浅谈新型铸造工艺V法造型

浅谈新型铸造工艺V法造型
江苏理工学院
摘要：V法造型即真空密封造型，本文讲诉了V法造型的工艺流程，所用材料以及所用设备，还对其在国内外的发展趋势进行了分析。

关键词：V法造型；工艺流程；材料；设备
0 序言
真空密封造型(简称V法造型、又叫负压造型) 是用细干砂作型砂, 填入砂箱并加以紧实, 用塑料薄膜经加热后在带有通气孔和抽气装置的模样上覆膜成型, 密封砂箱, 并依靠真空泵抽出型内气体, 在一定的真空度下砂粒之间失去相对运动从而使砂子得到紧实, 形成所需的型腔; 这是一种较先进的物理造型方法。

V 法造型工艺, 生产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, 旧砂基本全部回用, 造型成本降低, 少污染且劳动条件好, 这些独特的优点, 使其在国内外的工程机械配件、耐磨衬板件、汽车配件、浴盆、阀类件、铁路道岔和钢琴弦排件等行业得到广泛应用[ 1, 2]。

1. V法造型的特点
充分认识V 法的特点, 对掌握V 法和采取最有利的方案都是重要的。

V 法造型的适应性能强。

装备的投资较少，材料消耗减少。

环境条件得到改善。

最有吸引力的还是铸件质量的改善。

这种造型腔光洁, 硬度均匀, 不含水分和粘法剂、溃散性好, 使铸件的尺寸精度和表面光洁度都很好, 不容易产生铸造缺陷, 内部质量也得到改善。

当然这需要严格的工艺控制。

1.1. V法造型的工艺流程
模样上覆膜(吸模) →刷涂料→涂料干燥→加砂→振实→起模→下芯→
合箱→浇注→落砂。

1.2.1. 塑料薄膜的材料选择
塑料薄膜是决定V 法应用范围的重要因素。

V 法中使用的薄膜要求成型性好, 浇注时发气量少, 无嗅无毒。

EvA薄膜。

它的成型性好, 方向性小,发气量小, 无毒, 获得最佳延伸率所需要的加热温度较低。

PVC薄膜, 它有较好的强度和延伸率,来源方便, 价格较低, 但这种薄膜烧失时放出氯化氢等有害气体, 腐蚀设备, 污染环境。

1.2.2. 型砂材料的选择
V 法使用的是已经干燥的各种泥砂。

目前用得最多的是石英砂, 但错砂、橄榄石砂、铬铁砂也有应用。

不同种类的砂, 由于比重和热性能不同, 对V 法铸型的强度和冷却能力都有影响。

1.2.3. 涂料的选择
任何耐火材料的造型方法, 如果牺牲铸型的透气性, 采用细粒度砂将改善铸件表面光洁度。

在V法造型中, 由于型砂中没有发气材料, 铸型浇注时又有真空抽吸的作用,就对透气性的要求降低了, 同时铸型浇注时真空抽吸作用也促进金属液的渗透。

所以V法中要使用细砂。

但是细粒度干砂将操作条件变坏, 带来粉尘危害, 也使砂的循环使用发生困难。

V法涂料的研制消除了必须用细砂的束缚。

和一般造型方法一样, 依靠涂料来防止金属液的渗透时, 型砂的粒度就可以较粗。

所以在V 法造型中也普遍采用涂料。

涂料还可以提高V 法铸型的密封性和强度。

由于涂料层的存在, 减少了浇注时垮砂或塌型的可能, 还提高了铸型的耐热性。

1.3 工序工艺
(l) 模型上覆膜
由于V 法造型的特点, 模型表面质量的好坏直接反映在铸件表面, 特别是光法度。

因此, 要求模型表面比普通模型表面高, 而且将模样固定在底板上组装成模板刷银粉涂料, 并在模上设置必0.5 ~ 1mm的通气孔,孔的位置和间距要适当, 不易
复贴好薄膜的凹凸、折边、拐角三处要特别注意开设通气孔。

孔的总面积也要注意到, 因为它影响吸膜速度。

孔的总面积太少, 吸膜速度慢, 往往成型不良。

覆膜成型。

将E V A 塑料薄膜均匀加热,出现镜面, 开始下垂时, 在抽真空的作用下,覆于模板上, 吸膜真空度为0.04~0.08 MPa 。

对于破损处用厚0.lmm 薄膜贴敷, 不平及未贴服处吹热风贴服, 局部折皱处, 剪开贴平。

(2) 刷涂料
最好是喷涂。

条件不具备的情况下, 也可涂刷, 必须要做到均匀涂刷。

涂料厚度为0.5 ~ 1mm , 之后自然干燥或吹热风干燥。

(3) 加砂
V 法砂箱比一般砂箱要复杂, 成本较高。

主要的区别是设置了过滤抽气装置, 砂箱四壁要密封, 周边的结构要有利于复盖薄膜后的密封, 减少漏气。

将砂箱放在模板上, 然后加砂子, 砂子要高出砂箱的高度。

(4) 振实
上一步骤完成后, 将装满砂子的砂箱连同模板放到振实台上进行振实。

振实台的振幅不能过大, 频率不能过低, 否则达不到紧实的目的。

(5) 起模
振实后, 砂箱上面同样, 盖一层塑料薄膜(不需加热) , 在抽真空的作用下不
起模。

要注意砂箱的平衡, 否则, 塑料、涂料层破损, 型腔尺寸发生变化, 铸件质量得不到保证。

(6) 下芯
下芯不能损坏塑料薄膜和涂料层。

(7) 合箱
合箱时要确保合箱后型腔与大气相连通。

(8) 浇注
浇注温度比砂型浇注温度要低, 浇注速度要快, 绝对禁止中间停流。

2 设备选用及生产线组件
2．1 真空泵
真空泵选用2BE、2BEA及机械泵等，比SK泵省电，干式真空泵与湿式真空泵相比，
前者可获得更高的真空度。

2．2稳压除尘滤气罐
(1)稳压罐要大。

真空稳压罐是密封容器，它的主要作用是稳定真空系统压力，缓冲系统压力波动对造型、浇注工作的影响。

真空罐的容积过小，稳压效果差，反之系统从启动到可进行造型的时间过长，动力和材料消耗大，占地面积也大，如果为了避免浇注时砂型出现塌箱现象，应考虑加大真空罐容积。

(2)除尘滤气罐的主要作用是防止从砂箱内抽吸出来的细砂或粉尘进入泵内，影响泵的正常工作，并能防止细砂或粉尘进入泵内磨损机件。

滤气罐具有和水烟袋一样的原理，抽进来的气体与水混合，经过水浴，过滤气体，下半部是水，上半部还能起稳压作用，所以尽量增大滤气罐容积。

2．3造型系统
(1)造型系统包括震实台、塑料薄膜烘烤器、模板、真空V法砂箱。

型砂的充填密度对铸件有很大影响，为了提高铸型的抗压强度和硬度，必须提高充填密度，为此需要在填砂时予以震动。

此外，因自然推积角的影响，当薄膜局部搭桥或皱摺垂直于填砂方向时，砂子在其下方填满，减压成型后，此皱褶的双层薄膜便会向未填满的方向拉开，使铸型表面形成开口状态，震动有利于消除此种情况。

当铸型紧实度不够时，还会造成铸件因胀砂而增大壁厚，也会增大分型面的披缝。

所以填砂时进行必要的震动，使流动性本来大的干砂获得足够的紧实度是非常重要的。

对于形状简单的无横向凹凸部位的铸件，可以采用普通的振实台。

对于结构比较复杂，有水平孔或横向凹凸变化的铸件，最好采用三维振实台来满足各种铸件不同的震动形式和激振力的造型要求，有效的避免砂子的填充不良和提高紧实效率。

采用2台V法振实台分别造上箱、下箱。

(2)加热器
V法造型须将EVA薄膜加热，加热温度为80～120℃，加热时间一般为60s左右。

现在用的石英管加热器简单易行，使用方便，故把加热器固定在立柱上，作成回转式或手动回转到振实台木型上方，加热薄膜，另外还能进行涂料的烘干，达到了一机两用的效果。

(3)加砂系统
由可调容积、雨淋式加砂装置、砂库、砂斗等组成。

(4)模板
V法造型用模板，两侧端部设有与砂箱配合定位的销套，在模板下面设有抽气室，模板的结构采用木制装配。

在V法造型中模样不与砂型接触(隔着一层薄膜和涂料)所以模样的磨损和变形很小，使用寿命长，但在模样结构上要考虑V法的特殊要求。

①模样作成空心的，使之形成抽气室，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。

②模样尽量避免尖锐的棱角，以免覆膜吸不到位或吸破覆膜。

③模样拨模斜度可适当减小，这是因为V法造型时薄膜和模样之间较光滑，摩擦力很小，所需要的拔模力较小。

④模样表面需要开设抽气孔，抽气孔直径一般为1.5～2.5 mm，最好用气塞，直径8～10 mm。

⑤木模表面不宜涂刷漆片溶液，也不宜涂刷耐温低于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。

2．4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。

按抽气方式V法砂箱可分为侧面抽气、管式抽气、金属软管抽气和复合抽气式。

①侧面抽气式砂箱
它的四壁和消失模一样，是用钢板焊成的密封夹层，夹层之间形成连通的抽气室。

有打好的配孔10mm的钢板。

在中间加两层100～110目的金属网。

②管式抽气砂箱
这种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的数根抽气管，并与抽气室连通，孔的间距为25 mm左右，孔径为8～10 mm。

在钢管外面包两层100～110目的金属网，以防止细纱及粉尘被吸入抽气室。

这种砂箱利用每根钢管上的抽气孔抽气，可使砂型各处得到较为均匀的真空。

由于焊有数根钢管，砂箱的刚度和强度都较好，适用于面积大于l m2的中大型砂箱。

③金属软管抽气砂箱
在V法铸造实践中，针对以上2种砂箱存在的各种问题，国内好多厂家采用这种砂箱，其壁用10 mm钢板焊接，用槽钢加固，焊有箱带，里面用金属软管抽气。

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，设置较密的钢板和箱带，在与木模相邻侧与木模表面留有一定的间隙。

为便于金属软管的安装固定，在相应的位置切割出通过式安装固定孔，金属管两端与固定在砂箱上壁的真空接头相连，当抽气时，通过软管的各活动节问的缝隙来抽吸砂砾间的空气，同时又能阻止细砂及粉尘被吸走，这种软管因间隙较大易吸人砂砾和粉尘，因此真空管路系统必须配有滤砂和水浴装置，以防止砂砾粉尘进入真空泵，磨损真空泵机件。

3 V 法造型工艺的发展趋势
V法造型技术发展至今已形成一定的规模, 因其具有节能、高效、环保、高品质的工艺特点, 世界上已有十几个国家约300 余条生产线在使用, 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~ 340 mm。

到20 世纪80 年代中期日本有150 余家、欧洲约40 家、美国约30家、前苏联约10 家应用V 法造型工艺, 生产铸件量分别约为12. 7* 104、2 * 104、3000、5000 t, 最大砂箱尺寸可达7.0 m * 4.0 m * 1.1 m/ 0.8 m, 生产率10 箱/ h, 可见V 法造型工艺在国外发展之快。

20 世纪70 年代, 我国对V 法造型工艺开始研制,随着V 法造型工艺的不断发展,应用V 法工艺的厂家越来越多, 据不完全统计, 目前我国应用V 法造型工艺约30 余家, 年产各种铸件约5 *104 t 以上,V 法造型工艺显现出独特的优势, V 法造型工艺在铸件生产中的应用前景广阔, 在今后较长的时间内,V 法应用范围仍有所扩大, 上V 法造型线的企业有所增加。

对中国发展V 法造型工艺的几点建议
(1) V 法造型工艺尽管在国内铸造生产中有较多的应用, 有相当一部分是进口设备, 或自主开发的产品没能推广。

(2) 有关铸造机械主管部门应制定V 法造型装置的标准及系列技术参数。

(3) 国内多家单位都在研制V 法造型设备, 但就V 法的造型、覆膜、振实等设
备都没有形成产品系列通用, 各家都只能根据用户特定的产品提供相应的V 法造型设备。

(4) 国内开发的V 法造型装置缺乏系列标准, 设备配套性不好, 应加强对现有V 法造型装置的系列化配套, 组织定型生产, 不断开发新产品。

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