王纪涛
中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002
摘要：摇枕、侧架是铁路货车转向架中重要组成部分，其质量关系到铁路货车运用安全，备受重视。多年来，经过铸造工作者的不断努力和创新，我国铁路摇枕、侧架制造水平得到了长足的发展，特别是近几年我国摇枕、侧架的铸造技术得到了大幅度的提升，制造技术和产品质量达到了世界领先水平。
关键词：摇枕侧架；铸造技术；铁路货车
引言：摇枕、侧架是铁路货车十分重要的铸钢件，不仅影响铁路货车的运行性能，而且关系到铁路运输安全[1]。本文主要对我国货车摇枕和侧架铸造技术的发展、简述每种工艺的优势与劣势对比，并对关键制造技术进行介绍，分析展望了摇枕、侧架制造技术的未来发展方向。
一、铁路货车摇枕侧架铸造技术发展
现今，我国在铁路货车的制造中，已经取得了很大的进步，在实际制造工艺中，也应用到了多种生产工艺。例如，货车在生产中，大量应用孔型薄壁结构部件，生产过程均为流水线批量化生产，生产工艺一般为湿型砂、酯硬化水玻璃砂，v法和二氧化碳硬化水玻璃砂等，制芯工艺一般有三乙胺法和二氧化碳硬化法等。近年来，我国不断探索货车的摇枕和侧架的先进铸造工艺，并取得了很大发展[2]。
（一）CO2硬化水玻璃砂工艺。该工艺在上世纪五十年代，由前苏联发明， 并开始在我国推广，到六十年代中期水爆清砂工艺出现解决其清砂困难的难题后得以较快发展，并形成一套完整的水玻璃砂工艺生产碳素钢摇枕、侧架的工艺和装备体系。该方法设备简单且价格低廉，污染也较小，在货车制造业中曾广泛应用。然而，随着时代的进步该工艺的局限性开始显现，主要是水浴清砂中极易因激冷产生毛细裂纹，大大缩短了了摇枕和侧架的疲劳寿命，对环境也造成了污染，影响了周边水体的质量。因此，市面上大多货车制造厂已经放弃二氧化碳硬化水玻璃砂工艺[3]，改为其他砂型工艺来生产摇枕和侧架。
（二）自硬树脂砂工艺。主要是呋喃树脂自硬砂造型，该工艺1958年开始应用，七十年代初期引入我国，九十年代初期开始在机车车辆行业得到应用。与CO2硬化水玻璃砂工艺工艺相比，其优点是铸件的尺寸精度高、清砂容易、易实现机械化和自动化，缺点是高温强度高、退让性差，铸件表面易出现热裂纹，另外有害的硫元素对铸件表面的渗透，使得工件产生大量表面毛细裂纹。随着磁粉探伤等技术在摇枕、侧架生产上的运用和标准的提高，该造型方法被逐步淘汰。
（三）酯硬化水玻璃砂工艺。是一种利用有机酯做硬化剂的生产工艺，该技术在上世纪九十年代开始出现， 2003年开始趋于成熟并大量推广。该造型砂流动性能好、易于混匀、紧实，工艺操作简单，砂型强度较高，溃散性好，有利于实现干法清砂，铸钢件尺寸精度高，裂纹、气孔等缺陷少，生产制造成本较低。其缺点是受环境温度和空气湿度的影响较大：环境温度大于30°C时，液料反应速度加快，砂型硬化快，强度降低，温度低于10°C时，液料反应变慢，砂型强度提升缓慢，影响生产效率；受环境湿度影响较大，当空气湿度大于80%时砂型易吸潮发生蠕变，出现下沉现象，使铸件的尺寸精度下降，严重时造成铸件报废[4]。
（四）V法工艺。V法工艺就是利用真空或者负压对铸件进行造型，使干砂增强紧实性，从而符合生产需要。其原理是利用塑料薄膜密封砂箱，借助砂箱内部的真空泵抽出多余空气，从而对造型形成外部压力。V法可使铸造工艺中的部件表面更加光滑且提高尺寸的精确性，与其余工艺对比，v法工艺产生的废弃物少，符合节能减排的需要，在国内外制造业中得到广泛的应用。
从90年代开始，我国铁路货车摇枕、侧架制造技术的几个主要发展方向为：
首先是传统的水洗砂工艺被淘汰，改用先进的干法落砂工艺，克服了传统水洗砂工艺易导致铸件本身产生裂纹的现象，极大的提高了铸件疲劳寿命。
其次，弃用传统的碳钢性材料，改用级别更高的B、B+和C级钢材质来生产铁路货车的侧架和摇枕，提高了铸件整体性能，也延长了使用寿命。
第三，利用电炉和燃气炉内温度自动处理正火，淘汰利用烧煤和重油进行热处理的炉子，极大的降低了一氧化碳的排放，顺应了环保要求。
最后，利用湿法连续法磁粉对摇枕、侧架的重要部位进行整体探伤检查，提升了检验的灵敏度，提高了操作效率。
二、铁路货车摇枕、侧架关键制造技术介绍
随着我国铁路货车提速重载运输的快速发展，对摇枕、侧架的产品质量和铸造技术的提出了更高的要求，各摇枕、侧架生产厂家通过技术创新和工艺攻关，取得重要成果，使得铸钢摇枕、侧架可靠性有了较大提高，下面对近些年发展出的关键制造技术进行介绍：
（一）摇枕、侧架整体芯及自动下芯技术
世界各国铁路货车摇枕、侧架铸造工艺普遍采用分体芯、组合下芯工艺，该工生产的摇枕、侧架内部存在披缝和台阶，内部砂眼较多。各厂家通过自主创新开发了长大复杂砂芯整体制芯技术和整体芯机器人自动下芯工艺，实现铸钢摇枕、侧架内表面无披缝、台阶，提高了尺寸精度并减少了砂眼等铸造缺陷，大幅提升了摇枕、侧架铸造质量。
（二）钢水炉外精炼技术
在原有的优化冶炼工艺的基础上，采用了LF钢包炉、钢包吹氩+喂线等钢水精炼技术，大幅降低了钢水中的气体和有害元素，减少了钢水中的夹杂物含量，提高了钢水洁净度，使得铸钢摇枕、侧架的综合力学性能和内在质量进一步提高。
（三）DR成像和工业CT射线检测技术
在原有的射线照相检验技术的基础上，将X射线DR成像检测系统和工业CT成像检测系统应用于摇枕、侧架铸造生产过程的工艺研究，进一步提高了摇枕、侧架内部缺陷的检测能力，助推铸造工艺的完善和发展。
（四）整体磁化湿法连续法荧光磁粉探伤技术
通过前提紫外线辐照度与周围环境白光照度对应匹配关系的研究，发展出无暗室整体磁化湿法连续法荧光磁粉探伤技术，应用于摇枕、侧架生产，提高了裂纹缺陷对比度和识别度，提高了摇枕、侧架产品的可靠性。
（五）超声波探伤技术
通过各项试验验证铸钢摇枕、侧架内部缺陷对超声波反射传播影响，开发出了适用与铸钢摇枕、侧架的超声波探伤标准并应用于产品质量控制和工艺攻关改进，提高了摇枕、侧架内部缺陷的检测、发现和控制水平。
（六）连续式热处理技术
改变传统的台车式加热窑热处理方式，采用连续式自动控制热处理炉，对摇枕、侧架进行热处理，提高了炉温均匀性，改善了内部堆垛组织，提高了摇枕、侧架力学性能，同时降低了能源消耗，更加环保。
三、摇枕侧架制造技术的探索和展望
随着铁路货车运输的发展要求和科学技术的持续进步，铁路货车摇枕、侧架铸造技术也在不断发展进步，对可能发展的方向进一步进行探索：
（一）CAD/CAE/CAM集成制造技术，尤其数值模拟技术广泛应用，提升摇枕、侧架结构设计和铸造工艺设计质量。
（二）更纯净、耗能更低的钢水冶炼新技术的研究、开发和应用。
（三）高强度、高韧性、抗疲劳的新型金属材料的开发和应用，摇枕、侧架轻量化。
（四）发展新的低污染、低能耗绿色环保新砂型工艺技术。
结语：我国在铁路货车摇枕和侧架铸造业中取得了很大的发展，但其中也存在着很多问题，如内部密实度、裂纹等问题，对此，我们更应继续探索，在原有的生产工艺上加以改进和创新，不断发展新的先进制造技术和检测技术，提升摇枕和侧架的质量，保证铁路运输的安全，助推国家经济高质量发展。
参考文献：
[1] [4]王春山.铁路货车铸造技术：摇枕、侧架、车钩.中国铁道出版社,2014.3:1,104.
[2]李竹,孙书来,杨晓明,刘幼平,李正强,袁永宏.铁路货车摇枕侧架铸造工艺与设计并行研发案例解析[J].机车车辆工艺,2019(04):21-23.
[3]李竹,孙书来,余汝松,贾永祥,袁永宏,杨晓明,赵伟宏,李正强. 铁路货车摇枕、侧架铸造工艺与结构优化应用研究[A]. 中国铸造协会.第十五届中国铸造协会年会论文集[C].中国铸造协会:中国铸造协会,2019:4.
[4]杨志全.铁路货车摇枕侧架铸造工艺生产现状及发展趋势[J].现代制造技术与装备,2016(04):147-149.