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摘要：V法铸造又称为真空密封造型法，最早用来制造铁路锰钢道岔，由于V法铸造工艺具有铸件成型好、生产效率高等特点，近年来在国内铁路机车车辆铸钢件上得到了广泛应用。文章首先对我国铁路铸钢件的生产显著进行了概述，随后指出了V法铸造工艺存在的不足，最后就该工艺具体的应用流程展开了分析。
关键词：V法铸造工艺；铁路机车；铸钢件；应用流程
一、我国铁路铸钢件的生产现状
铁路机车钢铸件的制作技术在一定程度上反映了一个国家铁路行业的发展水平。经过近年来的发展，我国铁路钢铸件的生产质量有了明显提高，为推动铁路尤其是高速铁路的发展起到了积极作用。以往国内铁路铸钢件以ZG230-450普通碳钢为主，近年来随着生产工艺的提升，逐渐用性能更好的AAR-M-201铸钢材料代替普通碳钢。这种铸钢材料在生产过程中，采用炉内精炼与炉外吹氩、喂丝精炼相结合的钢液精炼工艺，钢中夹杂物含量及气体含量大幅度下降，钢液质量得到了大幅度的提高。热处理设备采用电阻炉、天然气炉和轻油炉，满足了环保要求。测温采用多点连续测温方式，测温精度高、控温准确。造型制芯方法采用C02或酯硬化水玻璃砂、湿型砂、V法（真空密封造型）等，大部分铸件实现了干法落砂、干法再生工艺。铸件全部采用湿法整体磁粉探伤，对关键部位进行射线检查或者整体cT扫描，超声波测厚等，强化了铁路铸钢件质量控制手段。现行的铁道行业标准TB/T3012中对摇枕、侧架的制造、检测技术要求略高于AAR标准，摇枕、侧架的综合性能也高于AAR标准的要求。
二、V法铸造工艺在应用中需要改进的地方
V法铸造工艺虽然具有诸多优势，但是在实际应用中也存在一些需要改进和优化的地方。
1、增碳问题
在利用V法铸造工艺进行低碳钢铸件的制作时，由于工艺流程的特殊性，会在铸钢件的表面结构上附着高密度的碳，对于一些形状不规则的铸钢件来说，这种渗碳现象尤其严重。低碳钢铸件表面增碳会导致表面的物理强度降低，且在使用过程中出现硬化现象，受到加强的外力后铸件表层会出现裂缝、剥落现象，影响了车辆钢铸件的使用性能。因此，在应用V法铸造工艺进行钢铸件生产和加工时，要注意控制好型腔透气效果和浇筑温度，避免因为透气性达不到要求，或是浇筑温度过高，导致材料表面的含碳量上升，影响钢铸件的性能和质量。
2、夹砂问题
V法铸造工艺与其他砂型铸造方法相比，所用的材料以干砂为主，并且为了保证钢铸件表面的光滑度，一般不允许在铸造过程中掺加粘结剂。这就导致了在进行铸造时，模具内部的砂粒会在钢水的流动作用下而出现移动，并且不均匀的分布到钢铸件的表面。此外，这些夹砂在高温作用下还会发生氧化还原反映，导致铸钢件表面形成气泡，也会对钢铸件的性能产生负面影响。因此，在进行钢水灌注成型操作时，要注意通过外加压力的形式，保证模具内部的砂粒相互粘结，在受到钢水冲击后不会产生变形或移动。
3、铸型膨胀问题
砂箱系统中的抽气量不达标，或是型砂力度过大，都会导致最终的钢铸件出现不同程度的膨胀现象。钢水充型过程中，钢水的充型压力易使砂型真空度和抽气量偏低的部位出现胀型，或横浇道的推压造成对应部位的型壁凹陷，或上型某部真空度和抽气量偏低而砂型塌陷。一般上型的硬度要低于下型，上型的胀型易造成假错型情况。上述铸型膨胀或局部变形类缺陷均与型砂粒度及组成、真空度和抽气量大小及匹配度相关。
三、V法铸造工艺在钢铸件制作中的应用流程
1、建立浇注充型过程的假想模型
V法铸造的浇注充型过程不同于真空消失模，金属液充型过程中，接触金属液的薄膜裂解气化蒸发及熔融，真空作用下渗入砂中，在金属液周围形成一壳状痂皮，金属自身和涂层立即担负密封，金属液在壳状痂皮中流动；靠近金属液的薄膜则熔化渗入涂层表面，与涂层共同继续维持密封，远距金属液的薄膜则仍维持原状或熔融腔内气体逃逸容纳金属液充填铸型，腔内气体和燃烧产物通过透气孔剧烈排出，将持续不到几秒钟。型腔表面薄膜不断裂解气化和熔化，腔内部分气体穿过型砂进入真空系统，外界空气通过透气孔入型腔补充进入真空系统的气体损失，型腔与砂型内压差继续保持，铸型继续维持。
2、浇注系统设计
浇注系统设计要确保浇注过程平稳、均匀，低流速、大流量，缩短充型时间，避免金属液紊流和直接冲击型壁，以及金属液过氧化；合理设计透气孔位置和数量，合理设计冷铁摆放位置和摆放方法；合理设计冒口连接方式，避免加大冒口热节；设计砂芯排气系统，有效解决气孔缺陷和铸件快速冷却。
3、型砂类型和参数选择，以及砂温的合理控制
除特殊要求外，应根据“不同热传导率型砂负压铸型的冷却能力不同，但铸件宏观组织和机械性能不受铸型冷却能力影响”和“法铸型冷却速度慢，石英砂和锆砂铸型生产试棒凝固速度无差别”试验结论，以及型砂对真空系统、砂输送和砂处理能力的影响，科学、经济地选择型砂类型。根据涂料层的性能和作用，砂子粒形和粒度组成对铸型抗压强度、填充密度、硬度、热传导率、透气性、复用性及防渗性的影响，确定型砂参数。
4、设备方案选型及工装模具设计
在进行设备方案选型及工装模具设计时，要充分考虑新常态下多品种、小批量、轮番生产的现状和要求，也要满足单品种大批量生产需要，尽量考虑V法铸造设备及工装模具的柔性化，整套设备和工装能够满足多品种小批量的生产要求，避免完全按专业化生产线进行设计制作，做到工艺、设备和工装的高度统一及相互适应，以及设备的小型化、自动化、柔性化和智能化的新常态要求。
结语：
在V法铸造工艺在铁路机车车辆钢铸件的生产制造上得到应用以来，对于该工艺的优化和改进工作一直在不断进行，目前来看基本上满足了国内铁路事业发展的需要。同时，V法铸造工艺还具有低能耗、低污染的优点，这也符合当前国家提倡的绿色生产理念。在今后的工作中，要根据实际工作需要，继续对V法铸造工艺进行优化，不斷提高车辆钢铸件的生产质量。
关键词：V法铸造工艺；铁路机车；铸钢件；应用流程
一、我国铁路铸钢件的生产现状
铁路机车钢铸件的制作技术在一定程度上反映了一个国家铁路行业的发展水平。经过近年来的发展，我国铁路钢铸件的生产质量有了明显提高，为推动铁路尤其是高速铁路的发展起到了积极作用。以往国内铁路铸钢件以ZG230-450普通碳钢为主，近年来随着生产工艺的提升，逐渐用性能更好的AAR-M-201铸钢材料代替普通碳钢。这种铸钢材料在生产过程中，采用炉内精炼与炉外吹氩、喂丝精炼相结合的钢液精炼工艺，钢中夹杂物含量及气体含量大幅度下降，钢液质量得到了大幅度的提高。热处理设备采用电阻炉、天然气炉和轻油炉，满足了环保要求。测温采用多点连续测温方式，测温精度高、控温准确。造型制芯方法采用C02或酯硬化水玻璃砂、湿型砂、V法（真空密封造型）等，大部分铸件实现了干法落砂、干法再生工艺。铸件全部采用湿法整体磁粉探伤，对关键部位进行射线检查或者整体cT扫描，超声波测厚等，强化了铁路铸钢件质量控制手段。现行的铁道行业标准TB/T3012中对摇枕、侧架的制造、检测技术要求略高于AAR标准，摇枕、侧架的综合性能也高于AAR标准的要求。
二、V法铸造工艺在应用中需要改进的地方
V法铸造工艺虽然具有诸多优势，但是在实际应用中也存在一些需要改进和优化的地方。
1、增碳问题
在利用V法铸造工艺进行低碳钢铸件的制作时，由于工艺流程的特殊性，会在铸钢件的表面结构上附着高密度的碳，对于一些形状不规则的铸钢件来说，这种渗碳现象尤其严重。低碳钢铸件表面增碳会导致表面的物理强度降低，且在使用过程中出现硬化现象，受到加强的外力后铸件表层会出现裂缝、剥落现象，影响了车辆钢铸件的使用性能。因此，在应用V法铸造工艺进行钢铸件生产和加工时，要注意控制好型腔透气效果和浇筑温度，避免因为透气性达不到要求，或是浇筑温度过高，导致材料表面的含碳量上升，影响钢铸件的性能和质量。
2、夹砂问题
V法铸造工艺与其他砂型铸造方法相比，所用的材料以干砂为主，并且为了保证钢铸件表面的光滑度，一般不允许在铸造过程中掺加粘结剂。这就导致了在进行铸造时，模具内部的砂粒会在钢水的流动作用下而出现移动，并且不均匀的分布到钢铸件的表面。此外，这些夹砂在高温作用下还会发生氧化还原反映，导致铸钢件表面形成气泡，也会对钢铸件的性能产生负面影响。因此，在进行钢水灌注成型操作时，要注意通过外加压力的形式，保证模具内部的砂粒相互粘结，在受到钢水冲击后不会产生变形或移动。
3、铸型膨胀问题
砂箱系统中的抽气量不达标，或是型砂力度过大，都会导致最终的钢铸件出现不同程度的膨胀现象。钢水充型过程中，钢水的充型压力易使砂型真空度和抽气量偏低的部位出现胀型，或横浇道的推压造成对应部位的型壁凹陷，或上型某部真空度和抽气量偏低而砂型塌陷。一般上型的硬度要低于下型，上型的胀型易造成假错型情况。上述铸型膨胀或局部变形类缺陷均与型砂粒度及组成、真空度和抽气量大小及匹配度相关。
三、V法铸造工艺在钢铸件制作中的应用流程
1、建立浇注充型过程的假想模型
V法铸造的浇注充型过程不同于真空消失模，金属液充型过程中，接触金属液的薄膜裂解气化蒸发及熔融，真空作用下渗入砂中，在金属液周围形成一壳状痂皮，金属自身和涂层立即担负密封，金属液在壳状痂皮中流动；靠近金属液的薄膜则熔化渗入涂层表面，与涂层共同继续维持密封，远距金属液的薄膜则仍维持原状或熔融腔内气体逃逸容纳金属液充填铸型，腔内气体和燃烧产物通过透气孔剧烈排出，将持续不到几秒钟。型腔表面薄膜不断裂解气化和熔化，腔内部分气体穿过型砂进入真空系统，外界空气通过透气孔入型腔补充进入真空系统的气体损失，型腔与砂型内压差继续保持，铸型继续维持。
2、浇注系统设计
浇注系统设计要确保浇注过程平稳、均匀，低流速、大流量，缩短充型时间，避免金属液紊流和直接冲击型壁，以及金属液过氧化；合理设计透气孔位置和数量，合理设计冷铁摆放位置和摆放方法；合理设计冒口连接方式，避免加大冒口热节；设计砂芯排气系统，有效解决气孔缺陷和铸件快速冷却。
3、型砂类型和参数选择，以及砂温的合理控制
除特殊要求外，应根据“不同热传导率型砂负压铸型的冷却能力不同，但铸件宏观组织和机械性能不受铸型冷却能力影响”和“法铸型冷却速度慢，石英砂和锆砂铸型生产试棒凝固速度无差别”试验结论，以及型砂对真空系统、砂输送和砂处理能力的影响，科学、经济地选择型砂类型。根据涂料层的性能和作用，砂子粒形和粒度组成对铸型抗压强度、填充密度、硬度、热传导率、透气性、复用性及防渗性的影响，确定型砂参数。
4、设备方案选型及工装模具设计
在进行设备方案选型及工装模具设计时，要充分考虑新常态下多品种、小批量、轮番生产的现状和要求，也要满足单品种大批量生产需要，尽量考虑V法铸造设备及工装模具的柔性化，整套设备和工装能够满足多品种小批量的生产要求，避免完全按专业化生产线进行设计制作，做到工艺、设备和工装的高度统一及相互适应，以及设备的小型化、自动化、柔性化和智能化的新常态要求。
结语：
在V法铸造工艺在铁路机车车辆钢铸件的生产制造上得到应用以来，对于该工艺的优化和改进工作一直在不断进行，目前来看基本上满足了国内铁路事业发展的需要。同时，V法铸造工艺还具有低能耗、低污染的优点，这也符合当前国家提倡的绿色生产理念。在今后的工作中，要根据实际工作需要，继续对V法铸造工艺进行优化，不斷提高车辆钢铸件的生产质量。