关键词：摇枕；造型
一．摇枕的铸造工艺及设备
摇枕是铁路工厂的主要铸钢产品。摇枕尺寸为2388X430X435（mm）。材质为ZG230-450。该产品属于薄壁孔形结构件。据统计，这种铸件有许多工厂在生产，而他们的生产模式和铸造工艺基本上大同小异，仅浇注系统和泥芯分块方面有所不同。在浇注系统方面，有的工厂采用桥式移动式水口引入钢水，有的工厂从一端浇注。在泥芯分块方面，摇枕的泥芯有的分三段六块，有的分五段十块。铸件清砂均采用水爆工艺，造型基本上采用的是水玻璃砂二氧化碳硬化工艺。这些厂使用的造型设备也基本上一样，外形和造芯设备都属于23系列和25系列设备，即翻台震实和转台震实造型机。
二、摇枕造型制芯新工艺
1、高压造型和气充造型
（1） 高压造型
高压造型是在0.7Mpa以上的压力下紧实型砂的一种造型方法。该方法只适应于生产外模。高压造型和普通造型比较，有铸件表面质量好、生产效率高、劳动条件好、铸件尺寸精度高等优点。但这些设备比较复杂，投资大。据了解，国内目前还没有生产摇枕的大型高压造型机的厂家。
（2） 气冲造型
气冲造型是利用压力波瞬时作用在砂箱中型砂的背部，在几十秒内使型砂自上而下地像接力赛一样使冲击能量由一颗颗砂粒传下去，使型砂得到较高的紧实度。这种紧实过程实质上是一种初实层冲击紧实的过程。
气冲造型的工艺特点是：
①起模质量极高，型腔表面光洁，尺寸精度高，铸型硬度分布均匀，且分型表面的硬度极高，离开分型表面硬度渐渐降低，使铸型的透气性好，不但可使铸件的废品率降低，而且铸件的轮廓尺寸精度高，和普通造型法相比，所得铸件的重量要轻5%~10%。
②耗能低。气冲造型的能耗仅为射压造型的1/3~1/4,每紧实1m3型砂消耗7~10m3空气，因此生产费用大大降低。
但气冲造型对型砂的性能要求很高。大型气冲造型线国内还没有厂家能生产，引进一套国外的设备要600~700万美元，加上国内配套设备2~3千万元，造价十分昂贵。
2、树脂自硬砂造型
树脂砂是合成树脂作粘结剂配制的型（芯）砂。此种型（芯）砂硬化快，硬化后强度高，砂型（芯）尺寸精度高，表面光洁，退让性、溃散性好，生产效率高，便于实现机械化和自动化生产。但树脂产量低，不仅成本高，而且对原砂质量要求高，另外树脂砂生产在室温低时固化时间长，生产效率低，对批量生产不合适。鉴于以上情况，用树脂砂造型生产摇枕侧架在成本上是不合算的。
3、均匀硬化法（有机酯硬化法、VRH法）
（1）有机酯硬化法
酯硬化法所采用的水玻璃模数一般为m2.4-2.6的中模数水玻璃，加入量为砂重的3%-4%；有机酯加入量为水玻璃的8%-12%。原砂一般采用合格的天然石英砂。该工艺不用吹二氧化碳硬化。
酯硬化法产品性能稳定，适应范围广泛，能满足各种铸型的铸造工艺要求。该工艺砂除比树脂砂再生困难外，基本上保留了树脂砂的优点。
酯硬化法工艺虽然有以上优点，但还存在着以下不足之处：
①旧砂再生较困难。因水玻璃粘结膜与砂子结合很牢固，若采用干法再生，则要求增加去膜力，从而容易造成砂粒破损。另外，为了改善再生效果，需要加热砂子，因此干法再生系统较复杂。
②酯硬化砂湿法再生系统庞大，投资较高。
③酯硬化法在小批量生产条件下，效率不高，只有在大规模生产时才能体现出它的优越性。
④有机酯价格较贵，生产成本较高。
（2） VRH法
VRH法即水玻璃砂二氧化碳气体置换法，是将制好的水玻璃砂型（芯）置入真空室中抽真空，然后吹入二氧化碳气体。使其与水玻璃进行反应，实现在短时间内的均匀硬化。
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VRH法与普通水玻璃砂工艺相比，具有如下优点：
①型（芯）砂的流动性好，充填性能得到改善，生产效率可提高2-3倍。
②水玻璃在真空状态下与通入二氧化碳的发生反应，可提高硬化效果。
③水玻璃加入量可减少到原来的1/2-1/3。在真空脱出的游离水，可使铸件减少气孔和针孔等缺陷。铸型高温收缩减少，可进行振动落砂，且可干法再生，旧砂回收率可达80%以上。
④对人工操作的技术要求低。
⑤砂型（芯）硬化后起模，型（芯）变形小，铸件尺寸精度高。
⑥砂型（芯）强度高，存放时间长，有利于组织生产。
三、用VRH法生产摇枕
1、可行性分析
VRH法在生产工艺流程上，几乎和普通水玻璃砂一致，只是在造型过程中辅以真空而已，其工艺继承性较酯硬化法好。笔者认为VRH法的推广应用是可行的，尤其是生产摇枕、侧架这类薄壁空腔大件更为合适。
（1）VRH法造型（芯）设备
由于VRH法设备没有专利，其设计与制造难度不太大，因而生产厂家较多。目前造型设备按其开闭形式分为升降式和隧道式两种。摇枕的外模或泥芯采用隧道式结构较合适，辅以用震实台紧实，配备砂型翻转机和机动辊道，即可形成半机械化生产。在泥芯生产上，以大功率的射芯机（80千克或63千克）射芯后，抽真空，再导入二氧化碳硬化后，效率更好。
真空箱的尺寸大小要合适，一般真空箱的内长（宽）=砂箱外廓长（宽）+300-400 mm；真空箱的高=砂箱最大高度+输送辊顶高+150-300 mm。真空箱的形式可以做成钟罩式、固定立式或砂箱式（以砂箱作为真空室）。
（2）混砂机
VRH工艺对混砂机的要求并不严格，摇枕、侧架的造型线，可采用连续式混砂机（面、背砂均可），其形式与混制树脂砂用的连续式混砂机大同小异。
（3）再生设备及其它
用于VRH法的旧砂再生机，目前主要有机械离心式和气流冲击式两种。其结构和树脂砂的基本相同，只是循环次数不同。
至于旧砂破碎机机混砂调节器等其它一些设备与树脂砂法的完全可通用。
2、VRH法生产摇枕侧架的优越性
（1）生产效率高
在造型方面，因VRH法无需等待自硬，铸型在地面上的停留时间短，故造型、制芯场地利用率高。型砂的流动性好，可用连续式混砂机直接填充砂箱，再用震实台紧实。通过砂型翻转机和机动辊道等辅助设备操作，可大大提高生产效率和降低劳动强度。
在清理方面，因VRH法水玻璃的加入量是普通水玻璃砂的1/2-1/3，从而有效地改善了水玻璃砂型（芯）的溃散性。
（2）产品质量高
①由于VRH法是硬化后起模，所以型（芯）变形小，铸件尺寸精度高。
②砂型（芯）中水分少，对减少铸件皮下气孔有利。
③砂型（芯）强度高，可减少夹砂、缺砂等废品。
④由于型（芯）砂溃散性好，不需要水爆清砂，从而提高了铸件的内在质量。
（3）经济性好
①水玻璃加入量可比普通水玻璃砂加入量减少50%-75%。
②消耗量可比普通水玻璃砂减少50%左右。
③旧砂回用率达80%以上。
四、结论
V法造型的主要特征是型砂内不加任何粘结剂和水分，松散的型砂靠覆贴在砂箱上下两面的塑料薄膜密封。型砂经震实和抽真空紧实在砂箱内制成铸型，并在负压状态下浇注。解除真空后，型砂恢复松散状态，即可取出铸件。该法是一种节能、高效、少公害的造型方法，值得推广使用。
论文作者:钟毅
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
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