V法铸造工艺.

V法铸造刘余松2010年07月1、V法铸造概况V法造型是一种真空密封造型铸造工艺，也叫做真空密封造型法，简称真空造型法或V法（Vacuummolding），又称减压或负压造型法。它是采用无粘结剂的干砂作造型材料,利用塑料薄膜密封一种特制的砂箱,并依靠真空泵抽出型内空气,造成铸型内外压力差,使干砂紧实,以形成所需型腔进行金属液浇注,而获得铸件的一种特种铸造方法。V法造型工艺起源于日本，最早是1971年日本长野县工业试验场开发的，之后在世界范围内得到迅速的发展。中国是在20世纪80年代初引进这项技术，其后在中国得到广泛的发展。近年来该铸造方法对生产厚大灰铸铁件成为了一项重要的铸造工艺。并且因其所需投资少，效率高，铸件表面质量好而迅速取代了部分粘土砂造型工艺。同时由于其在经济效益方面的优越性在一定范围内取代了树脂砂、水玻璃砂的生产。随着科技工作者对该方法的深入研究，已开发出利用V法造型生产铸钢件、球墨铸铁件、铝合金制品等铸造产品。•V法造型工艺是由日本长野县工业实验所和秋田株式会社20世纪60年代末70年代初发明并研制成功的一种特种铸造方法，70年代初V法造型工艺传入欧洲，美国、俄罗斯、德国、法国等国家，自V法造型工艺投入使用以来世界上有十几个国家和地区的约300条生产线在使用，生产设备逐步向大型化和超大型化方向发展，铸件材质有铸钢、铸铁和有色金属，铸件壁厚一般从3～340mm。应用该工艺最多的是日本。•1977年，新东工业株式会社与前田铁工所联合开发的砂箱尺寸为2300mm×1500mm×320／320mm的转台4工位铁锅片V法生产线的生产率为10箱／h；目前在日约有200余条生产装置在使用。日本新东公司已向世界各国先后出售近200台套V法造型生产线设备，砂箱尺寸可达7000mm×4000mm×1100／800mm，生产率达15～17箱／h。•前苏联从1975年开始研制V法造型装置，最初制造几套BH～I-I000型V法造型装置并成功应用于生产，在此基础上又开发了BH～I-1600型、2000型、2000／1600型和1200／100-4型单工位、穿梭式和4工位的V法造型装置，生产率4～15箱／h，在维克萨破碎设备厂、奥尔斯克建筑机械厂、安集延机械制造厂和重型机电制造厂等都安装有V法造型生产线。•美国和德国各有几十家工厂采用V法造型生产工艺，德国PASSAVNT水处理厂也安装有V法造型生产线，生产阀类铸件等都取得了很好的效果。•由于V法造型工艺的铁液流动性比较好,很适合铸造薄壁件1974年8月建成广岛长州浴盆厂的V法生产线，取代了原来的湿型造型工艺。80年代北京化工设备厂也从新东工业株式会社进口成套的高自动化的浴盆铸造生产线。叉车平衡配重块生产•叉车等设备需要大量的平衡配重块，用V法铸造配重块表面光洁，节省清砂和喷漆的时间，而且重量偏差很小，虽然它厚达350mm，重可达1600kg，但也适合于V法造型，迄今已有10多条线在运转。合肥叉车厂也用这种方法生产配重块并出口日本•日本新东工业株式会社开发情况•1978年10月开发当时属超大型V法造型设备用来铸造钢琴弦排，砂箱内尺寸为3000mm×1650mm，并且各道工序自动完成，是第一条全自动V法生产线。同年也对前述的浴盆生产线进行改造，实现了全自动化。•1980年2月,又开发了小型化低成本的V法VJP通用造型线，其设备的高度、操作方式均适用于老车间的改造，砂箱尺寸固定为1300mm×1300mm×310/310mm，价格相对较低，至1991年在日本就交付了17台这种造型设备。铸铝和铸钢的应用•用V法铸造铝合金的工艺美术型的门框、栏杆也得到了发展。这在V法开发初期就研制过，1991年已交付11条这种生产线，最大砂箱尺寸为：4900mm×2200mm×200/300mm。当然由于铝合金的浇注温度较低，塑料薄膜燃烧后的残余物与砂子粘在一起，会影响填充干砂的密度，影响铸件的质量，仍是一个待研究解决的问题。•V法也可用于铸钢件。铸钢件的冒口较多，可充分发挥通气孔的作用，较好地维持型腔与大气之间的压差，对铸件成型有利。目前已有用于铁路上拨叉和大型球阀的生产。其砂箱尺寸分别为6700mm×780mm×300/300mm，2000mm×2000mm×1100/500mm。山海关桥梁厂也在用V法生产铁路拨叉。发展大型、超大型V法设备是一种趋势•采用V法造型解决特大型铸件的造型比用其它诸如振动、压实等方法要容易得多。特大型铸件虽然可以用抛砂机、树脂砂等办法来造型，但尺寸精度难与V法相比。•新东工业株式会社1985年3月开发了砂箱尺寸为3800mm×1400mm×600/400mm的管件V法造型线；1990年3月建成新型的浴盆生产线，砂箱尺寸为2200mm×1300mm×725/355mm，生产率15型/h，铸件重量6000kg；1989年6月开发了砂箱尺寸为7000mm×4000mm×1000/800、机重达65t的V法造型机，用来生产铸铝船艇壳体。•V法造型不但可以生产大型、形状相对简单的铸件，同时也能生产带有砂芯、形状比较复杂的铸件。日本已在对机床铸件、汽车铸件的V法造型工艺进行研究。德国HWS公司•德国HWS公司是新东集团国际成员，从1976年至今已生产46条V法造型线，部分V法造型线情况见表1。造型线型式砂箱尺寸（mm）生产率(型/小时)生产日期铸件铸件材质购买国家种类8工位转盘式2000×1250×750/200481981浴缸铸铁2000×2000×500/90031998破碎机零件铸钢瑞典2000×2000×900/9002400×2400×500/9001450×1450×300/75052000破碎机零件铸钢8工位转盘式2000×1250×750/200452003浴缸铸铁8工位转盘式2000×1250×750/200452003/浴缸铸铁俄罗斯20044工位转盘式3000×1800×500/500202004火车摇枕、侧架铸钢俄罗斯3000×1800×500/500202004火车摇枕、侧架铸钢4工位转盘式3000×1800×500/500202004火车摇枕、侧架铸钢乌克兰上箱和下箱2个模型循环3000×1800×500/500202004/火车摇枕、侧架铸钢中国天瑞集团3500×2500×500/750/20053000×1900×450/5502005V法造型在国内的发展与应用•1985年北京化工设备厂采用进口砂箱尺寸为2200mm×1300mm×600／280mm，生产率15箱／h的V法造型设备生产浴盆。•80年代中期沈阳铸造厂及沈阳重机厂都分别从日本新东和英国进口生产率为3～12箱／h的V法造型线，生产耐磨件和烧结炉条铸件。•上海铁锅厂进口日本新东公司V法造型生产线生产浴缸。•安徽蚌埠锅厂采用国产V法造型线生产浴缸，砂箱尺寸为1300mm×1300mm。•1986年山海关桥梁厂，从日本新东公司进口砂箱尺寸为7100mm×800mm×310／310mm的V法造型生产线生产铁道道岔，年产万吨道岔铸件。•1992年安徽安东铸造有限公司进口日本新东公司V法造型线生产叉车平衡重。•1997年广西某铸造公司采用国产砂箱尺寸为1200mm×1000mm×250／250mm的V法造型线生产球磨机耐磨铸件。•2000年厦门某铸造厂采用国产砂箱尺寸1650mm×1500mm×500／500mmmV法工艺生产叉车平衡重。•1999年山西华翔集团公司引进日本新东公司V法造型线生产出口平衡重铸件，年产量达3万吨。•山东沧州机床制造有限公司2003年采用V法工艺，生产出2700mm×1024mm的3种型号的挖掘机配重铸件。•山东鲁星搪瓷厂采用国产V法造型生产线，砂箱尺寸2000mm×1700mm。•北京叉车总厂采用V法造型线生产叉车平衡重；常州林业机厂、北京菲美特机械厂、潞安矿务局王庄煤矿、山东凯山工程机械厂等等都在采用V法造线生产装置生产各种铸件，取得了较好的经济和社会效益。•安徽合肥铸锻厂拥有三条国际先进水平的V法铸造生产线，可年产铸件30000吨，主要生产叉车平衡重，曾获亚太经济博览会金奖、97年获第四届国际铸造工业展览会金奖，产品远销日本、韩国及欧洲市场•山西北绿树铸造有限公司采用V法技术生产叉车及工程机械配重铸件，具有尺寸精度高，表面光洁等特点，单重可达10吨。•山东泰山前田锅炉有限公司是中国第一家生产燃油燃气铸铁锅炉的厂家，采用V法生产铸铁锅炉铸铁锅片，铸件的形状虽然简单，但是带有砂芯，工艺上比较复杂，是V法生产复杂件的一个典型。•其V法造型生产线是根据日本前田铁工所V法铸造（真空铸造）生产线及工艺设备设计、制造而成。该生产线包括四工位造型机、8个下芯合箱工位、3个浇注工位、一次缓冷工位、开箱落砂机、二次缓冷工位等设备，全部液压推动。该V法造型生产线工艺先进、装备精良、自动化程度高，可实现手动、联动等功能，在国内具有领先水平。生产出的锅片、铸件具有尺寸精度高，表面光洁度好等特点。砂箱内尺寸：2300×1500×320/320mm，生产率10整形/小时、可年产各类铸件6000吨。河南天瑞•天瑞集团投资新建一条年产10万吨目前国内先进的V法造型工艺大型铸钢件生产线，主要用于火车摇枕、侧架等铁路铸钢件的铸造•整条造型线由德国HWS公司总设计。上箱造型及下箱造型主机、主电控箱、液压站均由德国HWS公司提供，双星铸造机械公司负责造型线其它配套设备制作及整线的安装调试工作，负责160t／h砂处理的设计、制作及安装调试工作。•整套设备由下箱造型圈、上箱造型圈、下芯线、浇注线、冷却线、落砂线、推送缓冲装置、转运车、砂箱转运装置、翻箱装置、清扫装置、安全护栏、真空连接装置、砂处理、辅助的液压、电控、气动等部分组成，整套设备布置在长180m，宽48m的双跨车间内。•主要技术参数：•砂箱尺寸：侧架3000mm×1900mm×450／450mm•摇枕3000mm×1900mm×350／550mm•生产率：20整型／h，2件／型•石英砂：SiO2含量至少98％•砂子中间粒度：AFS100（HWS标准）•最大砂温：40℃•砂循环量：160t／h•空气消耗：231Nm3／h•真空泵水消耗：87.4m3／h•真空泵水加入量：4.37m3／h•挖掘机配重石油机械铸件3、工艺适用范围•可适用于生产铸铁、铸钢、铸造有色合金的形状简单且较精密的铸件或薄壁铸件。•国内厂家成批生产的产品主要有石油机械变速箱体、叉车桥壳及平衡块、机床床身、汽油机缸体、工程机械配重等。V法造型的特点（1）优点•①提高铸件质量。表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确。铸型硬度高且均匀，拔模容易。•②简化设备、节约投资、减少运行各维修费用。省去有关粘合剂、附加物及混砂设备。旧砂回用率在95%以上，设备投资减少30%，设备动力为湿型的60%，劳动力减少35%。•③模具及砂箱使用寿命长。•④金属利用率高。V法造型中，金属流动性好，充填能力强，可以铸出3mm的薄壁件。铸型硬度高、冷却慢，利用补缩，减少冒口的尺寸。工艺出品率提高，减少了加工余量。•⑤有利于环境保护。由于采用无粘结剂的干砂，省去了其它铸造工艺中型砂的粘结剂、附加物或烘干工序，减少了环境污染，是绿色铸造工艺（2）缺点•①造型操作较复杂，小铸件生产率不易提高。•②从始至终需抽真空，实现机械化有困难。•③因塑料薄膜的延伸性和成型性的限制，影响该工艺方法扩大应用范围。•④需要考虑砂子的粉尘去除及冷却问题。4、工艺原理•在带抽气室的砂箱内填入单一干砂作为型砂，砂型的内腔表面与表面都以塑料薄膜遮盖（密封），用真空泵将铸型内的空气抽出，使铸型呈负压（真空）状态。并依靠真空泵连续的抽气保持铸型内外的压力差，使干砂紧实。同时砂粒之间凭借其摩擦力而保持铸型的稳定。得到铸型浇注时所需的强度，并且保持压力差一直到铸件凝固，然后解除负压再保温几小时，即可落砂清理铸件。5、工艺程序简图塑料薄膜加热与覆膜下芯、合箱造型工艺过程•1）制造带有抽气箱和抽气孔模板。•2）将烘烤呈塑性状态的塑料薄膜覆盖在型板上、真空泵