第一型腔面，所述下型箱部具有限定部分模具型腔的第二型腔面，第一和第二型腔面至少其中之一具有一系列沿周向排布并且交替的隆起和凹腔，当铸造时这些隆起和凹腔形成火车轮的表面上的相应的脊和空隙。
20.根据权利要求19所述的铸造组件，还包括容纳在所述模具中的位于模具型腔的径向中心位置处的轮毂型芯组件，该轮毂型芯组件具有轮毂冒口，该轮毂冒口配置成在铸造期间容纳过剩的熔化金属，所述轮毂冒口在火车轮冷却并固化期间向模具型腔供应过剩的熔化金属，其中，通过与所述凹腔对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量比通过与所述隆起对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量大。
21.根据权利要求19所述的铸造组件，其中，第一型腔面基本上是平滑的并且不包括隆起和凹腔，第二型腔面包括隆起和凹腔。
22.根据权利要求19所述的铸造组件，其中，肩部在隆起与凹腔之间延伸，这些肩部基本垂直于相应的第一或第二型腔面。
23.根据权利要求19所述的铸造组件，其中，这些隆起构成相应型腔面的大约一半，这些凹腔构成相应型腔面的大约一半。
24.根据权利要求19所述的铸造组件，其中，这些隆起和凹腔限定相应型腔面的大致相等的截头扇区。
25.根据权利要求19所述的铸造组件，其中，当沿着隆起径向向外延伸时所述模具型腔沿着这些隆起在第一与第二型腔面之间具有基本恒定的厚度，当沿着凹腔径向向外延伸时所述模具型腔沿着这些凹腔在第一与第二型腔面之间具有总体减小的厚度。
26.一种制造铸钢火车轮的方法，包括: 提供具有上型箱部和下型箱部的模具，其中，在上型箱部与下型箱部之间限定有模具型腔，该模具型腔具有用于形成火车轮的形状； 所述上型箱部具有限定部分模具型腔的第一型腔面，所述下型箱部具有限定部分模具型腔的第二型腔面，第一和第二型腔面至少其中之一具有一系列沿周向排布并且交替的隆起和凹腔，这些隆起和凹腔形成火车轮的表面上的相应的脊和空隙； 所述上型箱部具有在径向上居中定位的轮毂部，所述下型箱部具有在径向上居中定位的轮毂部； 将熔化金属浇注到下型箱部和上型箱部的轮毂部中，使得熔化金属进入上型箱部和下型箱部中的|旲具型腔中； 将熔化金属浇注到与这些轮毂部对齐的轮毂冒口中，轮毂冒口中的熔化金属用于在浇注熔化金属停止之后向模具型腔供应熔化金属； 其中，通过与凹腔对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量比通过与所述隆起对齐的区域浇注到模具型腔中的熔化金属的量大。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述模具型腔具有限定在第一与第二型腔面之间的厚度，与凹腔对齐的区域中的模具型腔的厚度大于与隆起对齐的区域中的模具型腔的厚度。
28.根据权利要求26所述的方法，还包括当火车轮冷却并固化时通过重力将熔化金属从轮毂冒口浇注到模具型腔中；相比于这些隆起，这些凹腔在模具型腔中提供更大的供熔化金属流动的区 域。
【文档编号】B60B17/00GK104023994SQ201280064585
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年8月13日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】J·舒马赫 申请人:阿母斯替德铁路公司