EA031934B1 - Железнодорожное колесо, устройство и способ производства - Google Patents

Abstract

Предложено литое металлическое колесо железнодорожного вагона, которое включает в себя ступичный элемент, обод и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Диск включает в себя дискообразную поверхность, которая является непрерывно вогнутой и не включает в себя обратно выгнутой части. Способ литья V-способом отливает железнодорожные колеса, используя литейную форму вакуумного способа с противостоящими половинками, каждая из которых частично наполнена несвязанным песком, пластиковой пленкой для удерживания песка и отверстием для обеспечения вакуума, причем противостоящие половинки, когда они расположены вместе, а несвязанный песок удерживается в форме за счет вакуума и пленки, задают полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона. V-способ включает в себя подачу расплавленного металла в полость, охлаждение расплавленного металла и сбрасывание вакуума для того, чтобы песок осыпался с колеса железнодорожного вагона.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к колесам грузовых железнодорожных вагонов, а также к устройству и способам литья для их производства. В частности, настоящее изобретение относится к новой конструкции колес грузовых железнодорожных вагонов, а также к новому устройству и способу/процессу производства колеса с использованием технологии литья на основе процесса вакуумной формовки. Однако предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается только железнодорожными колесами и железнодорожной промышленностью.

Колеса железнодорожного вагона имеют важные функциональные требования, так как они должны выдерживать и надежно функционировать в неблагоприятных условиях среды, под значительной нагрузкой/напряжением и при этом часто подвергаться резким ударам. Кроме того, изделие, множество изделий и груз, которые они перевозят, могут быть достаточно ценными, так что любая поломка, вызванная железнодорожным колесом, может быть существенной. В результате колеса железнодорожного вагона могут иметь и подвергаться многим требованиям к функциональности и долговечности. Одновременно с этим железнодорожные колеса изготавливают из относительно крупных литых изделий. Способы производства таких крупных литых изделий могут не позволять изготавливать бездефектные литые изделия, имеющие качество, достаточное для решения задач железнодорожной промышленности. В результате несмотря на предыдущие улучшения в конструкции, методах и процессах производства/литья, считается, что основная технология для производства колес железнодорожных вагонов продолжает основываться главным образом на традиционных методах литья в графитовую форму, использующих, по сути, устаревшую технологию.

В частности, в железнодорожной промышленности долгое время считалось, что с помощью полностью песчаной формы нельзя изготовить железнодорожные колеса. Частично это происходило потому, что большинство промышленных экспертов были уверены в том, что дефекты литья, такие как дефекты типа включения, считавшиеся свойственными способу литья в песчаную форму, делают способ неэкономичным в связи со стоимостью доработки и в связи со сложностью литья высокоуглеродистого материала, который используется в железнодорожных колесах. Стандартные полностью кварцевые песчаные формы не способствовали быстрому затвердеванию обода колеса и необходимых напорных стояков. Одновременно с этим стандартная полностью песчаная форма не вполне стабильна, что делает невозможным точное расположение вставок и теплоотводов и делает невероятно трудным получение высокоточных литых изделий и направленно охлажденных литых изделий.

Известные колеса железнодорожных вагонов отливают с использованием методов литья в графитовую форму, в которых связанный песок и/или многократные формы используются для получения расплавленного металла для охлаждения. Например, см. патенты США № 3,302,919 и 3,480,070 (Beetle). Однако известные способы, включая те, которые используют методы литья в графитовую форму, имеют ограничения в плане стоимости, очень высокий процент брака, вторичные этапы, которые требуют значительного времени обработки, усилий и стоимости, а также другие ограничения. Например, одно ограничение заключается в том, что из-за усложненного механического способа наполнения графитовой формы и требований к размеру графитовых форм очень трудно и/или непомерно дорого увеличивать число полостей в графитовой форме. Желательно усовершенствовать эти способы за счет обеспечения системы, которая снизит стоимость, уменьшит процент брака, сократит вторичные этапы и другие источники влияния на стоимость, и, в общем, уменьшит стоимость и время, требуемые для производства одного колеса. До сих пор эти попытки не были коммерчески успешными.

Известны способы вакуумной формовки (часто называемые здесь как V-способы или литье Vспособом) для литья материалов.

Например, в патенте США № 4,100,958 (Workman) раскрыта основная информация о V-способах, включая использование тонких пластиковых пленок на несвязанном песке в сочетании с вакуумом для того, чтобы временно удерживать песок. Однако V-способы также имеют ограничения с точки зрения параметров., которые требуются для минимизации брака, сложности надежного удержания песчаных форм в способе литья на основе V-формовки, а также для них требуются несколько специализированных компонентов, обычно не связанных со способами литья (таких как тонкая пластиковая пленка, несвязанный песок и вентилируемые формы). В итоге литье V-способом никогда не применялось для производства колес железнодорожных вагонов.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения литое металлическое колесо железнодорожного вагона включает в себя ступичный элемент, имеющий осевое отверстие, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, который проходит между ободом и ступичным элементом и поддерживает обод на ступичном элементе. Диск включает в себя противостоящие дискообразные поверхности, причем по меньшей мере одна из противостоящих дискообразных поверхностей задает, по существу, вогнутую поверхность, которая не содержит обратно выгнутой части.

Второй аспект настоящего изобретения представляет собой литое металлическое колесо железнодорожного вагона, включающее в себя ступичный элемент и обод с аксиально проходящим краевым фланцем, который расположен концентрично ступичному элементу и смещен вбок от ступичного эле

- 1 031934 мента. Кольцевой диск проходит от ступичного элемента до обода, причем кольцевой диск поддерживает обод на ступичном элементе. Кольцевой диск включает в себя противостоящие дискообразные поверхности, причем по меньшей мере одна из дискообразных поверхностей сформирована так, что поперечное сечение кольцевого диска, выполненное перпендикулярно кольцевому диску, задает вогнутую кривую по меньшей мере одной дискообразной поверхности. Вогнутая кривая по меньшей мере одной дискообразной поверхности включает в себя радиус менее чем 35 мм. Эта по меньшей мере одна дискообразная поверхность не содержит обратно выгнутой части.

Варианты осуществления второго аспекта изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

радиус по меньшей мере одной дискообразной поверхности включает в себя радиус менее 25 мм;

по меньшей мере одна дискообразная поверхность включает в себя радиус менее чем порядка 15 мм.

Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ литья литого металлического колеса железнодорожного вагона. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму V-способа с противостоящими половинками, причем каждая из противостоящих половинок включает в себя несвязанный песок, расположенный рядом с пластиковой пленкой для удержания песка, имеющей отверстие для обеспечения вакуума, при этом противостоящие половинки при их расположении вместе с несвязанным песком, удерживаемым в форме путем применения вакуумированной пленки, задают полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Способ также включает в себя этап, на котором обеспечивают канал для заполнения в одной из противостоящих половинок. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором подают расплавленный металл через канал для заполнения в полость. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл, чтобы он сохранил форму полости, и, таким образом, изготавливают литое металлическое колесо железнодорожного вагона. Способ также включает в себя этап, на котором сбрасывают вакуум для того, чтобы несвязанный песок осыпался с литого металлического колеса железнодорожного вагона.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта изобретения включают в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

канал для заполнения расположен над ступичным элементом и включает в себя трубчатый пластиковый стояк, ведущий к фильтру, который фильтрует подаваемый расплавленный метал, поступающий через пластиковый стояк в полость;

подаваемый расплавленный металл подается через канал для заполнения со скоростью приблизительно от 45 до приблизительно 50 кг/с;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2900 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2850 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру порядка 2825°F;

этап сбрасывания вакуума вызывает осыпание несвязанного песка исключительно за счет силы тяжести.

Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ одновременного литья множества литых металлических колес железнодорожного вагона. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму с противостоящими половинками, причем каждая из противостоящих половинок, по меньшей мере частично, наполнена песком, причем противостоящие половинки при. их расположении вместе с песком задают множество полостей, каждая из которых имеет форму, подходящую для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем, непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом, и поддерживающий обод на ступичном элементе. Способ также включает в себя этап, на котором обеспечивают канал для заполнения, ведущий в каждую из полостей для подачи подаваемого расплавленного металла. Также способ включает в себя этап, на котором подают расплавленный металл через каналы для заполнения и через фильтр в полости. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл для одновременного изготовления множества литых металлических колес железнодорожного вагона.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

способ литья содержит способ формовки вакуумным литьем, который включает в себя песок, по меньшей мере, частично расположенный в пластиковой пленке для удерживания песка, и отверстие для обеспечения вакуума, при этом песок является несвязанным песком;

- 2 031934 подаваемый расплавленный металл подается через канал для заполнения со скоростью приблизительно от 45 до приблизительно 50 кг/с;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2900 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2850 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру порядка 2825°F.

Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ литья литого металлического колеса железнодорожного вагона. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму V-способа с противостоящими половинками, причем каждая из противостоящих половинок, по меньшей мере частично, наполнена несвязанным песком, и противостоящие половинки имеют пластиковую пленку для удерживания песка и отверстие для обеспечения вакуума, и противостоящие половинки, при их расположении вместе с несвязанным песком, удерживаемым в форме путем применения вакуума и пленки, задают полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Способ также включает в себя этап, на котором обеспечивают канал для заполнения в одной из противостоящих половинок, ведущий к ступичному элементу, причем канал для заполнения включает в себя керамическую трубку для направления потока подаваемого расплавленного металла в полость. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором подают расплавленный металл через канал для заполнения и через фильтр в полость. Способ также включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл, чтобы он сохранил форму полости, и, таким образом, изготавливают литое металлическое колесо железнодорожного вагона. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором сбрасывают вакуум для того, чтобы песок осыпался с литого металлического железнодорожного колеса под действием силы тяжести.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

канал для заполнения проходит до места под нижней частью ступичного элемента;

подаваемый расплавленный металл подается через канал для заполнения со скоростью приблизительно от 45 до приблизительно 50 кг/с;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2900 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2850 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру порядка 2825°F.

Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ литья литого металлического железнодорожного колеса. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму Vспособа с противостоящими половинками, причем каждая из противостоящих половинок, по меньшей мере частично, наполнена несвязанным кварцевым песком, имеет пластиковую пленку для удерживания песка и отверстие для обеспечения вакуума, причем противостоящие половинки при их расположении вместе с несвязанным песком, удерживаемым в форме путем применения вакуума и пленки, задают полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Способ также включает в себя этап, на котором обеспечивают канал для заполнения в одной из противостоящих половинок, ведущий к ступичному элементу. Также способ включает в себя этап, на котором подают расплавленный металл через канал для заполнения и через фильтр в полость, при этом расплавленный металл подается при температуре менее чем порядка 2850°F. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл, чтобы он сохранил форму полости, и тем самым изготавливают литое металлическое железнодорожное колесо. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором сбрасывают вакуум для того, чтобы песок осыпался с литого металлического колеса железнодорожного вагона.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта настоящего изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

температура расплавленного металла, подаваемого в полость, меньше, чем порядка 2800°F; расплавленный металл подается в полость со скоростью по меньшей мере порядка 50 кг/с;

расплавленный металл подается в полость при температуре, которая приблизительно на 150°F меньше, чем температура кристаллизации металла;

способ включает в себя этап, на котором сбрасывают вакуум для того, чтобы несвязанный песок

- 3 031934 осыпался под действием силы тяжести, при этом несвязанный песок является несвязанным кварцевым песком.

Другим аспектом настоящего изобретения является способ литья металлического колеса железнодорожного вагона. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму V-способа с противостоящими половинками, причем каждая из противостоящих половинок, по меньшей мере частично, наполнена несвязанным песком и имеет пластиковую пленку для удерживания песка и отверстие для обеспечения вакуума, причем противостоящие половинки при их расположении вместе с несвязанным песком, удерживаемым в форме путем применения вакуума и пленки для удерживания песка, задают полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем, непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Способ также включает в себя этап, на котором обеспечивают канал для заполнения в одной из противостоящих половинок и обеспечивают материал, образующий выпор, соприкасающийся с ободом полости, причем материал, образующий выпор, является одним из материала трубчатой формы и пористого материала. Способ также включает в себя этап, на котором подают расплавленный металл через канал для заполнения в полость, при этом обеспечивая вентиляцию через материал, образующий выпор. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл, чтобы он сохранил форму полости, и тем самым изготавливают литое металлическое колесо железнодорожного вагона. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором сбрасывают вакуум для того, чтобы песок осыпался с литого колеса железнодорожного вагона под действием силы тяжести.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

материал, образующий выпор, задает трубчатую конструкцию, проходящую от обода;

материал, образующий выпор, включает в себя материал в виде частиц, отличный от несвязанного песка;

материал, образующий выпор, является ускорителем охлаждения при литье, который обеспечивает заданную модель охлаждения внутри полости;

заданная модель охлаждения внутри полости задается за счет охлаждения обода раньше, чем кольцевого диска и ступичного элемента.

Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ литья литого металлического колеса железнодорожного вагона. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму V-способа с противостоящими половинками, причем каждая из противостоящих половинок, по меньшей мере частично, наполнена несвязанным песком и имеет пластиковую пленку для удерживания песка и отверстие для обеспечения вакуума, причем противостоящие половинки при их расположении вместе с несвязанным песком, удерживаемым в форме путем применения вакуума и пленки для удерживания песка, задают полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Способ также включает в себя этап, на котором обеспечивают канал для заполнения в одной из противостоящих половинок и обеспечивают материал, ускоряющий охлаждение при литье, соприкасающийся с ободом полости. Способ также включает в себя этап, на котором подают расплавленный металл через канал для заполнения в полость. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл, чтобы он сохранил форму полости, и тем самым изготавливают литое металлическое колесо железнодорожного вагона, в том числе путем ускорения охлаждения литого металлического колеса железнодорожного вагона с помощью материала, ускоряющего охлаждение при литье. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором сбрасывают вакуум для того, чтобы песок осыпался под действием силы тяжести с литого металлического колеса железнодорожного вагона.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

материал, ускоряющий охлаждение при литье, включает в себя материал в виде частиц, выбранный из группы, состоящей из одного из циркониевых и хромитовых материалов, которые способствуют более быстрому охлаждению обода, чем ступичного элемента и кольцевого диска;

подаваемый расплавленный металл подается через канал для заполнения со скоростью приблизительно от 45 до приблизительно 50 кг/с;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2900 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне порядка от 2850 до порядка 2825°F;

подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру порядка 2825°F.

- 4 031934

Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ литья железнодорожного колеса. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают литейную форму V-способа, включающую в себя несвязанный песок, задающий по меньшей мере одну полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона. Способ также включает в себя этап, на котором наполняют полость расплавленным металлом. Кроме того, способ включает в себя этап, на котором охлаждают расплавленный металл, чтобы тем самым изготовить литое изделие в виде металлического колеса железнодорожного вагона.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

форма включает в себя множество полостей;

температура расплавленного металла меньше, чем порядка 2800°F;

расплавленный металл подается со скоростью по меньшей мере порядка 50 кг/с;

расплавленный металл подается при температуре, которая приблизительно на 150°F меньше, чем температура кристаллизации металла;

форма включает в себя канал для заполнения, расположенный над ступичным элементом колеса, и включает в себя трубчатый пластиковый стояк, ведущий к фильтру, который фильтрует подаваемый расплавленный металл, направляемый через пластиковый стояк в полость;

форма включает в себя керамическую трубу, задающую, по меньшей мере, часть канала для заполнения в колесе.

Дополнительный аспект настоящего изобретения представляет собой литое металлическое железнодорожное колесо, которое включает в себя ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе. Кольцевой диск включает в себя противостоящие дискообразные поверхности. При этом по меньшей мере одна из дискообразных поверхностей при поперечном сечении через ступичный элемент и обод задает форму поперечного сечения, имеющую радиус менее чем 35 мм.

Варианты осуществления этого дополнительного аспекта настоящего изобретения могут включать в себя любой из следующих признаков или их комбинацию:

при этом радиус менее чем 25 мм;

при этом радиус менее чем порядка 15 мм.

Эти и другие признаки, преимущества и объекты настоящего изобретения будут в дальнейшем понятны и очевидны специалистам в данной области техники, исходя из на нижеследующего описания, формулы изобретения и сопроводительных чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой поперечное сечение варианта осуществления нового колеса железнодорожного вагона согласно настоящему изобретению, на котором показан только материал в плоскости поперечного сечения.

Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение нового колеса железнодорожного вагона с фиг. 1, которое включает в себя фоновый материал поперечного сечения колеса.

Фиг. 3 представляет собой увеличенное поперечное сечение колеса железнодорожного вагона с фиг. 1, выполненное в области III.

Фиг. 4 представляет собой поперечное сечение альтернативной конфигурации колеса железнодорожного вагона, изготовленного с использованием вариантов осуществления V-способа.

Фиг. 5 представляет собой поперечное сечение другой альтернативной конфигурации колеса железнодорожного вагона, изготовленного с использованием варианта осуществления V-способа.

Фиг. 6 представляет собой поперечное сечение колеса железнодорожного вагона из уровня техники, наложенного на колеса железнодорожного вагона, показанные пунктирной линией, с фиг. 4 и 5.

Фиг. 7 представляет собой поперечное сечение всего колеса железнодорожного вагона согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 5, которое наложено на колесо железнодорожного вагона из уровня техники с фиг. 6, показанное пунктирной линией, с целью сравнения.

Фиг. 8 представляет собой поперечное сечение варианта осуществления формы V-способа.

Фиг. 9 представляет собой увеличенное поперечное сечение формы V-способа с фиг. 8.

Фиг. 10 представляет собой поперечное сечение альтернативного варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 11 представляет собой увеличенное поперечное сечение формы V-способа с фиг. 10.

Фиг. 12 представляет собой поперечное сечение другого альтернативного варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 13 представляет собой увеличенное поперечное сечение формы V-способа с фиг. 12.

Фиг. 14 представляет собой поперечное сечение другого варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 15 представляет собой увеличенное поперечное сечение формы V-способа с фиг. 14.

- 5 031934

Фиг. 16 представляет собой поперечное сечение другого альтернативного варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 17 представляет собой увеличенное поперечное сечение формы V-способа с фиг. 16.

Фиг. 18 представляет собой поперечное сечение другого альтернативного варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 19 представляет собой поперечное сечение другого альтернативного варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 20 представляет собой поперечное сечение другого альтернативного варианта осуществления формы V-способа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 21 представляет собой поперечное сечение варианта осуществления формы V-способа с множеством полостей, включающее в себя верхнюю и нижнюю половины штампа, удерживаемые вместе с несвязанным песком внутри и включающие в себя J-образную керамическую пропускающую плитку нижней подачи и верхний цельный стояк, созданный над ступицей, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 22 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ литья литого металлического колеса железнодорожного вагона с использованием литейной формы V-способа.

Уровень техники

Колесо 10 железнодорожного вагона из уровня техники (на фиг. 6 оно показано в сравнении с новыми колесами 50, 50А железнодорожного вагона) включает в себя ступицу 11, обод 12 и многократно изогнутый S-образный диск 13, проходящий между ступицей и ободом и поддерживающий обод 12 на ступице 11. Показанный многократно изогнутый диск 13 имеет традиционную S-образную форму (т.е. имеет участок, выгнутый в противоположном направлении), которая предназначена для того, чтобы диск 13 мог конструктивно поддерживать обод 12 на ступице 11 без деформации обода 12 и/или ступицы 11 диском 13. В частности, множество изгибов предназначено для того, чтобы диск 13 мог расширяться (или сжиматься) из-за тепла, создаваемого (или теряемого) в процессе использования (такого как торможение, или погрузка, или дорожные условия), и расширяться (или сжиматься) из-за тепла, полученного (или потерянного) из окружающей среды, не приводя к деформации обода 12. Также диск 13 сцепляет ступицу 11 и обод 12 приблизительно в одной вертикальной плоскости, так что смещение 18 минимально. Структурная целостность и требования к размерам ступицы 11, обода 12 и диска 13 заданы стандартами и тщательно контролируются для того, чтобы колесо 10 не деформировалось в процессе использования, несмотря на изменения температуры и существенную нагрузку.

Осуществление изобретения

Настоящее литое металлическое колесо 50 железнодорожного вагона (фиг. 1-2) включает в себя ступичный элемент 51, обод 52 и непрерывный кольцевой диск 53 (иногда называемый ребром), проходящий между ступичным элементом и ободом, и поддерживающий обод 52 на ступичном элементе 51. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, настоящее инновационное колесо 50 железнодорожного вагона спроектировано так, чтобы отвечать всем требованиям к железнодорожному колесу, включая функциональные/конструктивные требования к ступице, ободу и диску. Показанный диск 53 включает в себя противостоящие дискообразные поверхности 54 и 54А.

Как показано на фиг. 1-5, при поперечном сечении через ступичный элемент 51 и обод 52 дискообразная поверхность 54 задает форму поперечного сечения, которая непрерывно вогнута и которая не включает в себя обратно выгнутой части. В более широком смысле диск 53 рассчитан на непрерывную развертку, а не на многократно изогнутую кривую (как показано на фиг. 6). В частности, форма показанного диска 53 при нагревании будет выгибаться наружу (т.е. в сторону поверхности 54А), таким образом уменьшая напряжение от нагрева, сохраняя при этом функциональную возможность диска 53 поддерживать ступицу 51 и обод 52. В частности, это колесо 50, имеющее диск 53 без изгибов в противоположном направлении, отливать намного проще, чем традиционное колесо 10 уровня техники (имеющее обратно-изогнутый S-образный диск 13, как показано на фиг. 6). Дополнительно, исходя из результатов проверки, колесо 50 отвечает или превышает функциональную прочность и другие характеристики, требуемые для колес железнодорожного вагона. Кроме того, предполагается, что число изгибов, включенных в диск 50, может быть увеличено при использовании литья V-способом. Например, показанная кривизна диска 53 имеет толщину Т вдоль средней части диска 53.

Дополнительно, как показано на фиг. 1-5, кривизна диска 53 включает в себя смещение 62 между средней точкой 58 со стороны обода и средней точкой 59 со стороны ступицы. В соответствии с различными вариантами осуществления смещение 62 может иметь длину порядка 1,5 толщин Т. Предполагается, что смещение 62 может быть более чем порядка 20 толщин Т или больше. Предполагается, что другие значения длины смещения 62 могут быть менее 1,5 толщин Т или более 20 толщин Т. В различных вариантах осуществления величина кривизны диска 53 определяет величину смещения 62 между средней точкой 58 со стороны обода и средней точкой 59 со стороны ступицы диска 53. Величина смещения 62, реализованная для конкретной конструкции железнодорожного колеса, определяется несколькими факторами, включая функциональные и конструктивные требования к конкретной конструкции колеса, но не ограничиваясь ими.

- 6 031934

Как показано на фиг. 3-5, колесо 50 железнодорожного вагона включает в себя диск 53, который задает с ободом 52 относительно крутой радиус R со стороны поверхности 54А на диске 53 между диском 53 и ободом 52. Предполагается, что этот радиус может быть менее 35 мм, или даже менее 25 мм, или даже всего лишь 15 мм. В частности, при литье V-способом возможен радиус менее 35 мм. Однако достичь такого радиуса обычно применяемым способом литья в графитовую форму очень сложно, если не невозможно. Возможность литья радиуса в 15 мм обеспечивает значительные преимущества и возможности с точки зрения проектирования и конструирования железнодорожного колеса. Относительно маленькие радиусы кривизны R возможны в других частях колеса 50 железнодорожного вагона при использовании различных вариантов осуществления литья V-способом.

Значительная часть настоящего изобретения заключается в использовании литья вакуумным способом (V-способом) для отливки железнодорожных колес. Литье V-способом известно и описано в различных общедоступных формах, например в патенте США № 4,100,958 (Workman), содержание которого включено в данный документ в полном объеме для его изучения.

Способ вакуумной формовки (V-способ), показанный на фиг. 8-21, для литья материалов в настоящем изобретении включает в себя формирование песчаных форм 60 при отсутствии модельной плиты и с внутренними элементами, поддерживаемыми в форме с помощью отсоса. Устройство обработки для производства формы использует вибрационный вакуумный стол, который объединяет пневматическое устройство переноса песка, доставляющее заданное количество песка к формовочной коробке. В частности, V-способ отличается от обычно применяемого способа формовки тем, что в нем нет требований к применению органического связующего вещества, смешанного с частицами песка. Таким образом, несвязанный песок может быть повторно использован без переработки. Формовочные коробки в настоящем V-способе требуют перфорированных полых стенок и находятся под давлением ниже атмосферного (именуемого здесь вакуум), чтобы созданную форму колеса 50 железнодорожного вагона можно было удерживать за счет использования несвязанного песка.

Благодаря компактному размеру и другим характеристикам литья V-способом, как описано ниже, предполагается, что формы могут быть с множеством полостей (как показано на фиг. 21), которые чрезвычайно увеличивают производительность (например, обеспечивая в 2-4 раза больше деталей за цикл формовки в зависимости от числа полостей). Также литье V-способом обеспечивает лучшую модель затвердевания на колесе, так как расплавленный металл 70 выливают при температуре, близкой к температуре кристаллизации. В результате литья V-способом колесо 50 железнодорожного вагона выпускается из формы 80 для литья V-способом намного раньше, как из-за выливания при температуре, близкой к температуре кристаллизации, так и из-за скорости удаления песка (который осыпается при сбрасывании вакуума). В частности, ступичный элемент 51 колеса 50 железнодорожного вагона, отлитого V-способом, также выделяет много тепла в ступичном элементе 51 колеса, что обеспечивает намного более высокий выход на единицу литого материала (например, в выражении вылитого металла по сравнению с весом колеса).

Один необязательный признак, который может использоваться в процессе литья V-способом, заключается в использовании экранирования аргоном для снижения насыщения кислородом и микропористости. В частности, микропористость является одним из наиболее критических факторов в жизненном цикле железнодорожного колеса. Насыщение кислородом, происходящее из-за присутствия кислорода, может являться проблемой, когда расплавленный металл 70 удерживается в плавильной чаше и/или когда выливается расплавленный металл 70. За счет использования экранирования аргоном насыщение кислородом снижается, что ведет к меньшей микропористости. Газообразный аргон может использоваться как вспомогательное средство по уменьшению присутствия кислорода. Другие экранирующие газы могут включать в себя, но не ограничиваются ими, азот, другие инертные газы, их комбинации и др. В частности, процессы литья V-способом естественным образом снижают насыщение кислородом благодаря более низкой температуре расплавленного металла 70. Экранирование может использоваться для дополнительного улучшения качества литых изделий, что может быть важным для железнодорожных колес из-за их размера и из-за правил безопасности/функциональности.

В V-способе используется трафарет, прикрепленный к несущей коробке, с рядом узких каналов, идущих от полой внутренности несущей коробки к поверхности трафарета. Нагретая пластиковая пленка 85 (толщиной порядка 0,01 мм) покрывает трафарет и цепляется к его поверхности за счет уменьшения давления внутри несущей коробки до давления ниже атмосферного/вакуума путем присоединения к вакуумному насосу. Формовочная коробка в виде литейной формы 80 V-способа располагается вокруг границ трафарета и загружается несвязанным песком 83, который уплотняется за счет вибрации. Дополнительная нагретая пластиковая пленка 86 помещается на открытую поверхность объема песка, который затем откачивается до давления ниже атмосферного за счет действия источника 90 вакуума, такого как вакуумный насос, подсоединенный к формовочной коробке с перфорированной стенкой, соприкасающейся с объемом песка. С этим объемом песка, поддерживаемым при давлении ниже атмосферного (порядка 0,5 атм), форма песчаной формы 60 поддерживается в твердом состоянии, и ее можно извлечь из трафарета. Верхняя и нижняя половинки 81, 82 формы, полученные таким путем, могут быть наполнены расплавленным металлом 70 сразу после того, как противостоящие половинки 81, 82 формы соединены

- 7 031934 вместе, и давление ниже атмосферного в двух песчаных формах 60 поддерживается до тех пор, пока расплавленный металл 70 не охладится достаточно для того, чтобы его можно было извлечь.

Различные варианты осуществления литья V-способом, как показано на фиг. 8-21, используют литейную форму 80 вакуумного способа с противостоящими половинками 81, 82, каждая из которых частично наполнена несвязанным песком 83, 84, пластиковой пленкой 85, 86 для удерживания песка и отверстием 37, 88 для обеспечения вакуума. Когда половинки 81, 82 расположены вместе, несвязанный песок 83, 84 удерживается с тем, чтобы он принял форму песчаных форм 60 за счет вакуума, обеспечиваемого через источник 90 вакуума и пленки 85, 86. Пленка 85, 86 удерживает песок 83, 84, чтобы задать полость 91 с формой, подходящей для изготовления одного или более колес 50 железнодорожного вагона. V-способ включает в себя подачу расплавленного металла 70 в полость 91, охлаждение расплавленного металла 70 для изготовления колеса 50 железнодорожного вагона и сбрасывание вакуума для того, чтобы несвязанный песок 83, 84 осыпался с колеса 50 железнодорожного вагона, отлитого V-способом. Несвязанный песок может осыпаться под действием силы тяжести, или с помощью различных устройств, или вручную. Следует отметить, что форма 80 V-способа содержит маленькие частички песка и не содержит примесей, так что она очень стабильна механически и термически. Это отличается от стандарта всех песчаных форм со связанным песком тем, что связанный песок не полностью стабилен.

Как показано на фиг. 1-5 и 7, получающееся литое металлическое колесо 50 железнодорожного вагона содержит ступичный элемент 51 с осевым отверстием 55, обод 52 с аксиально проходящим краевым фланцем 56 и непрерывный кольцевой диск 53. Диск 53 имеет форму диска и имеет относительно постоянную толщину вдоль своей длины с увеличением толщины там, где диск 53 подходит к ступичному элементу 51 и ободу 52. Диск 53 задает противостоящие дискообразные поверхности 54 и 54А. Что касается диска 53, следует отметить, что дискообразная поверхность 54 при поперечном сечении через ступичный элемент 51 и обод 52 задает форму поперечного сечения, которая непрерывно изогнута и не включает в себя обратно выгнутой части.

Следует отметить, что хотя здесь указаны конкретные специфические пространственные детали диска 53 (включая ступичный элемент 51, обод 52 и диск 53, включая толщину и детали размаха), эти детали не обязательны для понимания настоящего изобретения специалистом в данной области техники конструкции колес железнодорожного вагона. Габаритные размеры и прочность конструкции важны, но конкретные размеры не обязательны для понимания. Например, как показано на фиг. 6, в варианте осуществления, показанном пунктирными линиями, следует отметить, что колесо 50А включает в себя ступичный элемент 51А, обод 52А и дисковый элемент 53А, которые не сильно отличаются от тех, что используются в колесе 50. Сравнение конкретных форм можно увидеть, сравнивая пунктирные и штрихпунктирные линии, показывающие две альтернативные конфигурации колес 50 железнодорожного вагона, изготовленных с помощью вариантов осуществления литья V-способом. Дополнительно, хотя здесь обсуждаются преимущества колес 50, 50А железнодорожного вагона, имеющего диск без обратно выгнутой части, варианты осуществления литья V-способом могут использоваться для литья железнодорожных колес с разнообразной альтернативной геометрией, включая железнодорожные колеса с обратно изогнутым диском S-образной формы, другими многократно изогнутыми дисками или другими формами и конфигурациями.

Как показано на фиг. 22, способ 200 литья литого металлического колеса 50 железнодорожного вагона содержит этапы обеспечения литейной формы 80 V-способа (этап 202) с противостоящими половинками 81, 82, каждая из которых частично наполнена несвязанным песком 83, 84 (этап 204), пластиковой пленкой 85, 86 для удерживания песка и отверстием 87, 88 для обеспечения вакуума, соединенным с источником 90 вакуума. Когда половинки 81, 82 расположены вместе с несвязанным песком 83, 84, удерживаемым в форме песчаной формы 60 путем применения вакуума (этап 206) и за счет пленки 85, 86, форма полости 91 может поддерживаться так, чтобы литье могло точно изготавливать колесо 50 железнодорожного вагона. На фиг. 18 показан канал 94 для заполнения в верхней половинке 81 формы с сеткой/фильтром 95 и пластиковым стояком цельной формы 96, образующим канал 97 для подачи/заполнения над ступичным элементом 51 полости 91. Расплавленный металл 70 подается через канал 97 для заполнения (этап 208) формы 96 стояка, через сетку/фильтр 95 в полость 91 (этап 210). В различных вариантах осуществления сетка/фильтр 95 может быть сделан из различных, по существу, термостойких материалов, которые включают в себя, но не ограничиваются следующими материалами: керамика, керамические композиты, стеклокерамические композиты и другие аналогичные термостойкие материалы. Расплавленный металл 70 охлаждается до тех пор, пока он последовательно и точно не примет форму, задаваемую полостью 91 (этап 210). Таким образом, изготавливается литое металлическое колесо 50 железнодорожного вагона. Источник 90 вакуума затем отключается, вызывая осыпание несвязанного песка 83, 84 с литого металлического колеса 50 железнодорожного вагона (этап 212) под действием силы тяжести или из-за механического или ручного воздействия. В частности, экономится значительное время, поскольку песок не нужно отделять. Сыпучие характеристики частиц песка обеспечивают песчаную форму 60, которая не содержит связывающего материала, который может требовать дробления или другого интенсивного ручного демонтажа.

Как показано на фиг. 21, литье V-способом позволяет в форме 80 задать множество полостей 91,

- 8 031934 причем каждая полость 91 формируется для изготовления отдельного колеса 50 железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент 51, обод 52 и диск 53. Канал 97 для заполнения на показанной литейной форме 80 вакуумного способа с множеством полостей включает в себя нижний канал 97А, разделенные боковые каналы 97В и верхние каналы 97С, ведущие к ступичным элементам 51 в двух (или более) различных колесах 50.

Как показано на фиг. 10-11, один тип канала 97 для заполнения может включать в себя J-образную керамическую трубку 100 (иногда называемую керамическая пропускающая плитка) для направления потока подаваемого в полость 91 расплавленного металла 70. Расплавленный металл 70 подается вниз по вертикальной части керамической трубки 100, затем сбоку, а потом сверху в ступичный элемент 51 полости 91. В частности, керамическая трубка 100 обеспечивает лучший поток расплавленного материала 70 с меньшим количеством дефектов в литом колесе 50 железнодорожного вагона. Более конкретно использование керамической трубки 100 для керамической пропускающей плитки и фильтрующей сетки исключает эрозию в местах ввода металла, так как материалы, описанные выше и используемые в этих элементах, могут выдерживать удар, нагрев и трение, испытываемое в процессе литья V-способом и в процессе выливания/протекания с большой скоростью расплавленного металла 70, которая может составлять примерно 50 кг/с.

Предполагается, что подаваемый расплавленный металл 70 будет подаваться настолько быстро, насколько это возможно, и при относительно низкой температуре плавления через канал 97 для заполнения в полость 91. Например предполагается, что расплавленный металл 70 (т.е. металл, необходимый для изготовления колеса 50 железнодорожного вагона) будет подаваться со скоростью по меньшей мере порядка 50 кг/с (или немного ниже, в зависимости от требований всей системы, например, 45 кг/с) и подаваться при температуре менее чем приблизительно 2900°F (или более предпочтительно приблизительно 2850°F, или наиболее предпочтительно приблизительно 2825°F). Есть возможность опустить температуру расплавленного металла 70 даже ниже чем приблизительно 2825°F. В частности, температура примерно 2825°F только приблизительно на 95°F выше температуры кристаллизации расплавленных металлов 70, обычно используемых при литье колес 50 железнодорожного вагона (2730°F). Также предполагается, что расплавленный металл 70 может подаваться при температуре ниже чем 2825°F. В различных вариантах осуществления расплавленный металл может подаваться при температуре примерно на 60°F выше температуры кристаллизации расплавленных металлов 70 или порядка 2790°F. Это приближение температуры втекающего расплавленного металла 70 к температуре кристаллизации приводит к значительно более короткому периоду охлаждения. Такой короткий период охлаждения сокращает время охлаждения, и способ существенно быстрее, чем традиционный аналогичный способ литья в графитовую форму. Например, литье V-способом может создавать и сбрасывать источник 90 вакуума за период времени в 5 мин, который не только ускоряет общее время цикла, но также позволяет колесу 50 свободно охлаждаться и сжиматься без ограничения, тем самым исключая внутреннее напряжение. Такая высокая скорость потока расплавленного металла 70 и уменьшенная температура расплавленного металла 70 позволяют использовать технологию литья в песчаную форму, такую как используемая в литье V-способом. Как обсуждалось ранее, использование песчаных форм 60 очень отличается от традиционного мнения экспертов в литейной промышленности колес железнодорожных вагонов, которые используют только литье в графитовые формы, при котором температуры потока должны быть выше по сравнению с температурами литья V-способом, и время охлаждения может быть 20 мин и более. Однако раскрытое литье V-способом хорошо работает благодаря более высоким скоростям потока расплавленного металла 70, что приводит к достижению расплавленным металлом 70 желаемого положения внутри полости 91 до того, как начинают разрушаться и/или искривляться (как при литье в графитовую форму) каналы 94 для заполнения. Также расплавленный металл 70 можно перемещать, чтобы достичь желаемого пункта назначения в полости 91 формы до того, как начнется охлаждение, что может привести к искривлению вблизи конечной стадии наполнения литейной полости 91.

Как показано на фиг. 12 и 13, канал 97 для заполнения предусмотрен в одной из противостоящих половин 81, 82 (на фиг. 12 и 13 верхняя половина 81 включает в себя канал 97 для заполнения), которая включает в себя материал 102, образующий выпор, касающийся внешнего конца обода 52 полости 91, чтобы воздух мог выходить при наполнении полости 91 расплавленным металлом 70, таким образом предотвращая появление воздушных пузырей. Материал 102, образующий выпор, может быть любым из различных материалов, которые могут включать в себя, но не ограничиваются следующими материалами: циркониевые или хромитовые материалы или другие аналогичные материалы, образующие выпор. Специалисты в области техники литья и специалисты в существующих альтернативных способах литья V-способом поймут и осознают, как использовать и размещать материал 102, образующий выпор, так что в настоящем документе не требуется подробное пояснение. Стандартная кремневая форма не поддерживает быстрого затвердевания обода колеса, и напорные стояки необходимы для предотвращения появления воздушных пузырей в связи со сжатием в процессе охлаждения. Соответственно такие конструкции, как конструкции локализованного охлаждения с материалами (т.е. цирконием, хромитом или сплавами металлов), имеющими высокую теплопроводность, могут выполнять это за счет поддержки направлен- 9 031934 ного затвердевания. В частности, V-способ позволяет выливать расплавленный металл 70 быстрее и при более низких температурах. Характеристики V-способа при должном контроле также могут обеспечивать преимущество, состоящее в эффекте направленного затвердевания.

Как показано на фиг. 12 и 13, материал 102, образующий выпор, может также использоваться как материал, ускоряющий охлаждение. Так как он соприкасается с внешним концом обода 52 полости 91, он вызывает направленное охлаждение, причем начальное охлаждение начинается на внешней части радиуса колеса 50. Стальные или железные охладители 103 (показаны на фиг. 16 и 17) могут использоваться для ускоренного охлаждения обода 52. Выражение направленное охлаждение должно быть понятно специалистам в данной области техники, и его преимущества должны быть понятны специалистам, так как они обеспечивают конструктивные и связанные с напряжением преимущества конечного литого колеса 50 железнодорожного вагона.

Специалисты в области техники распознают множество возможных дополнительных модификаций, которые попадают в объем настоящего изобретения. Например, как показано на фиг. 14 и 15, выпор 98 может быть установлен в непосредственной близости от обода 52 полости 91 вместо использования стояков 96. Предполагается, что может быть размещено множество различных конструкций каналов 94 для заполнения и охладителей 103 в зависимости от конкретной формовочной машины V-способа и функциональных требований.

Настоящее изобретение, использующее технологию V-способа, описанную выше, включает в себя новые аспекты, по меньшей мере, в следующих областях: 1) новое поперечное сечение колеса с ребром из одной кривой или одной разверткой, 2) первое колесо железнодорожного вагона, отлитое с использованием литья V-способом, 3) первый способ, в котором можно осуществлять литье в множество полостей за одну операцию литья, 4) первый способ литья V-способом, использующий А) керамическую наполняющую трубку (трубки), В) делающий упор на быстром выливании при литье и холодном расплавленном материале, С) специальную систему вентиляции для V-способа, Е) пластиковые стояки, F) кластерную систему обработки, G) обеспечение 65%+ выхода продукции (или более предпочтительно 80% выхода продукции, или наиболее предпочтительно 85% выхода продукции при должном контроле) при литье колес, Н) песок одного типа для внутренних элементов и формовки. Настоящее изобретение, как считается, обеспечит более быстрое, более эффективное (в случае использования множества полостей в одной форме) время литья и гораздо больший выход продукции (т.е. значительно уменьшенное количество брака и дефектных литых изделий), такой как 65% или больший выход продукции (или более предпочтительно 80% выход продукции, или наиболее предпочтительно 85% выход продукции при должном контроле) при литье железнодорожных колес 50.

Предполагается, что любой из отдельных признаков вариантов осуществления колес 50 и 50А железнодорожного вагона так же, как и различные этапы и признаки вариантов осуществления литья Vспособом, могут комбинироваться с любым другим признаком или признаками различных вариантов осуществления колес 50, 50А железнодорожного вагона и этапов и признаков литья V-способом.

Необходимо понимать, что могут быть сделаны вариации и модификации вышеупомянутой конструкции без отхода от принципов настоящего изобретения, и, более того, необходимо понимать, что такие принципы, как предполагается, охвачены следующими далее пунктами формулы изобретения, если в этих пунктах формулы изобретения в явном виде не указано иное.

Claims (27)

1. Способ вакуумного литья для изготовления металлического колеса железнодорожного вагона, содержащий этапы, на которых используют литьевую форму V-способа, содержащую противолежащие половинки и пластиковую пленку для удерживания песка с отверстием для обеспечения вакуума, причем каждая из половинок включает в себя несвязанный песок, расположенный рядом с пластиковой пленкой для удерживания песка, имеющей отверстие для обеспечения вакуума, при этом противостоящие половинки, когда они расположены вместе так, что несвязанный песок удерживается в форме за счет применения вакуума к пленке, образуют по меньшей мере одну полость с формой, подходящей для изготовления колеса железнодорожного вагона, имеющего ступичный элемент с осевым отверстием, обод с аксиально проходящим краевым фланцем и непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе, при этом диск включает в себя противостоящие дискообразные поверхности, при этом по меньшей мере одна из противостоящих дискообразных поверхностей задает, по существу, вогнутую поверхность, которая не содержит обратно выгнутой части, при этом по меньшей мере одна из дискообразных поверхностей сформирована так, что в поперечном сечении кольцевого диска, выполненном перпендикулярно кольцевому диску, имеется вогнутая поверхность упомянутой по меньшей мере одной дискообразной поверхности, имеющая радиус кривизны менее чем 35 мм;

через канал для заполнения подают расплавленный металл по меньшей мере в одну полость;

охлаждают поданный расплавленный металл, чтобы он принял форму по меньшей мере одной полости, и, таким образом, изготавливают по меньшей мере одно литое металлическое колесо железнодо- 10 031934 рожного вагона;

сбрасывают вакуум для того, чтобы несвязанный песок осыпался по меньшей мере с одного литого металлического колеса железнодорожного вагона.

2. Способ по п.1, в котором канал для заполнения расположен над ступичным элементом и включает в себя трубчатый пластиковый стояк, ведущий к фильтру, который фильтрует подаваемый расплавленный металл, проходящий через пластиковый стояк в полость.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что подаваемый расплавленный металл подается через канал для заполнения со скоростью от около 45 до около 50 кг/с.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне от около 2900 до около 2825°F.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру в диапазоне от около 2850 до около 2825°F.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что подаваемый расплавленный металл, подаваемый через канал для заполнения, имеет температуру около 2825°F.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что этап сбрасывания вакуума обеспечивает осыпание несвязанного песка исключительно под действием силы тяжести.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что канал для заполнения проходит до места под нижней частью ступичного элемента.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что канал для заполнения проходит до ступичного элемента.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный металл подают по меньшей мере в одну полость через канал для заполнения и через фильтр при температуре менее чем 2850°F.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что температура составляет меньше 2800°F.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что расплавленный металл подается со скоростью по меньшей мере около 50 кг/с.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что расплавленный металл подается при температуре, которая на 150°F меньше, чем температура кристаллизации расплавленного металла.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно используют материал для образования выпора, соприкасающегося с ободом полости, при этом материал, образующий выпор, является одним из материала трубчатой формы и пористого материала.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что при подаче расплавленного материала по меньшей мере в одну полость производят вентиляцию через материал, образующий выпор.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что материал, образующий выпор, задает трубчатую структуру, проходящую от обода.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что материал, образующий выпор, включает в себя материал в виде частиц, отличный от несвязанного песка.

18. Способ по п.14, отличающийся тем, что материал, образующий выпор, является материалом, ускоряющим охлаждение, который формирует заданную модель охлаждения внутри полости.

19. Способ по п.18, в котором заданная модель охлаждения внутри полости формируется охлаждением обода перед охлаждением непрерывного диска и ступичного элемента.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что в области, соприкасающейся с ободом полости, дополнительно используют материал, ускоряющий охлаждение.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что материал, ускоряющий охлаждение, включает в себя материал в виде частиц, выбранный из группы, состоящей из одного из циркониевого и хромитового материала, которые способствуют быстрому охлаждению обода.

22. Способ по п.1, отличающийся тем, что форма включает в себя по меньшей мере один канал для заполнения, расположенный над ступичным элементом колеса, и трубчатый пластиковый стояк, ведущий к фильтру, который фильтрует подаваемый расплавленный металл, направляемый через пластиковый стояк в полость.

23. Способ по п.1, отличающийся тем, что форма включает в себя керамическую трубку, задающую по меньшей мере часть канала для заполнения.

24. Литое металлическое колесо железнодорожного вагона, изготовленное способом по любому из предшествующих пунктов, содержащее ступичный элемент с осевым отверстием;

обод с аксиально проходящим краевым фланцем;

непрерывный кольцевой диск, проходящий между ступичным элементом и ободом и поддерживающий обод на ступичном элементе, при этом диск включает в себя противостоящие дискообразные поверхности, при этом по меньшей мере одна из противостоящих дискообразных поверхностей задает, по существу, вогнутую поверхность, которая не содержит обратно выгнутой части, при этом по меньшей мере одна из дискообразных поверхностей сформирована так, что в поперечном сечении кольцевого диска, выполненном перпендикулярно кольцевому диску, имеется вогнутая поверхность упомянутой по меньшей мере одной дискообразной поверхности, имеющая радиус кривизны менее чем 35 мм.

- 11 031934

25. Литое колесо по п.24, отличающееся тем, что обод с аксиально проходящим краевым фланцем, расположен концентрично ступичному элементу и смещен вбок от ступичного элемента.

26. Литое колесо по п.24, отличающееся тем, что радиус составляет менее чем около 25 мм.

27. Литое колесо по п.24, отличающееся тем, что радиус составляет менее чем около 15 мм.