1 真空密封造型工藝概述

真空密封造型鑄造又稱“V法造型鑄造”，或者稱“負壓造型鑄造”、“減壓造型鑄造”，它與傳統(tǒng)的砂型鑄造有很大的不同。它是釆用無粘結(jié)劑的干砂作造型材料，利用塑料薄膜密封一種特制的砂箱，并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，并具有一定硬度，然后起模制成砂型。下芯、合型后即可澆注而獲得鑄件的一種特種鑄造工藝方法。

真空密封造型鑄造與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，具有以下主要特點：起模容易，不需振動或敲擊，在模樣起模斜度很小或不留起模斜度條件下也能起出，且所用的型砂顆粒細，砂型硬度可達到90以上（型砂硬度計讀數(shù)），因此鑄件的尺寸精度高，表面粗糙度低。由于型砂中不加粘結(jié)劑、水和咐加物，因而簡化了砂處理工作，而且造型和鑄件落砂清理的勞動量也大大減少，舊砂回用率可達95%以上，作業(yè)環(huán)境衛(wèi)生較好。所用設(shè)備比其它造型設(shè)備便宜，設(shè)備所需動力比其它工藝設(shè)備也少，模板和砂箱的使用壽命延長，生產(chǎn)周期縮短，金屬利用率高，廢品降低，鑄件內(nèi)外質(zhì)量好，因而鑄件成本有所降低，真空密封造型跟樹脂砂造型比有競爭優(yōu)勢。

2真空密封造型應(yīng)用范圍

灰鐵件：機床床身、機床帶T形槽的工作平臺、鉆床機座、搖幦鉆床、曲柄、平衡塊、叉車配重、變速箱體、鍋爐片、浴盆、磅秤法碼、機體、汽車飛輪、剎車鼓、水泵葉輪、泵頭鑄件、皮帶輪、鋼琴的弦排等。球鐵件：管件、閥門、橋殼、大輪等。

鑄鋼件：閥門、襯板、搖枕、后橋、箱體、輪轂、輪罩殼、煤機鉆座、鋼輪繩一一輪等。高錳鋼：耐磨襯板等多種鑄件、鏈輪等，還有其它各種鑄件。

但是，有些幾何形狀復(fù)雜的鑄件需要和樹脂砂、覆膜砂、消失模等其它工藝結(jié)合起來，用于解決覆膜較難的復(fù)雜鑄件是可行的。一

3 真空密封造型的技術(shù)要點和操作技巧

3.1 怎樣理解真空密封造型所用薄膜和要求？

型腔薄膜是真空密封造型的主要材料之一，也是一種塑料薄膜。但并非所有塑料薄膜都可用作真空密封造型的型腔薄膜，鑄造采用熱塑性薄膜具有以下特殊要求：應(yīng)具有良好的延展性，型腔薄膜的厚度一般為0.05-1mm，在具有深凹結(jié)構(gòu)的模樣上覆膜成型時，其最終厚度減薄到0.006mm左右，而型腔薄膜應(yīng)能滿足這種變化要求：薄膜表面不應(yīng)有傷痕、雜物和氣泡等，以免加熱成型時薄膜表面破裂；型腔薄膜成型后熱塑應(yīng)力小，彈性消失，塑料薄膜不應(yīng)縮回厡狀；薄膜不應(yīng)與模樣、模板粘合便于脫模；薄膜受熱分解產(chǎn)生的氣體少，無毒無味灰分少?？捎糜谡婵彰芊庠煨偷男涂毡∧?，按其化學成分不同，一般有：聚乙烯薄膜（簡稱為PE），聚丙烯薄膜（簡稱為PP），聚氯乙烯薄膜（簡稱為PVC），乙烯醋酸乙烯共聚體薄膜（簡稱為EVA），聚乙烯醇薄膜（簡稱為PVA）、聚苯乙烯薄膜（簡稱為PS）等。在諸多的塑料薄膜中，以乙烯醋酸乙烯共聚體薄膜（EVA）的性能最好，具有型腔薄膜所要求的綜合性能，參見表1和表2。

表1  EVA塑料薄膜的性能

表2  PE塑料薄膜的性能

注：PE為農(nóng)用聚乙烯薄膜

3.2 薄膜覆模成型前應(yīng)注意什么？

薄膜覆模成型是真空密封造型旳的技術(shù)關(guān)鍵之一。

薄膜覆模成型，就是將塑料薄膜勻整地、無皺褶地密貼在模型表面上。因此，覆模成型旳的好壞，直接影響到鑄件的質(zhì)量。薄膜覆模成型前，不應(yīng)忽視將塑料薄膜按要求放在加熱器下予以烘軟，然后再勻整地覆蓋在模型表面上。

薄膜覆模成型前需將塑料薄膜加熱烘軟，其的原因一方面是為了增加薄膜的可塑性，因為塑料薄膜在冷態(tài)時塑性較差，不可能得到毫無皺褶的覆模效果，而薄膜覆模后的皺褶，反映到鑄件上，就會在其表面出現(xiàn)條痕，降低鑄件尺寸精度和增加鑄件表面粗糙度；另一方面是為了消除薄膜的彈性，如果把冷態(tài)的薄膜覆蓋在模型面上，在澆注金屬液時，一遇高溫作用，薄膜的某一局部即可能燒失開口，其本身的彈性作用會使開口處撕開拉大，從而使松散的砂子暴露出來，發(fā)生鑄件夾砂或輪廓不清等缺陷。因此，一般在將塑料薄膜覆于模型成型前，都事先把塑料薄膜加熱烘軟。

3.3 對薄膜覆模成型時的真空度要求怎樣控制?

塑料薄膜加熱烘軟的軟化成型溫度為100℃左右，加熱源有：熱空氣、煤氣、電輻射等。其中遠紅外線加熱器釆用最多，這種加熱器的加熱效率高，效果好，便于成型；加熱過度，薄膜損壞。薄膜覆模成型時，需借助真空泵抽真空使塑料薄膜覆貼在模型整個表面，而較好地成型。

需要指出的是，薄膜覆模成型時的真空度不宜過高，因為過高的真空度反而會使薄膜吸進模型的通氣孔內(nèi)，使該處薄膜起皺，還會發(fā)生破裂。

通常，薄膜覆模成型時所需要的真空度為26.66-66.65kPa（200-500mmHg），個別也有高達73.32-79.98kPa（550-600mmHg）的，應(yīng)視模型幾何形狀和復(fù)雜程度而定。當模型幾何形狀復(fù)雜時，所需要的真空度應(yīng)該取大些，反之則可小些。

3.4 為什么要求涂料成分中盡可能少含或不含水分?

真空密封造型覆模成型后，在薄膜表面上要求涂刷涂料，特別是對厚大鑄鐵件和鑄鋼件尤為重要。施加涂料可提高鑄型的密封性，并能防止鑄件的表面粘砂。

理想的真空密封造型的涂料除了應(yīng)具備通常的涂料性能外，還必須具有對塑料薄膜有足夠的附著力、不流淌、不開裂和干燥速度快等特性，因此在涂料成分中應(yīng)盡可能少含或不含水分，因為涂料中的水分往往易被帶入砂型中，是造成鑄件內(nèi)產(chǎn)生氣孔的主要因素。

3.5 真空密封造型的砂子粒度應(yīng)怎樣選用和使用?

用于真空密封造型的干砂主要有：石英砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、橄欖石砂等，其砂子粒度對鑄件表面粗糙度有直接影響。

在普通砂型鑄造時，由于型砂中含有水分、粘結(jié)劑和附加物等，使用過細的砂子會降低鑄型的透氣性，鑄件易產(chǎn)生缺陷。

而真空密封造型，由于釆用干砂，不加粘結(jié)劑等，發(fā)氣量少，在澆注過程中又不斷抽氣，增加鑄型排氣能力，因此可以選用比普通砂型用砂目數(shù)更高的砂子粒度來獲得表面光潔的鑄件。另外從防止在真空下澆注時金屬液夜容易被吸入砂粒間的孔隙形成機械粘砂考慮，也應(yīng)選用比普通砂型更細的砂子。

通常在生產(chǎn)中選用70/140目或100/200目的不含灰分的干石英砂作為真空密封造型的型砂是合適的。

3.6 對真空密封造型的舊砂回用要求?

真空密封造型的舊砂回用率可高達95％以上，但在舊砂回用中應(yīng)注意“三不能”：

“一不能”：即末經(jīng)處理的舊砂不能回用，因為型砂重復(fù)便用時，砂子的粉塵量將有所增加，需要及時加以清除，否則會影響鑄型硬度，或使鑄件表面產(chǎn)生脈紋狀夾砂缺陷。當舊砂中夾雜的細碎薄膜殘料末清除掉而被收回再用時，時間一長也會使砂子充填性變壞，因此舊砂必需加以處理后再用。

“二不能”：即水含量超過1％的舊砂不能回用，因為砂子含水量過大，會影響砂子流動性從而影響震實效果，鑄型易產(chǎn)生明顯的緊縮現(xiàn)象，而使鑄件壁厚增大，過多的水分也是造成鑄件產(chǎn)生氣孔的主要原因，因此舊砂回用時要注意砂中水含量，同樣，即使是采用新砂也要注意控制砂子的水含量。

“三不能”：溫度高于50℃以上的舊砂不能回用，因為舊砂回用時砂溫過高，會使薄膜在造型時變軟，很難使砂型保持應(yīng)有的形狀，所以舊砂的溫度必須冷卻到50℃以下才能回用。

3.7 真空密封造型中對澆、冒口的技術(shù)要求應(yīng)采用什么澆注系統(tǒng)？

（1）外澆口（澆口盆）（連接孔）

根據(jù)鑄件的大小來決定澆口盆的大小，在任何情況下都要求保證澆口盆的充滿狀態(tài)，直至澆注完畢。

建議在澆注中、大鑄件時使用分離式澆口盆，最好使用澆口塞（如圖1所示）。
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（2）直澆道：（如圖2所示）
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（3）橫澆道和內(nèi)澆道

盡管有很多直澆道/橫澆道/內(nèi)澆道的比率可供使用，但是最好要選用一個能使?jié)沧⑾到y(tǒng)始終充滿的比率。這可以使薄膜破壞和塌型的可能性降到最低。橫澆道的容量沒必要像內(nèi)澆道那樣非得比直澆道小。因此，較好的直澆道/橫澆道/內(nèi)澆道比率為10:12:8， 10:9:8，10:7:5等。但是，如果鑄件有一個大的表面，那么下面的比率更好些；10:12:15， 10:18:15，10:18:13，10:18:12，10:15:15，等等。正如一直以來所以為的那樣，在鑄造工藝中，計算澆注系統(tǒng)本身并不是獲得良好鑄件的基本條件，對特定鑄件的澆注系統(tǒng)來說需要時間來改進，建議從現(xiàn)有的技術(shù)方法開始，直到能靈活運用它。如鑄鐵：1:1-2:0.8-1.2，鑄鋼1:1.2-2:1.2-2。

澆注系統(tǒng)應(yīng)能夠引入金屬液并保證快速但不猛烈、均勻的流動、不含雜質(zhì)、澆注系統(tǒng)中的用圓弧過渡以保證金屬液能夠順利通過而不被切割或沖砂。

澆注系統(tǒng)的特點：設(shè)計一個澆注系統(tǒng)使金屬進入型腔是必要的，但是澆道的安放位置應(yīng)避免金屬液直接沖擊型壁，否則會侵蝕薄膜。放置內(nèi)澆道時應(yīng)能讓金屬從型腔中心流入或者沿坭芯流過。對于底注式澆注來說，金屬液從鑄件的最低處進入，且需要長一些的內(nèi)澆道。為了避免高紊流狀態(tài)發(fā)生，最好加大橫澆道和內(nèi)澆道的尺寸，以降低金屬液在型腔中的流動速度。。

（4）冒口

頂冒口、暗冒口和側(cè)冒口都可應(yīng)用在V法的特定工藝中，根據(jù)鑄件的幾何形狀來按放冒口，冒口起通氣連接和補縮作用，冒口太小氣體的穿行速度就快，鑄型就容易被破壞。冒口的總面積應(yīng)根據(jù)鑄件形狀來定一般應(yīng)大于內(nèi)澆口總面積三到五倍，。

3.8 V法造型鑄造的澆注溫度、澆注速度和澆注中真空流量

V法密封造型在澆注時應(yīng)和其它工藝一樣，高溫出爐底溫澆注，根據(jù)鑄件的大小薄厚和復(fù)雜幾何形狀來決定澆注溫度。

鑄鋼澆注溫度范圍：1540－1580℃。

鑄鐵澆注溫度范圍：1250－1400℃。

澆注速度要根據(jù)鑄件大小形狀來定，一般來說，每噸重量不能超過一分鐘，鑄件越大澆注速度就越要求快澆。

上下砂箱尺寸為2000mm×1700mm×200mm，抽氣流量見表3所示。

表3 真空密封造型鑄型抽氣量（m³/min）

結(jié)論：鑄造工人通過更快、更熟、更潔凈地進行澆注，就認為能解決鑄造中出現(xiàn)的所有問題，當然這是一種夸大的說法，但還是保留了相當一部分真實成份的，其中有一部分對V法而言是尤其正確的。

我不知道是否有人懷疑這樣一句話，在任何工藝中，澆注更潔凈的金屬液就能增大獲得鑄件的機率。當然，對V法這句話也是適用的。

總的來說，較短的澆注時間是應(yīng)該采納的；如果澆注過慢，很可能在薄膜部分蒸發(fā)掉以后還沒有熔融金屬來替代薄膜的位置，這就可能會引起鑄型移動，出現(xiàn)小問題（例如侵蝕）或大問題（塌型），因為這樣鑄型和型腔的壓力差就無法繼續(xù)維持。在澆注鑄件時，較高的溫度是比較好的，因為金屬液開始凝固時，從全屬液凝固時吸入的氣體可能會擴大針孔缺陷，記住，V法工藝中鑄件表面的冷卻速度要比濕型的快。注：澆注五噸重（3500×1100×370mm）的T形槽大板（工作臺），按放了20個到30個出氣冒口，6個直徑50mm的內(nèi)澆口，澆注時間2min內(nèi)澆完，用0.06MPa的負壓度穩(wěn)壓，澆注溫度1300℃，成功澆注出沒有缺陷的毛坯。

V法鑄型中的抽氣量變化：圖3顯示了澆注過程中抽氣量的變化。

澆注前0.1NM³的抽氣量被用來保持鑄型的形狀，但當開始澆注時突然增加到超過6NM³，之后開始逐漸變小，因此需要抽出大量的氣體來保持足夠的壓力，這是相當重要的。當金屬液完全取代薄膜，型腔再度變得比較密封時，抽氣量減少。
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3.9真空密封造型鑄件尺寸精度的保證措施

用V法工藝操作生產(chǎn)鑄件從技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，有利于提高鑄件的市場競爭力。用此工藝鑄造出來的鑄件表面質(zhì)量高，內(nèi)在質(zhì)量也好，尺寸精度能達到或超過一級鑄件精度標準，生產(chǎn)出高精度的鑄件是鑄造人員一直為之奮斗的目標，另外鑄件的精度與模具有直接關(guān)系。在砂型上，有三個主要因素對尺寸精度產(chǎn)生影響，首先砂型必須是模具的完整體現(xiàn)，要求與模具的尺寸相符。第二，在澆注的時候砂型必須能成功的抵抗?jié)B透和金屬的靜壓力的影響，通常稱為型壁移動。第三，鑄件表面要光滑而不能粗糙。

為了保證砂型的尺寸精度，砂型必須易于從模具分離而不需要額外震動和敲擊。根據(jù)現(xiàn)在市場的需求，我們必須提高鑄件的內(nèi)、外質(zhì)量，降底生產(chǎn)成本才能生存，才有發(fā)展。

4 結(jié)束語

根據(jù)市場需求，為了提高鑄件質(zhì)量和降低成本，把部分適合用V法生產(chǎn)的鑄件改成V法工藝，可提高鑄件內(nèi)外質(zhì)量，降低鑄件生產(chǎn)成本，減輕勞動力，多創(chuàng)效益，競爭市場。實踐經(jīng)驗得出結(jié)論，用V法工藝完全適用于鑄造生產(chǎn)鑄鐵、鑄鋼大件。請參考所附的照片。

                                                           文/周德鋼 鑄造技師