一、造型技术现状及展望

    中国铁路货车铸钢产品绝大部分采用砂型铸造，广泛采用流水线大量生产，采用成熟、可靠的技术。在生产车间广泛使用高压造型、射压造型、静压造型、气冲造型和生产线等高效造型方法。目前，在中国铁路货车铸钢制造业中采用较多的型砂工艺主要有：CO2水玻璃砂、湿型砂、呋喃树脂砂和酯硬化水玻璃砂。

    20世纪50年代开始，CO2硬化水玻璃砂由于工艺简便、价格低廉和污染程度小，被我国铁路货车铸钢制造业广泛采用。到60年代中期，水爆、水浴工艺的相继发明，解决了水玻璃砂清砂困难的难题，CO2硬化水玻璃砂得到了更广泛的应用，但铸钢件在铸态和激冷条件下容易产生毛细裂纹缺陷，同时水污染问题也日益突出。

    90年代末期，用户要求对铁路货车重要铸钢件采用干法落砂工艺和磁粉探伤检测。大部分铁路货车铸钢厂进行了技术改造，开始采用呋喃树脂砂、湿型砂、有机酯改性水玻璃砂工艺，并相继建造了造型生产线。呋喃树脂砂虽然尺寸精度高、溃散性好、再生性好，但解决大型薄壁箱体铸钢件裂纹缺陷时，需要采取大量附加的工艺措施，成本相对较高，所以没有得到更广泛的推广。由于国内优质膨润土资源匮乏以及对型砂技术的掌握程度等原因，湿型砂工艺未能在大型铸钢件生产上广泛应用，目前，该工艺在国内一家铁路货车铸钢厂用于摇枕侧架生产。随着国内外对有机酯改性水玻璃砂造型材料、砂再生难题及铸造装备技术的突破，近几年有机酯改性水玻璃砂工艺在铁路货车铸钢厂得到了广泛的应用。

    20世纪80年代，日本铸造协会发明了真空转换二氧化碳硬化水玻璃砂工艺，是一种水玻璃砂硬化新方法，英文名称是Vacuum Replacing Hardening – CO2 Process Vacuum Process，简称VRH法。目前国内某些铁路货车铸钢厂将其用于车钩生产。

    20世纪70年代初，日本发明并研制成功的一种特种铸造方法——真空密封造型法(也称负压造型法或减压造型法)，英文名称是Vacuum Process，简称V法。我国自20世纪80年代开始引进此项技术和设备，同时国内铸造界的科技人员开始研制V法造型工艺的装备，使V法造型在国内多家工厂得到应用。V法工艺在国内外的工程机械配件、耐磨衬板件、汽车配件、阀类件和铁路道岔等行业均有所应用。目前，这种工艺已经被应用于铁路货车摇枕与侧架的铸造。据了解，前苏联一些国家从2004年开始相继从德国公司引进了3〜4条V法生产线元素，发气量低，可防止铸钢件皮下气孔缺陷产生。

    二、该工艺芯砂具有二次硬化特性和良好高温热塑性，可防止铸钢件热裂及缩松等缺陷的产生。

    三、如采用气体固化剂(甲酸甲酯)，其尾气可直接排放到大气中，对操作者身体无损害。该工艺的芯砂强度较高，裂纹倾向性大于水玻璃砂。

    与传统水玻璃砂工艺相比，新型酯硬化水玻璃砂工艺可以充分发挥水玻璃的粘结效率，在获得相同粘结强度的条件下，可使水玻璃加入量大大降低，较大地改善了水玻璃砂的溃散性和旧砂的回用性。有机酯自硬水玻璃砂工艺保持了传统CO2硬化水玻璃砂的优点，即生产成本低、操作简便、铸件的裂纹和气孔等缺陷少；同时由于其生产过程类似于自硬树脂砂工艺，具有自硬树脂砂工艺的型(芯)砂较易混均、流动性好、易于紧实、铸型(芯)自硬且强度高、生产的铸件尺寸精度高等优点。与自硬树脂砂工艺相比，该工艺还具有环保(有机酯是一种低毒性、低粘度、成分均匀的有机液体)、定量容易、使用方便等优点。由于水玻璃加入量降低至2%~3%之间，砂芯溃散性较好，完全可实现干法落砂，但由于其吸湿性较大的缺点，所生产的铸型(芯)在使用前需要烘干。

    综上所述， 这些方法根据制芯设备的不同在应用上各有优缺点，选用时要根据产品的结构和技术要求，制订具体可行的产品工艺、制芯工艺以及砂芯的生产工艺流程。芯砂选用原则为：

    （1）芯砂的流动性要好，便于充模。
    （2）硬化速度和硬化时间容易掌握。
    （3）芯砂的可使用时间容易调节。
    （4）砂芯强度满足使用要求。
    （5）工艺性好，不易产生裂纹缺陷。
    （6） 溃散性好，干法落砂容易实现。

    近年来，中国铁路货车铸钢产品制芯技术飞速发展，百花齐放，特别是铁路货车关键大部件摇枕、侧架整体芯技术的开发，象征着中国铁路货车铸钢产品制芯技术已经超越世界一流水平，达到世界领先水平。整体新技术使内腔砂芯由6块～12块组成变为一块，采用整体芯形成摇枕与侧架铸件内腔，尤其是关键部位，可消除传统工艺带来的台阶、飞边、裂纹与气孔等铸造缺陷，提高摇枕与侧架的内在质量。目前国内各厂家所采用的制芯方法主要有：射芯工艺，两大片工艺，上平面压实工艺，以及新颖的盒内挤压锁芯工艺。

    射芯工艺采用ISOCURE冷芯盒树脂砂整体射制或分别射制主体上下盒芯，并用三乙胺固化后锁芯。整体射制的砂芯必须有较高的强度，这样必将增加铸件内腔产生裂纹缺陷的倾向。在消除铸件裂纹和保证密实度方面，采取工艺措施解决较困难。

    两大片工艺采用呋喃树脂砂整体砂芯，分为上下两片分别制出，然后用粘结剂或砂销合在一起。上压模工艺砂芯采用酯硬化水玻璃砂。在下芯盒填满砂后，再用随形上模进行压实，但砂芯的压实面质量不容易控制，易出现砂尖、台阶和错芯等缺陷，在靠近压实面一侧采用冷铁、铸筋等工艺措施比较困难，砂芯的翻转起模比较困难，砂芯制作过程操作复杂，生产效率较低。

    盒内挤压锁芯成型工艺是一种国内外首创、全新的生产工艺。砂芯采用酯硬化水玻璃砂，将射芯工艺的生产原理应用到制芯生产线上。与射芯不同之处为，盒内挤压锁芯成型工艺是在芯盒内先填砂后合模，而射芯工艺是先合模后填砂，利用尚未硬化的下半芯盒内芯砂水玻璃的粘性，通过合芯机将上芯盒翻转与下芯盒实施合模，实现上下芯盒内的型砂粘合、挤压和锁紧，成为整体砂芯（见图2）。图3、4所示为该工艺的具体应用实例。

    另外，采用机械下芯，可以减少人为因素的干扰，有效提高下芯质量，减少砂眼、偏皮等铸件缺陷。耗，有效减轻铸件堆垛组织，提高性能且波动范围小。推广应用悬挂式连续热处理炉将是铁路货车铸钢件热处理工艺的发展趋势。

四、产品技术标准及检测手段

    自铁路货车重载、快捷技术实施以来，铁道货车铸钢产品技术标准进行了大幅度升级修订。目前TB/T3012－2006《铁道货车铸钢摇枕、侧架技术条件》的颁布和实施，规范了摇枕、侧架的工序质量和检验标准，在铸件缺陷、化学成分、性能、金相组织、夹杂物和密实度等方面已经超越了美国AAR标准。同时荧光磁粉整体探伤、超声波探伤和测厚技术条件、三坐标测量仪尺寸检测、射线照相检验标准等检测标准的颁布实施，使我国铁路货车铸钢产品检测手段更加完善，检测标准已经达到世界同行业最高水准。

    对铸件进行整体荧光磁粉探伤及铸件内部无损探伤技术的应用大大提升了铸件运用的可靠性，同时也对铸件制造质量提出了更高的要求。目前，广泛应用于航天航空领域的工业实时成像技术（DR）和工业CT检测技术也正在被筹划应用于检测铁路货车铸件。

    五、结语

    （1) 目前，中国高质量的铁路货车整机和铸钢配件正大量地出口到美洲、澳洲等发达国家，标志着中国铁路货车产品已在世界范围内被广泛认可。中国铁路货车铸钢制造业主要技术经达到同行业世界一流水平，以整体制芯技术为代表的各种技术创新，标志着我国铁路货车铸钢业正向世界领先水平迈进。

    （2) 攻克V法造型生产结构复杂产品的难关，提升V法造型技术的产品、工艺和生产制造的柔性，是我们今后造型技术主要的研究方向之一。研究、应用V法等造型工艺，大幅度提升铸件表面质量，达到或接近精铸水平，同时保证低污染、环境影响小，也是铁路货车铸钢造型工艺创新的主要方向。实施钢液精炼技术，采用连续热处理炉等先进装备和技术，提升和保证铸件内在质量是中国铁路货车铸钢制造业今后技术应用的发展方向。