V法鑄造工藝的研究

劉 旭，胡 斌，向東湖，劉智濤

本文介紹了一種鑄造工藝——V法鑄造，通過中材裝備集團有限公司熱工分公司冷卻機設(shè)備的凹凸密封件和擋料板的制作，解析了V法鑄造的工藝流程。

V法；鑄造工藝；凹密封件；凸密封件；擋料板

1 前言

用于水泥生產(chǎn)的冷卻機、預熱器等設(shè)備，由于工況惡劣，很多重要零部件，如凹凸密封、充氣篦板、推料板、擋料板和掛片等都處于高溫環(huán)境中，因此，這些重要零部件都須由耐熱鋼鑄造而成。

按傳統(tǒng)工藝這些零部件多采用砂型鑄造法鑄造。隨著產(chǎn)品的升級換代，這些零部件的結(jié)構(gòu)也更為復雜，外形和尺寸的精度要求相當高（如凹凸密封、擋料板等），若仍采用傳統(tǒng)砂型鑄造，很難達到鑄造質(zhì)量要求。為此，必須采用更先進、更可靠的鑄造工藝方法來制作。

V法鑄造亦稱負壓鑄造，取英文Vacuum（真空）一詞的字頭“V”而得名。相對于傳統(tǒng)砂型鑄造，其最大優(yōu)點是不使用粘合劑，利用塑料薄膜密封砂箱，靠真空抽氣系統(tǒng)抽出型內(nèi)空氣。鑄型內(nèi)外有壓力差，密實干砂，形成所需型腔，經(jīng)下芯、合箱、澆注抽真空使鑄件凝固，解除負壓，型砂隨之潰散而獲得鑄件[1]。

V法鑄造與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，具有以下優(yōu)點：

（1）采用負壓澆注，鑄件砂眼氣孔少、密實度高、表面光潔、輪廓清晰、尺寸準確。

（2）采用負壓造型、澆注，砂型的強度較高，能夠保證薄壁工件的直線度。

（3）節(jié)能高效、清潔生產(chǎn)。采用V法鑄造，造型用干砂可反復利用，雖然真空機長期作業(yè)，耗電量稍有增加，但大大地減少了粉塵，節(jié)約了人力資本，降低了勞動強度，使得鑄造工作更加有效。另外，在澆注過程中產(chǎn)生的有害氣體較少，真正實現(xiàn)了環(huán)保生產(chǎn)。

目前，熱工分公司冷卻機設(shè)備的凹凸密封件和擋料板件均采用V法鑄造。

2 V法鑄造工藝

（1）制作帶有抽氣箱和抽氣孔的模具。

（2）將烘烤呈塑性狀態(tài)的塑料薄膜覆蓋在模具上加熱、真空泵抽氣使薄膜密貼在模具上成型。

（3）將帶有過濾抽氣管的砂箱放在已覆好塑料薄膜的模具上。

（4）向砂箱內(nèi)填充沒有粘結(jié)劑與附加物粒度為100～200目的干石英砂，借微震使砂緊實、刮平，放上密封薄膜、打開閥門抽去型砂內(nèi)空氣，使鑄型內(nèi)外存在壓力差（約40～53.3kPa）。由于壓力差的作用使鑄型成型并具有較高的硬度，濕型硬度計讀數(shù)可達95左右。

（5）解除模具內(nèi)的真空進行拔模，鑄型繼續(xù)抽真空直到澆注的鑄件凝固為止，依上法制下型。

（6）下芯、合箱、澆注。

圖1 帶連體底箱的模具

（7）待金屬凝固后，停止對鑄型抽氣，型內(nèi)壓力接近大氣壓時，鑄型自行潰散。

其中，真空抽氣系統(tǒng)是由真空泵、穩(wěn)壓罐、除塵罐及閥門鏈接管道組成。真空泵的真空度及抽氣量的選擇為V法造型的關(guān)鍵。生產(chǎn)中一般 最 高 真 空 度 在 -66500Pa（-500mmHg）左右即可。

穩(wěn)壓罐是一個密封容器，其作用主要是穩(wěn)定真空系統(tǒng)壓力，緩沖系統(tǒng)壓力對造型的影響，過濾粉塵。

長時間回用砂箱及澆注鐵水極易造成砂箱過濾網(wǎng)破損，砂子被吸入真空泵內(nèi)，造成損壞。最好在進入真空泵前增加除塵器，連接除塵罐，最后進入真空泵，以保證真空泵的使用壽命。

3 V法鑄造流程

V法鑄造的工藝如上所述，下面以冷卻機的凹凸密封、擋料板的制作流程來詳細解析V法鑄造的流程。

3.1 制作模具及連體底箱

按照凹、凸密封件和擋料板的圖紙和工藝要求制作模具，其中凹密封和擋料板采用木模，凸密封由于較薄采用鋼模（見圖1），使用壽命在1.5年左右。無論是木模還是鋼模，在其凹處及夾角處均布有微透氣孔，目的是和底箱氣腔相連，在烘烤、覆蓋塑料薄膜時，能夠和木模緊密、無間隙地粘貼在一起（圖1）。

3.2 模具上覆膜及噴涂、烘干涂料

首先，將底箱接上真空泵抽負壓（木模和底箱組合成一體）。

其次，將延展性好、塑性變形率高的塑料薄膜用加熱器加熱到80～120℃之間。

第三，將軟化的薄膜覆蓋在模具表層上，在26.7～53.3kPa的真空吸力和薄膜加熱自身延展的共同作用下，緊密均勻地貼合在模具和底箱上。

最后，在覆膜上均勻噴涂上一層水機涂料（主要成分是鋯英粉耐火材料），并將其熱烘烤干（圖2）。

涂料要求高強度（防止搬運和澆注過程中脫落）、高透氣性（在澆注抽負壓過程中，塑料膜燃燒產(chǎn)生的氣體能夠及時排除）、耐火度較好（防止鑄件熱態(tài)時粘砂）。

3.3 放砂箱、加砂振實、覆膜

在木模覆膜、涂料烘干后，將砂箱放置在木模上，將填充效率較好、粒度為100～200目的干砂加入砂箱內(nèi)，振實、刮平。

在砂的上表面覆上一層塑料膜，用于封閉砂箱（圖3、圖4）。

圖2 用于烘烤的加熱器和烘干機

圖3 抽負壓的砂箱

圖4 充砂、覆膜后的砂箱

圖5 造好型后型腔的內(nèi)貌

圖6 在型腔內(nèi)放入芯子

圖7 噴丸處理

3.4 去除底箱負壓、翻箱

去除底箱負壓、翻箱，見圖5。砂箱和木模的連體底箱均在抽負壓時（見圖4），在兩端負壓的作用下，木模和砂箱無法順利脫離，只有將底箱的負壓撤去，才能將砂型翻轉(zhuǎn)。

圖5中從上到下依次是：覆在木模上的塑料薄膜、白色的水機涂料、型砂。覆在木模上的塑料薄膜和木模分離，留在型腔內(nèi)表面。

3.5 下芯子、合箱、澆注

運到澆注場地后，為了使凹密封成型，在腔內(nèi)下樹脂砂芯子，放好后檢查型腔尺寸和質(zhì)量。芯子是提前做好的，并刷好涂料（圖6）。

同時，在澆注場地進行負壓管轉(zhuǎn)換，先插上澆注場地用的真空負壓管，然后將造型區(qū)的負壓管道拔掉，并堵塞抽氣孔，將上型箱和下型箱對接好并鎖死，放上澆口杯，等待澆注。

冶煉采用500kg中頻感應電爐，經(jīng)爐前檢驗金屬液成分合格且冶煉溫度達到1650～1680℃時，出爐澆注。鋼液從冶煉爐里倒入鋼包中，需要進行凈化，再注入型腔中并及時點火引氣。由于一直在抽負壓，氧氣不充分，塑料薄膜燃燒不充分，此時需要點火，讓其燃燒充分，排出型腔，保證鑄件質(zhì)量。

3.6 凝固、清砂落箱

由于整個過程是在抽負壓中進行的，故在澆注完畢后，應及時將澆口杯去除，將澆口用砂覆蓋，再用塑料薄膜覆蓋，并用砂壓住。目的是保證鑄件在負壓狀態(tài)下凝固，防止鑄件在冷卻過程中變形。

澆注、凝固30min左右，將砂箱吊裝到落砂區(qū)，將負壓撤去，砂箱里的型砂立即塌陷下來，無需用落砂設(shè)備處理，砂子冷卻后可再重復使用。

3.7 噴丸處理、檢查入庫

噴丸處理后，表面致密度較好，沒有發(fā)現(xiàn)疏松、氣孔、裂紋等鑄造缺陷，尺寸及直線度和平整度符合要求的，即為合格鑄件（圖7）。

將工件切割、打磨后，外觀檢查并使用工裝進行尺寸檢測，合格的即可打包入庫。

4 結(jié)語

實踐證明：采用V法鑄造工藝對類似篦冷機等熱工設(shè)備的特殊機件進行鑄造生產(chǎn)，可確保產(chǎn)品的高、精質(zhì)量，且環(huán)保高效。

（1）采用負壓澆注的鑄件砂眼氣孔少、產(chǎn)品密實度高、表面光潔、輪廓清晰、尺寸準確、變形量微小。

（2）節(jié)能高效清潔生產(chǎn)。

（3）針對中材裝備集團有限公司熱工分公司的凹凸密封、擋料板等鑄件，該工藝較為實用、有效，解決了鑄件質(zhì)量和變形量控制的難題。

[1]周德鋼.V法鑄造工藝設(shè)備和質(zhì)量[J].鑄造技術(shù),2008,29(7):942～944.

Study on the Casting Technique of Vacuum Casting

LIU Xu,HU Bin,XIANG Dong-hu,LIU Zhi-tao
(Sinoma Technology&Equipment Group Co.,Ltd.-Pyrology Subsidiary Company,Tianjin 300400,China)

The article introduced the vacuum casting technique.The process flow of vacuum casting would be analyzed through producing the concave-convex sealing plates and retainer plate.Both of them were belong to the equipment of cooler which was from Sinoma Technology&Equipment Group Co.,Ltd-Pyrology Subsidiary Company.

Vacuum;casting technique;concave sealing plate;convex sealing plate;retainer plate

TQ172.622.29

A

1001-6171（2013）05-0027-03

材裝備集團有限公司熱工分公司，天津 300400；

；2013-01-17 編輯：呂 光