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一、造型技術(shù)現(xiàn)狀及展望
中國鐵路貨車鑄鋼產(chǎn)品絕大部分采用砂型鑄造，廣泛采用流水線大量生產(chǎn)，采用成熟、可靠的技術(shù)。在生產(chǎn)車間廣泛使用高壓造型、射壓造型、靜壓造型、氣沖造型和生產(chǎn)線等高效造型方法。目前，在中國鐵路貨車鑄鋼制造業(yè)中采用較多的型砂工藝主要有：CO2水玻璃砂、濕型砂、呋喃樹脂砂和酯硬化水玻璃砂。
20世紀50年代開始，CO2硬化水玻璃砂由于工藝簡便、價格低廉和污染程度小，被我國鐵路貨車鑄鋼制造業(yè)廣泛采用。到60年代中期，水爆、水浴工藝的相繼發(fā)明，解決了水玻璃砂清砂困難的難題，CO2硬化水玻璃砂得到了更廣泛的應(yīng)用，但鑄鋼件在鑄態(tài)和激冷條件下容易產(chǎn)生毛細裂紋缺陷，同時水污染問題也日益突出。
90年代末期，用戶要求對鐵路貨車重要鑄鋼件采用干法落砂工藝和磁粉探傷檢測。大部分鐵路貨車鑄鋼廠進行了技術(shù)改造，開始采用呋喃樹脂砂、濕型砂、有機酯改性水玻璃砂工藝，并相繼建造了造型生產(chǎn)線。呋喃樹脂砂雖然尺寸精度高、潰散性好、再生性好，但解決大型薄壁箱體鑄鋼件裂紋缺陷時，需要采取大量附加的工藝措施，成本相對較高，所以沒有得到更廣泛的推廣。由于國內(nèi)優(yōu)質(zhì)膨潤土資源匱乏以及對型砂技術(shù)的掌握程度等原因，濕型砂工藝未能在大型鑄鋼件生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，目前，該工藝在國內(nèi)一家鐵路貨車鑄鋼廠用于搖枕側(cè)架生產(chǎn)。隨著國內(nèi)外對有機酯改性水玻璃砂造型材料、砂再生難題及鑄造裝備技術(shù)的突破，近幾年有機酯改性水玻璃砂工藝在鐵路貨車鑄鋼廠得到了廣泛的應(yīng)用。
20世紀80年代，日本鑄造協(xié)會發(fā)明了真空轉(zhuǎn)換二氧化碳硬化水玻璃砂工藝，是一種水玻璃砂硬化新方法，英文名稱是Vacuum Replacing Hardening – CO2 Process Vacuum Process，簡稱VRH法。目前國內(nèi)某些鐵路貨車鑄鋼廠將其用于車鉤生產(chǎn)。
20世紀70年代初，日本發(fā)明并研制成功的一種特種鑄造方法——真空密封造型法(也稱負壓造型法或減壓造型法)，英文名稱是Vacuum Process，簡稱V法。我國自20世紀80年代開始引進此項技術(shù)和設(shè)備，同時國內(nèi)鑄造界的科技人員開始研制V法造型工藝的裝備，使V法造型在國內(nèi)多家工廠得到應(yīng)用。V法工藝在國內(nèi)外的工程機械配件、耐磨襯板件、汽車配件、閥類件和鐵路道岔等行業(yè)均有所應(yīng)用。目前，這種工藝已經(jīng)被應(yīng)用于鐵路貨車搖枕與側(cè)架的鑄造。據(jù)了解，前蘇聯(lián)一些國家從2004年開始相繼從德國公司引進了3〜4條V法生產(chǎn)線元素，發(fā)氣量低，可防止鑄鋼件皮下氣孔缺陷產(chǎn)生。
二、該工藝芯砂具有二次硬化特性和良好高溫?zé)崴苄?，可防止鑄鋼件熱裂及縮松等缺陷的產(chǎn)生。
三、如采用氣體固化劑(甲酸甲酯)，其尾氣可直接排放到大氣中，對操作者身體無損害。該工藝的芯砂強度較高，裂紋傾向性大于水玻璃砂。
與傳統(tǒng)水玻璃砂工藝相比，新型酯硬化水玻璃砂工藝可以充分發(fā)揮水玻璃的粘結(jié)效率，在獲得相同粘結(jié)強度的條件下，可使水玻璃加入量大大降低，較大地改善了水玻璃砂的潰散性和舊砂的回用性。有機酯自硬水玻璃砂工藝保持了傳統(tǒng)CO2硬化水玻璃砂的優(yōu)點，即生產(chǎn)成本低、操作簡便、鑄件的裂紋和氣孔等缺陷少；同時由于其生產(chǎn)過程類似于自硬樹脂砂工藝，具有自硬樹脂砂工藝的型(芯)砂較易混均、流動性好、易于緊實、鑄型(芯)自硬且強度高、生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高等優(yōu)點。與自硬樹脂砂工藝相比，該工藝還具有環(huán)保(有機酯是一種低毒性、低粘度、成分均勻的有機液體)、定量容易、使用方便等優(yōu)點。由于水玻璃加入量降低至2%~3%之間，砂芯潰散性較好，完全可實現(xiàn)干法落砂，但由于其吸濕性較大的缺點，所生產(chǎn)的鑄型(芯)在使用前需要烘干。
綜上所述， 這些方法根據(jù)制芯設(shè)備的不同在應(yīng)用上各有優(yōu)缺點，選用時要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，制訂具體可行的產(chǎn)品工藝、制芯工藝以及砂芯的生產(chǎn)工藝流程。芯砂選用原則為：
（1）芯砂的流動性要好，便于充模。
（2）硬化速度和硬化時間容易掌握。
（3）芯砂的可使用時間容易調(diào)節(jié)。
（4）砂芯強度滿足使用要求。
（5）工藝性好，不易產(chǎn)生裂紋缺陷。
（6） 潰散性好，干法落砂容易實現(xiàn)。
近年來，中國鐵路貨車鑄鋼產(chǎn)品制芯技術(shù)飛速發(fā)展，百花齊放，特別是鐵路貨車關(guān)鍵大部件搖枕、側(cè)架整體芯技術(shù)的開發(fā)，象征著中國鐵路貨車鑄鋼產(chǎn)品制芯技術(shù)已經(jīng)超越世界一流水平，達到世界領(lǐng)先水平。整體新技術(shù)使內(nèi)腔砂芯由6塊～12塊組成變?yōu)橐粔K，采用整體芯形成搖枕與側(cè)架鑄件內(nèi)腔，尤其是關(guān)鍵部位，可消除傳統(tǒng)工藝帶來的臺階、飛邊、裂紋與氣孔等鑄造缺陷，提高搖枕與側(cè)架的內(nèi)在質(zhì)量。目前國內(nèi)各廠家所采用的制芯方法主要有：射芯工藝，兩大片工藝，上平面壓實工藝，以及新穎的盒內(nèi)擠壓鎖芯工藝。
射芯工藝采用ISOCURE冷芯盒樹脂砂整體射制或分別射制主體上下盒芯，并用三乙胺固化后鎖芯。整體射制的砂芯必須有較高的強度，這樣必將增加鑄件內(nèi)腔產(chǎn)生裂紋缺陷的傾向。在消除鑄件裂紋和保證密實度方面，采取工藝措施解決較困難。
兩大片工藝采用呋喃樹脂砂整體砂芯，分為上下兩片分別制出，然后用粘結(jié)劑或砂銷合在一起。上壓模工藝砂芯采用酯硬化水玻璃砂。在下芯盒填滿砂后，再用隨形上模進行壓實，但砂芯的壓實面質(zhì)量不容易控制，易出現(xiàn)砂尖、臺階和錯芯等缺陷，在靠近壓實面一側(cè)采用冷鐵、鑄筋等工藝措施比較困難，砂芯的翻轉(zhuǎn)起模比較困難，砂芯制作過程操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低。
盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝是一種國內(nèi)外首創(chuàng)、全新的生產(chǎn)工藝。砂芯采用酯硬化水玻璃砂，將射芯工藝的生產(chǎn)原理應(yīng)用到制芯生產(chǎn)線上。與射芯不同之處為，盒內(nèi)擠壓鎖芯成型工藝是在芯盒內(nèi)先填砂后合模，而射芯工藝是先合模后填砂，利用尚未硬化的下半芯盒內(nèi)芯砂水玻璃的粘性，通過合芯機將上芯盒翻轉(zhuǎn)與下芯盒實施合模，實現(xiàn)上下芯盒內(nèi)的型砂粘合、擠壓和鎖緊，成為整體砂芯（見圖2）。圖3、4所示為該工藝的具體應(yīng)用實例。
另外，采用機械下芯，可以減少人為因素的干擾，有效提高下芯質(zhì)量，減少砂眼、偏皮等鑄件缺陷。耗，有效減輕鑄件堆垛組織，提高性能且波動范圍小。推廣應(yīng)用懸掛式連續(xù)熱處理爐將是鐵路貨車鑄鋼件熱處理工藝的發(fā)展趨勢。
四、產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準及檢測手段
自鐵路貨車重載、快捷技術(shù)實施以來，鐵道貨車鑄鋼產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準進行了大幅度升級修訂。目前TB/T3012－2006《鐵道貨車鑄鋼搖枕、側(cè)架技術(shù)條件》的頒布和實施，規(guī)范了搖枕、側(cè)架的工序質(zhì)量和檢驗標(biāo)準，在鑄件缺陷、化學(xué)成分、性能、金相組織、夾雜物和密實度等方面已經(jīng)超越了美國AAR標(biāo)準。同時熒光磁粉整體探傷、超聲波探傷和測厚技術(shù)條件、三坐標(biāo)測量儀尺寸檢測、射線照相檢驗標(biāo)準等檢測標(biāo)準的頒布實施，使我國鐵路貨車鑄鋼產(chǎn)品檢測手段更加完善，檢測標(biāo)準已經(jīng)達到世界同行業(yè)最高水準。
對鑄件進行整體熒光磁粉探傷及鑄件內(nèi)部無損探傷技術(shù)的應(yīng)用大大提升了鑄件運用的可靠性，同時也對鑄件制造質(zhì)量提出了更高的要求。目前，廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域的工業(yè)實時成像技術(shù)（DR）和工業(yè)CT檢測技術(shù)也正在被籌劃應(yīng)用于檢測鐵路貨車鑄件。
五、結(jié)語
（1) 目前，中國高質(zhì)量的鐵路貨車整機和鑄鋼配件正大量地出口到美洲、澳洲等發(fā)達國家，標(biāo)志著中國鐵路貨車產(chǎn)品已在世界范圍內(nèi)被廣泛認可。中國鐵路貨車鑄鋼制造業(yè)主要技術(shù)經(jīng)達到同行業(yè)世界一流水平，以整體制芯技術(shù)為代表的各種技術(shù)創(chuàng)新，標(biāo)志著我國鐵路貨車鑄鋼業(yè)正向世界領(lǐng)先水平邁進。
（2) 攻克V法造型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的難關(guān)，提升V法造型技術(shù)的產(chǎn)品、工藝和生產(chǎn)制造的柔性，是我們今后造型技術(shù)主要的研究方向之一。研究、應(yīng)用V法等造型工藝，大幅度提升鑄件表面質(zhì)量，達到或接近精鑄水平，同時保證低污染、環(huán)境影響小，也是鐵路貨車鑄鋼造型工藝創(chuàng)新的主要方向。實施鋼液精煉技術(shù)，采用連續(xù)熱處理爐等先進裝備和技術(shù)，提升和保證鑄件內(nèi)在質(zhì)量是中國鐵路貨車鑄鋼制造業(yè)今后技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向。
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