浅谈V法铸造生产工艺控制

浅谈V法铸造生产工艺控制【导读】：高成勋1，刘伟明1，刘余松2（1.成都市铸造协会四川成都；2.成工集团井研铸造公司四川乐山）摘要：V法铸造是一种先进的物理造型方法，利用塑料薄膜抽真空，在一定的真空度下使砂粒之间失去相对运动，形成特定的型腔。V法铸造工艺中的模样、型砂﹑塑料高成勋1，刘伟明1，刘余松2（1.成都市铸造协会四川成都；2.成工集团井研铸造公司四川乐山）摘要：V法铸造是一种先进的物理造型方法，利用塑料薄膜抽真空，在一定的真空度下使砂粒之间失去相对运动，形成特定的型腔。V法铸造工艺中的模样、型砂﹑塑料薄膜﹑涂料、真空系统、浇冒口系统以及造型过程﹑浇注过程等工序及过程的质量和技术控制是获得优质铸件的关键。关键词：V法铸造；过程控制；技术控制；质量控制；铸件的关键1.前言V法铸造（真空密封造型）是七十年代初由日本首先发明，之后经美国，欧洲各国铸造专家研究，确立了V法造型的最佳和最基本方法。目前这种新颖铸造方法已广泛使用在铸铁、铸钢、有色铸造行业中，铸件的重量从几克到重达几十吨。近年来中国V法铸造形势独好，据统计2010年全国V法铸造企业超过200余家，其中十余条是引进日本和德国真空密封造型线设备和技术。V法铸造因铸件表面质量好、尺寸精度高，工艺操作简便，金属利用率高，生产成本低，适用范围广，在质量、技术和经济效益方面有显著的竞争优势。本文着重介绍V法铸造生产过程﹑质量控制和技术控制的措施和方法。2.V法铸造工艺过程和特点2.1V法铸造基本工艺过程(1)制造带有抽气箱和抽气孔模样。(2)烘烤薄膜并覆盖到模样上，抽负压，使覆膜成形，后喷上快干涂料。(3)将带有过滤抽气管的砂箱，放在已覆有薄膜的模板上。(4)充填、振实、刮平箱内干砂，放上密封膜，抽负压，使铸型内外产生压力差而紧实，。(5)解除模样内真空，起模。铸型保持负压状态，直到下芯，合箱，浇铸。(6)脱箱落砂。冷却后，将砂箱内的压力恢复到常压状态，砂型自动溃散，铸件保温后取出，砂冷却后返回系统循环使用，将铸件取走进入清理工部完成工艺过程。2.2V法铸造的特点V法铸造因其独特生产工艺，使得生产出来的铸件表面光洁度和尺寸精度高，生产工序简单，金属利用率高，模具和砂箱寿命长，减少型芯数量使用，旧砂可基本回用，节约造型成本，少污染且劳动强度低，适用于铸铁﹑铸钢﹑非铁合金等铸件的单件小批量或机械自动化大批量得生产。然造型操作较复杂，从造型开始至终需抽真空，且受薄膜本质的限制，须有树脂砂型芯方能生产复杂铸件3.V法铸造的工装模样﹑辅助材料及工艺过程3.1V法铸造的模样V法铸造所用的模样（如图3.1所示）在V法铸造生产中占有非常重要的地位，其质量的优劣直接影响铸件的质量。目前V法铸造所用模样一般用木质。V法铸造要求模样表面光洁﹑尺寸精度高，其工艺收缩率及拔模斜度要小于粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等其他铸造工艺，一般取收缩率为0．2％～0．8％，拔模斜度在0～1°。V法造型的模样不与型砂接触(由薄膜和涂料隔开)，磨损和变形很小，使用寿命长，但模样结构设计要考虑V法的要求。首先，模样作成空心，表面开设抽气孔（抽气孔直径一般为0.5～2.5mm），形成抽气室，模样尽量避免尖锐的棱角，较大的模样内部设置加强筋，以保证在抽气负压作用下，模样不破裂或变形；其次，薄膜和模样之间较光滑，模样拨模斜度可适当减小；再有，木模表面不宜涂刷漆片溶液或耐温低于60～70℃的其它油漆，否则将烘热的塑料薄膜覆上后会出现粘膜现象，影响拔模。模样的制作应充分认识V法铸造抽真空的特点及保证吸膜成型性的需要，大平板及分型面处要保证足够的强度和顺畅的通气性，利用定位销或砂胎等使模样定位要准确。3.2塑料薄膜及覆膜成型V法铸造用塑料薄膜厚为0.03～0.25mm。覆膜成型是将塑料薄膜加热软化，利用真空将薄膜吸附在凹凸不平的模样表面上（如图3.2所示）。由于模样轮廓结构复杂多样，要求塑料薄膜具有较好的延伸性，不易产生折痕和破裂。塑料簿膜在模样或芯盒内的成型能力直接影响铸件的表面光洁度和尺寸精度，因而V法铸造的薄膜须具有以下要求：好的延伸性，不得有气泡滴和针孔等缺陷；成型时形状缺陷不应扩展；覆膜成型后失去弹性；不允许与模样材料粘住；气化气体应无毒。总之，V法铸造一般选择用热塑性簿膜，要求成型性好，易涂（刷）涂料，方向性小，热塑应力小，对热量不敏感，燃烧时发气量小，不产生有害气体，质优价廉。笔者采用EVA薄膜作为V法铸造塑料簿膜。覆膜成型时，簿膜置于加热器下150～200mm,加热温度为80～120℃，加热时间一般为20～50s。簿膜加热至镜面状时应迅速将其落下覆膜，覆膜后，须检查簿膜是否与模样表面紧密贴紧，是否有无孔洞或破损。对于某些难以吸膜成型的部位，采取局部强化抽真空措施，调节抽气速度实现覆膜成型。3.3涂料耐火涂料的使用在V法铸造中起到至关重要的作用。涂料层的性能不仅影响薄膜气化气体的迁移，而且与铸件表面质量密切相关。涂料载液一般选用乙醇、甲醇或异丙醇，综合实践一般选用乙醇含量大于95％的工业酒精，沸点为70℃，密度0．8g／cm，闪点12℃。V法铸造用涂料应具有以下基本要求：不与塑料薄膜反应，无毒无味；具有好的悬浮性和强韧性，涂料层有高的透气性及良好的抗机械渗透粘砂的能力；较高耐火度，其中应含有耐火度较高的矿物和耐火度相对较低、易烧结的组分，烧结形成剥离层，清理时易溃散；要有较小的发气量，良好的流动性和触变性；较高附着力，涂料能牢固的粘附在塑料薄膜上形成致密的涂层。涂料涂层厚度一般为0。5～2mm.涂层厚度跟铸件壁厚和铸件结构有关，涂层的厚度要根据具体铸件的生产实际确定。涂料的涂敷有以下方法：刷涂、有气喷涂及无气高压喷涂三种方法，图3.3所示为刷涂和喷涂。3.4砂箱V法造型用砂箱除四壁要密封外，砂箱内部必须装设抽气过滤装置，如图3.4所示。按抽气方式V法砂箱可分为侧面抽气式、管式抽气式及金属软管抽气和管式抽气式复合砂箱。①侧面抽气式砂箱是用钢板焊成的密封夹层，夹层之间形成连通的抽气室，类似消失模用砂箱；②管式抽气砂箱。该结构砂箱的端壁是用钢板焊成的密封夹层，夹层的中空部分形成抽气室，而侧壁是实体的，抽气孔为焊于两端壁上与抽气室连通的数根抽气管（孔间距25mm左右，孔径8～10mm），在钢管外面包两层120～150目的金属网，以防止细纱及粉尘被吸入抽气室。适用于面积大于1200×1200mm中大型砂箱。③金属软管抽气和管式抽气式复合砂箱。在V法铸造实践中，针对以上2种砂箱存在的各种问题，国内多数厂家采用复合砂箱，其箱壁用10mm钢板焊接，用金属软管抽气。砂箱结构简单，单层壁构成，可制作尺寸较大的砂箱。为避免塌箱引起铸型沉降和变形，设置较密箱带。金属管两端与固定在砂箱上壁的真空接头相连，抽气时，通过软管的各活动节的缝隙来抽吸砂粒间的空气，同时又能阻止细砂及粉尘被吸走。因软管间隙较大易吸人砂粒和粉尘，真空管路系统必须配有滤砂和水浴装置。3.5真空泵系统及铸型负压度的控制①真空泵。V法铸造中多采用干式真空泵和水环真空泵，我国主要采用水环式真空泵。水环式真空泵依靠水环实现密封，各部件的公差较大，不怕干砂粉尘。工作时，水环中的水温度不能高于40℃，以便冷却抽入的热气体。国内一般选用2BE﹑SK及机械泵等。②稳压除尘滤气罐。稳压罐主要作用是稳定真空系统压力，缓冲系统压力波动对造型、浇注的影响。为了稳定系统压力，避免浇注时出现塌箱，应加大稳压罐容积。除尘滤气罐的主要作用是防止细砂和粉尘进入泵内，磨损机械零件，影响泵的正常工作。除尘滤气罐采用介质分离，抽吸进来的气体与水混合，经过水浴，过滤气体，下半部是水，上半部起稳压作用，所以尽量增大滤气罐容积。③铸型负压度的控制。铸型负压度的控制包括真空度和抽气速度控制，造型﹑浇注和冷却期间，铸型都必须保持一定的真空度以固定松散的干砂，确保铸型有足够的强度和刚度，浇注时防止铸型坍塌和铸件变形，消除涂料、薄膜气化产物对铸型的强度与负压度影响。生产表明，铸型内负压度大于0.044MPa时铸型就可以保持足够的强度和稳定性，而当负压度小于0.038MPa时，铸型易发生胀箱、变形及塌砂。实际生产中，一般依据真空罐上的真空表及砂箱外管道上的真空表反映的负压度来调节生产时的负压度。正确选择真空泵以及合理的真空系统是保证V法铸型稳定负压度的前提，浇注过程还必须保护密封塑料薄膜不被烧掉，否则，将显著降低铸型的负压度及强度。3.6造型及浇注V法铸造采用无粘接剂的干砂造型，一般要求干砂为次棱角形或圆形，粒度铸钢件较大，铸铁件次之，有色合金最细，一般选用70目~140目或200目。为增加干砂的堆积密度，采用高频率低振幅的振动方式使砂箱中干砂紧实，振动频率1500～3000r/min，振幅0.5～1.0mm,堆积密度控制在1.65～1.75g/cm3范围。干砂造型抽真空后减小了砂与砂之间的间隙，增加了砂与砂之间的摩擦力，提高干砂强度。型砂粒度对铸型负压度变化的影响很大，较细的型砂有利于防止金属液渗透，但降低咯铸型的透气性，较粗的型砂，可提高铸型的透气性，但浇注时负压度的变化大，浇注瞬间，负压度下降快，浇注完毕后铸型能恢复并保持较高的负压度，这对于金属充填及保持铸型的强度和稳定性极为有利。3.7浇注系统V法铸造对浇注系统的要求如下：①金属液平稳充型，避免冲刷铸型或产生飞溅，一般采用底注半封闭式或开放式浇注系统。一般灰铸铁推荐选用底注半封闭式浇注系统，其浇道截面积比例为F直∶F横∶F内＝1∶(1.2～1.5)∶(0.8～1)；而铸钢件多采用开放式浇注系统，其浇道截面积比例为F直∶F横∶F内＝1∶(1．2～2)∶(1．2～2)；铝合金多采用开放式浇注系统F直∶F横∶F内＝1∶(2～3)∶(1～5)，最小截面积比砂型铸造大20～30%；②提高浇注速度，加快金属液的上升速度，缩短浇注时间，减小铸型表面的烘烤时间，防止铸型塌砂；③铸造的铸件上箱型腔表面积大时，应将铸型倾斜浇注，使金属液从型腔低端进入；④V法铸造型腔透气性差，需要开设通气孔，通气孔的截面积与浇注系统的最小截面积比例控制在（1～5）∶1；⑤开设补缩冒口须根据砂型铸造工艺原则、V法铸造工艺特点及铸件特点等具体确定。4.结论合理的铸造工艺方案是保证覆膜成型和铸件质量的一个重要因素；涂料是保证铸件表面质量，防止粘砂的关键；正确选用塑料薄膜，型砂，真空泵﹑负压度、振动时间和结构合理的砂箱是获得优质V法铸件的基础；合理的浇注系统及浇注速度是防止产生胀砂、塌箱、增厚等缺陷的关键措施；V法铸造是设备﹑工艺和原辅材料相互配合协调平衡的有机结合，要全盘考虑协调的系统工程。参考文献曹文龙、毛乾鑫等编著,真空密封造型.人民铁道出版社.1982周德刚,V法铸造工艺﹑设备和质量.铸造设备研究.2008.05铸造工程师手册编写组.铸造工程师手册.「M」.北京.1997陈琦主编,铸造技术问题对策.「M」.北京.机械工业出版社.2002谢一华等,V法铸造装备及工艺.中国铸造装备与技术.2002.4,48--51谢一华、谢田、章舟编著，V法铸造生产及应用实例.化学工业出版社.2009第一作者：高成勋男生于1968年工程师四川省成都市人主要从事熔模铸造﹑金属型重力铸造﹑树脂砂铸造﹑壳型铸造﹑铁型覆砂铸造﹑消失模铸造﹑V法铸造的生产管理工艺设计和技术服务以及生产线设备的制造安装调试。联系电话：[phone]邮箱：[e-mail]第二作者：刘余松男成都工程机械集团井研铸造有限公司总经理主要从事砂型铸造、金属型重力铸造﹑树脂砂铸造﹑水玻璃铸造铁型覆砂铸造﹑消失模铸造﹑V法铸造的全面管理工作。联系电话：[phone]