V 法鑄造工藝

1、V 法鑄造工藝、設(shè)備和質(zhì)量 摘要：介紹了利用真空V法工藝生產(chǎn)鑄鐵件、鑄鋼件的實際應(yīng)用過程，總結(jié)了V法造型工藝的優(yōu)缺點和操作技巧。關(guān)鍵詞：真空密封造型，負(fù)壓造型，V法造型，工藝特點1 概述真空密封造型是一種物理造型工藝方法，型砂中不加入粘結(jié)劑、水和其它附加物，因而減輕了砂處理的工作量，而且使造型和鑄件落砂清理勞動量也大大減輕，舊砂回用率可達95%。這種鑄造工藝是利用塑料薄膜密封砂箱，依靠真空泵抽出型內(nèi)空氣，造成鑄型內(nèi)外有壓力差，使干砂緊實，以形成所需型腔的一種物理造型方法。因此，真空密封造型又名“負(fù)壓造型法”，或真空密封造型，統(tǒng)稱V法造型鑄造工藝。采用V法造型，與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝相比，其設(shè)備投資

2、可減少30%左右，造型用木制作模板，用鋼板焊接制造砂箱。所以模型和砂箱使用壽命長，生產(chǎn)周期短，材料利用率較高，鑄件廢品率降低，內(nèi)外質(zhì)量提高，從而鑄件成本降低。利用真空V法造型，可生產(chǎn)鑄鐵件、鑄鋼件和有色合鑄件，甚至可以薄壁大型鑄件，但要根據(jù)鑄件的形狀來決定。2 V法造型工藝過程（1）模型和模板制造帶有抽氣室和抽氣孔的模型和承接板。將模型固定承接板上，模型的邊緣以及關(guān)鍵部位開設(shè)透氣孔，透氣孔與承模板腔直接連通。當(dāng)空腔內(nèi)處于負(fù)壓時，空氣通過透氣孔被抽出去。如圖1所示。（2）覆膜加熱將一塊尺寸與承接板大小差不多的塑料薄膜加熱到軟化狀態(tài)，薄膜厚度一般為0.08mm0.2mm，并具有良好的伸縮性和較高的

3、塑料形變率。如圖2所示。（3）抽真空薄膜軟化后，立即使真空裝置開始工作，使軟化的薄膜被吸覆在模型上，真空吸力通過透氣孔作用于薄膜上，使薄膜與模型緊貼在一起，用真空系統(tǒng)抽出覆膜后承接板及模型中的空氣，使薄膜緊貼在承接板和模型上，形成填砂用的承接板（稱為覆膜成型），再向模型上噴上快干涂料。如圖3所示。（4）放置砂箱真空吸力繼續(xù)作用于模型承載板上，把帶有過濾抽氣系統(tǒng)的砂箱放在模型四周，并位于薄膜的上面。砂箱為雙層箱壁結(jié)構(gòu)，兩層箱壁之間形成真空室，砂箱內(nèi)壁上鉆有透氣孔，兩層之間設(shè)有金屬絲網(wǎng)，防止細砂粒和粉塵進入真空室。更大的砂箱可在內(nèi)部設(shè)置真空軟管，并將軟管連接到真空罐與真空泵相連。如圖4所示。（5）

4、向砂箱中加砂向砂箱內(nèi)充填無粘結(jié)劑和附加物的干石英砂，啟動振動臺，將砂箱內(nèi)的型砂振實并刮平砂面，放置澆冒口模樣，在砂面上鋪上塑料薄膜密封，打開抽氣閥門，抽取型砂中的空氣，使鑄型內(nèi)外形成壓力差。由于壓力差的作用，使鑄型成型后有較高的硬度，硬度計讀數(shù)達到8090，最高可達到9095。如圖5所示。（6）砂型頂面覆膜在砂型的頂部再覆上一層塑料薄膜，該薄膜不需要加熱軟化，只起密封作用，與消失模鑄造用的密封塑料薄膜作用一樣。圖6為上型通過手工將澆口杯與直澆道相連，下型只需在覆膜前將砂子刮平即可。（7）砂箱抽真空對砂箱抽真空，模型承載板的真空度得到釋放。在大氣壓力作用下，砂型中的砂子得到緊實，并保持其原來的形

5、狀，然后將砂型與模型分開，即起模。如圖7所示。（8）合箱澆注在同樣的方法生產(chǎn)上型和下型，將上型放到下型的上面合箱，形成的整個型腔都是被塑料薄膜襯里，如圖8所示。解除模板內(nèi)的真空，給型板內(nèi)注入正壓，然后進行起模，此后鑄型要繼續(xù)抽真空，然后下芯、合箱和澆注。（9）落砂澆鑄后待金屬液逐漸冷卻凝固后，逐步減小負(fù)壓度，當(dāng)型內(nèi)壓力接近或等于大氣壓時，型內(nèi)壓差消失，砂型自行潰散，如圖9所示。（注：保壓時間要根據(jù)鑄件厚度、大小來決定。）冷卻后，去除真空管，無需震動直接將砂子同鑄件一起落下。砂冷卻后返回系統(tǒng)循環(huán)使用，將鑄件取走進入清理工部。3 V法造型的特點與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝相比，V法造型的優(yōu)點如下。（1）提高

6、鑄件內(nèi)在質(zhì)量，鑄件表面光潔，輪廓清晰，尺寸準(zhǔn)確；（2）簡化設(shè)備，節(jié)約投資，減少維修費用，省去黏結(jié)劑、附加物及混砂設(shè)備；（3）模具及砂箱使用壽命長，起模容易；（4）金屬利用率高，澆注時金屬液流動性好，充填能力強，砂型硬度高，冷卻較慢有利于補縮，減小冒口尺寸、減小加工余量；（5）有利于環(huán)保，型砂可反復(fù)使用，利用率高，不存在廢砂對環(huán)境造成的污染。由于采用無粘結(jié)劑的干砂，省去了其他鑄造工藝中型砂的粘結(jié)劑、附加物或烘干工序，減小了環(huán)境污染，和消失模鑄造工藝一樣都是在負(fù)壓下澆注。V法造型具有一定的適用范圍，與其它鑄造工藝相比，存在如下不足。（1）造型操作較復(fù)雜，小型鑄件生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量上不去；（2）從造型

7、開始到澆注、冷卻，始終需要保持負(fù)壓狀態(tài)，對機械化生產(chǎn)具有一定難度；（3）因受塑料薄膜的延伸率和成形性的限制，鑄型成型采用V法造型，但內(nèi)腔需用其它型砂型芯，才能作出復(fù)雜的鑄件，影響該工藝發(fā)展和擴大應(yīng)用范圍；（4）需要考慮砂子的粉塵去除及冷卻問題；（5）鑄件有時上表面容易造成缺陷。4 生產(chǎn)線布置及設(shè)備選型4.1 真空泵選用2BE2BEA及機械泵等比SK泵更省電。干式真空泵與濕式真空泵相比，干式真空泵可獲得更高的真空度。4.2 穩(wěn)壓、除塵罐真空穩(wěn)壓罐是一種密封容器，其主要作用是穩(wěn)定真空系統(tǒng)的壓力，緩沖系統(tǒng)壓力波動對造型澆注的影響。真空罐的容積過小，穩(wěn)壓效果差，反之系統(tǒng)從啟動到可造型的時間長，動力和材

8、料消耗大。生產(chǎn)占地面積較大。在澆注時應(yīng)避免砂型塌砂，考慮加大真空罐容積。除塵濾氣罐的主要作用是： 防止從砂箱內(nèi)抽吸出的細砂或粉塵進入泵內(nèi)，以免影響真空泵的正常工作，并防止細砂或粉塵進入泵內(nèi)磨損零件。濾氣罐的過濾原理與水煙袋過濾原理相似，經(jīng)過水浴的氣體經(jīng)過和水混合，使其中的細砂和粉塵向下沉淀到底部，可以定期清除。同時慮氣罐上半部具有一定的容積，能起到輔助穩(wěn)壓的作用，所以盡量增大濾氣罐的容積。5 造型系統(tǒng)造型系統(tǒng)包括振實臺、塑料薄膜烤膜器、砂處理系統(tǒng)、模板和砂箱。5.1 造型系統(tǒng)型砂的充填密度對鑄件成型有很大的影響，為提高型砂的抗壓強度和硬度，必須提高砂子的充填密度，為此需要在填砂時予以振動。此外

9、，振動可以減小干砂的堆積角，有利于干砂的流動充填。當(dāng)薄膜局部搭橋或皺摺垂直于填砂方向時，會影響砂子向下方的充填，摺合的雙層薄膜便會向其未充滿的方向展開，使鑄型表面成開口狀態(tài)。干砂緊實度不夠時會造成因膨脹使鑄件壁厚增大，甚至?xí)龃蠓中兔娴呐p。所以填砂時應(yīng)進行必要的振動，使流動性較大的干砂獲得足夠的緊實度非常重要。對于形狀簡單的無橫向凸凹部位的鑄件，可采用普通振實臺。但對鑄件比較復(fù)雜，有水平孔或橫向凹凸變化的鑄件，最好采用三維振實臺，以滿足各種鑄件不同振動形式和激振力造型的要求，有效地避免砂子填充不良，提高充填緊實效果。本單位采用了2臺振實臺，分別造上箱和下箱。5.2 加熱器在模型上覆膜時，須將

10、EVA薄膜決速加熱，加熱溫度120160，使EVA膜出現(xiàn)鏡面下垂即可。目前普遍使用石英管加熱器，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。一般把加熱器固定在立柱上，形成自動回轉(zhuǎn)或手動回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，位于振實臺模型的上方，這樣加熱操作非常方便。另外，加熱其還能用于涂料烘干，具有一機兩用功效。5.3 加砂系統(tǒng)一般采用雨淋式加砂裝置，配有砂庫和砂斗等。5.4 模板V法造型用的模板，其兩側(cè)端部設(shè)有與砂箱配合、定位的銷套，在模板下面設(shè)有抽氣室。模板的結(jié)構(gòu)采用木制裝配。在V法造型中模型不與砂型接觸，之間隔著一層薄膜和涂料，所以模型的磨損和變形都很小，使用壽命長。但在模型結(jié)構(gòu)上要考慮V法的特殊要求。（1）將模型作成

11、空心結(jié)構(gòu)，使之形成抽氣室。較大的模型內(nèi)部設(shè)置加強筋，以保證在抽氣負(fù)壓作用下，模型不致開裂或變形；（2）模型上盡量避免有尖銳棱角，以免腹膜吸不到位或吸破薄膜；（3）模型拔膜斜度可適當(dāng)小一點，因為V法造型時薄膜和模型之間較光滑，摩擦力小，所需的拔模斜度較小；（4）模型表面需要開設(shè)抽氣孔，抽氣孔一般為直徑1.5mm2.5mm，最好用抽氣塞，直徑8mm20mm；（5）木型表面不宜涂刷漆類溶液，也不宜涂刷耐溫低于6070的其它油漆，否則將烘熱的塑料薄膜覆上后，會出現(xiàn)黏膜現(xiàn)象，影響起模。6 砂箱V法造型的砂箱除四壁要密封外，砂箱內(nèi)部必須設(shè)置抽氣過濾裝置。V法砂箱按抽氣方式可分為側(cè)面抽氣、管式抽氣、金屬軟管

12、抽氣和復(fù)合抽氣等形式。5.1 側(cè)面抽氣砂箱這種形式的砂箱其四壁和消失模砂箱相同，都是用鋼板焊的密封夾層，夾層之間形成連通的抽氣室。側(cè)壁鉆有排氣孔，采用厚度為10mm的鋼板，在中間加兩層150200目的金屬絲網(wǎng)。5.2 管式抽氣砂箱這種砂箱的端壁是用鋼板焊接成的密封夾層，夾層的中空部分形成抽氣室，而側(cè)壁可為實體也可作成空腔，盡量利用抽真空的側(cè)板。抽氣孔焊在兩端的側(cè)壁上，由數(shù)根抽氣管與抽氣室連通，孔的間距為25mm左右，孔徑為8mm10mm。在鋼管外面包兩層150200目的金屬網(wǎng)，以防細砂及粉塵被吸入抽氣室。這種砂箱利用每根鋼管上的抽氣孔排氣，可使砂型各處得到較為均勻的真空度。由于焊有數(shù)根鋼管，砂

13、箱的剛度和強度都較好，適用于面積大于1m2的中大型砂箱。5.3 金屬軟管抽氣砂箱國內(nèi)很多廠家采用這種砂箱，砂箱壁采用10mm的鋼板焊接而成，用槽鋼進行加固，并焊有箱帶，內(nèi)部用金屬軟管形成抽氣通道。這種砂箱結(jié)構(gòu)簡單，采用單層箱壁，可制作尺寸較大的砂箱。為避免塌砂、鑄型沉降和變形，設(shè)置了較密的鋼板和箱帶，在與木型側(cè)面與表面之間留有一定間隙。為便于金屬軟管的安裝固定，在相應(yīng)位置切割出通過式安裝固定孔。金屬管兩端與固定在砂箱上壁的真空接頭相連，抽氣時通過軟管的各活動節(jié)之間的縫隙，抽吸細砂粒之間的空氣，同時又能阻止細砂及粉塵被吸走。這種軟管因間隙較大，易吸收入細砂粒和粉塵，因此真空管路系統(tǒng)必須配植濾砂和

14、水浴裝置，以防止粉塵進入真空泵，磨損真空泵機件。6 用V法工藝生產(chǎn)鑄鋼件現(xiàn)在，天瑞集團采用V法工藝生產(chǎn)鑄鋼件，其產(chǎn)量和設(shè)備技術(shù)是我國規(guī)模最大、最先進的單位之一。鑄件年產(chǎn)量達10萬t，部分V法造型生產(chǎn)線設(shè)備采用德國HWS公司產(chǎn)品。砂處理線設(shè)備由青島雙星設(shè)計安裝，處理能力達到160t/h。公司主要產(chǎn)品是車輛搖枕、側(cè)架、鐵路機車用的鑄鋼件，汽車后橋等。典型的V法造型生產(chǎn)線如圖10所示。還有一些小廠用V法生產(chǎn)高錳鋼、中高碳多元合金鋼、低碳鋼鑄件。鑄件壁厚有厚有薄，鑄造生產(chǎn)都比較很成功。例如：用V法生產(chǎn)鑄鋼后橋等鑄件，冒口設(shè)置較多，直徑大，科充分發(fā)揮通氣和鑄件補縮作用，較好地維持型腔與大氣之間的壓差。對

15、鑄件形成有利，也可通過冷鐵解決內(nèi)部縮孔和縮松現(xiàn)象。利用V法造型工藝生產(chǎn)鑄鋼件的優(yōu)點如下。（1）如用V法生產(chǎn)高錳鋼和高鉻合金鋼可不加冒口和少加冒口（或只加出氣冒口），即可生產(chǎn)合格鑄件；（2）生產(chǎn)成本比水玻璃和樹脂砂低，鑄件質(zhì)量高于水玻璃和樹脂砂；（3）因造型后是空型腔，又有負(fù)壓抽吸，便于澆注成型；（4）澆注溫度低，可有效避免因消失模需要高溫鋼液澆注才能較好解決EPS模氣化不好所產(chǎn)生的各種殘留物；（5）鑄鋼件表面質(zhì)量好，精度高，加工量小，內(nèi)在質(zhì)量好，用V法生產(chǎn)鑄鋼件也可通過冷鐵解決內(nèi)部縮孔和縮松現(xiàn)象。用V法生產(chǎn)鑄鋼件有很多優(yōu)點，相對也存在一些不足。例如：在生產(chǎn)低碳鋼鑄件時，因采用EVA膜腹膜封閉鑄

16、型，澆注后鋼件局部出現(xiàn)微量增碳及不均勻現(xiàn)象。解決辦法：（1）鑄鋼件澆注落砂后進行熱處理，通過熱處理可解決鑄件表面含碳量不均勻的問題；（2）如果工藝設(shè)計不好鑄鋼件容易出現(xiàn)內(nèi)部縮孔和縮松現(xiàn)象，尤其在薄厚不均勻的熱節(jié)位置。7 V法的發(fā)展和遠景V法鑄造可用于生產(chǎn)鑄鐵，也可用于生產(chǎn)鑄鋼及有色合金鑄件。V法鑄造在我國發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國已有200多家工廠采用此項技術(shù)，既有進口設(shè)備，也自制設(shè)備，可根據(jù)本單位情況而定。因為用V法生產(chǎn)的鑄件比樹脂砂表面好，比粘土砂更好，鑄件毛坯精度高，縮短生產(chǎn)周期，總生產(chǎn)成本顯著低于粘土砂鑄造，深受用戶好評。采用V法造型工藝生產(chǎn)的鑄件供不應(yīng)求，取得了良好的經(jīng)濟效益，在市

17、場上具有相當(dāng)強的競爭優(yōu)勢。V法鑄造工藝有許多獨特的優(yōu)點和優(yōu)勢，是值得推廣的綠色鑄造工藝。經(jīng)過多年實踐經(jīng)驗證明，V法造型工藝不僅可在大型簡單中小批量鑄件生產(chǎn)中應(yīng)用，而且可通過采取一定工藝措施和機械化設(shè)備用于中小型復(fù)雜大批量鑄件生產(chǎn)。與樹脂砂和消失模鑄造工藝相比，在鑄件形狀允許的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮V法造型工藝。對于內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件，可采用V法加樹脂砂聯(lián)合鑄造工藝、V法加消失膜復(fù)合鑄造工藝，使V法應(yīng)用范圍進一步擴展。V法工藝不僅可生產(chǎn)大型、形狀相對簡單的鑄件，同時也能生產(chǎn)帶有樹脂砂芯，形狀比較復(fù)雜的鑄件。還可推廣應(yīng)用于機床鑄件、汽車鑄件等。隨著對鑄件尺寸精度要求的不斷提高和環(huán)保意識的增長，“V”法造型

18、工藝的應(yīng)用范圍會繼續(xù)擴大和發(fā)展。為提高鑄件毛坯質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先考慮 V法造型工藝，充分發(fā)揮V法造型工藝的獨特優(yōu)點和優(yōu)勢。作者根據(jù)多年實踐經(jīng)驗，總結(jié)出一套真空V法生產(chǎn)口訣：真空V法老工藝，尺寸精確少加工；工藝簡便易掌握，明白道理是關(guān)鍵；只要認(rèn)真去操作，內(nèi)外質(zhì)量有保證。作者簡介：周德鋼，天津市人，（1952-），新興鑄管集團天津工廠，現(xiàn)已退休。從1970年至今一直從事鑄造行業(yè)。1980年開始搞V法鑄造。1985年開始搞實型、消失模工藝生產(chǎn)鑄件。90年至今，在全國各地從事鑄造技術(shù)服務(wù)。V法鑄造工藝原理 真空密封造型法也稱負(fù)壓造型法或減壓造型法，國外取真空英文 Vacuum 字的字頭，而簡稱 為

19、V法，起源于日本。它是利用塑料薄膜抽真空使干砂成型，所以譽為第三代造型法，即物理造型。由于它不使用粘結(jié)劑，落砂簡便，使造型材料的耗量降到最低限度，減少了廢砂，改善了勞動條件，提高了鑄件表面質(zhì)量和尺寸精度，降低了鑄件的生產(chǎn)能耗。是一種很有發(fā)展前途的先進的鑄造工藝。 V法工藝流程 1、模型把模樣放在一塊中空的型板上，模樣上開有大量的通氣孔，當(dāng)真空作用時，這些孔有助于使塑料薄膜緊貼在模樣上。 2、薄膜加熱將拉伸率大，塑性變形率高的塑料薄膜，用加熱器加熱軟化。加熱溫度一般在80120。  3、薄膜成型將軟化的薄膜覆蓋在模樣表層上，通過空氣孔在300500mmHg

20、 的真空吸力下，使薄膜緊貼在模型表面。  4、放砂箱噴刷涂料并烘干后(工藝上不需也可)，將專用砂箱放在覆有薄膜的模型上。  5、加砂振實將填充效率較好，粒度為100200目的干砂加入砂箱內(nèi)，然后進行微振，使砂緊實至較高的密度。  6、蓋模開澆口杯，刮平砂層表面，蓋上塑料薄膜，以封閉砂箱。  7、起模砂箱抽真空，在大氣壓力的作用下使鑄型硬化。起模時，釋放負(fù)壓箱真空，解除模板對薄膜的吸附力，而后頂箱起模，完成一個鑄型。  8、合箱澆注在合箱之前根據(jù)工藝需要可下芯及冷鐵，將上下箱合起來，形成一個有澆冒口和型腔的鑄型，在真空的狀態(tài)下澆注。  

21、9、脫箱落砂經(jīng)適當(dāng)?shù)睦鋮s時間以后取消真空恢復(fù)常壓狀態(tài)，使自由流動的砂子流出，存下一個沒有砂塊，無機械粘砂的清潔鑄件。砂子經(jīng)冷卻后可再使用。     V法工藝特色和優(yōu)點     1、特點        、型砂是不含粘結(jié)劑的干砂。        、用塑料薄膜使砂型成型，通過對砂箱抽真空使鑄型硬化。由于以上特點使造型、落砂、清理等工序大大簡化，不需要混砂機和粘結(jié)劑的供給設(shè)備，使造型和

22、砂處理系統(tǒng)得以簡化。     2、優(yōu)點        、鑄件尺寸精度高、輪廓清晰、表面光潔。         鑄型內(nèi)腔表面覆有塑料薄膜，鑄型面光滑無瑕庇。         砂型的內(nèi)外壓力差，使砂型各部分硬度均勻且高（85以上）。         砂箱起模容易，拔模斜度?。? -1

23、°）。         在金屬液的熱作用下，型腔不易變形。         澆注時，由于砂箱保持真空狀態(tài)，有利于金屬液充填型腔。        、金屬利用率高         由于V法鑄件表面光潔，尺寸精度高，鑄件加工余量小。        

24、; 由于金屬液在型腔中冷卻速度較慢，有利于金屬的補給，故鑄件冒口可減小，提高金屬的利用率，鑄鋼件可提高20%，鑄鐵件可提高25%。        、設(shè)備簡單、投資少        V 法造型除需要增置真空泵和采用專用的砂箱外，其他設(shè)備較為簡單，可以省去混砂機及一些輔助設(shè)備，投資費用少，設(shè)備維修方便。        、節(jié)約原材料和動力     

25、60;  由于 V 法使用干砂，落砂容易，砂子的回收率可達95%以上，采用V法造型消耗的動力較小，僅為濕型法的60%，可減少勞動力35%。        、模樣和砂箱使用壽命長        因模樣有塑料薄膜保護，拔模力很小，只有微震且不受高溫高壓作用，所以模樣不易變形和損壞。        、改善工作環(huán)境         造型及澆注過程中產(chǎn)生的微量氣體大都被真空泵抽走，空氣污染小。         落砂后，無大量廢砂處理。        、便于管理和組織生產(chǎn)        V法鑄造生產(chǎn)周期短，工藝簡便，操作容易，不需要很熟練的技術(shù)工人。  &