1 概述

真空密封造型是一種物理造型工藝方法，型砂中不加入粘結(jié)劑、水和其它附加物，因而減輕了砂處理的工作量，而且使造型和鑄件落砂清理勞動(dòng)量也大大減輕，舊砂回用率可達(dá)95%。這種鑄造工藝是利用塑料薄膜密封砂箱，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(shí)，以形成所需型腔的一種物理造型方法。因此，真空密封造型又名“負(fù)壓造型法”，或真空密封造型，統(tǒng)稱V法造型鑄造工藝。采用V法造型，與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝相比，其設(shè)備投資可減少30%左右，造型用木制作模板，用鋼板焊接制造砂箱。所以模型和砂箱使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)周期短，材料利用率較高，鑄件廢品率降低，內(nèi)外質(zhì)量提高，從而鑄件成本降低。利用真空V法造型，可生產(chǎn)鑄鐵件、鑄鋼件和有色合鑄件，甚至可以薄壁大型鑄件，但要根據(jù)鑄件的形狀來決定。

2 V法造型工藝過程

（1）模型和模板

制造帶有抽氣室和抽氣孔的模型和承接板。將模型固定承接板上，模型的邊緣以及關(guān)鍵部位開設(shè)透氣孔，透氣孔與承模板腔直接連通。當(dāng)空腔內(nèi)處于負(fù)壓時(shí)，空氣通過透氣孔被抽出去。
如圖1所示
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（2）覆膜加熱

將一塊尺寸與承接板大小差不多的塑料薄膜加熱到軟化狀態(tài)，薄膜厚度一般為0.08mm~0.2mm，并具有良好的伸縮性和較高的塑料形變率。
如圖2所示
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圖2 薄膜加熱裝置

（3）抽真空

薄膜軟化后，立即使真空裝置開始工作，使軟化的薄膜被吸覆在模型上，真空吸力通過透氣孔作用于薄膜上，使薄膜與模型緊貼在一起，用真空系統(tǒng)抽出覆膜后承接板及模型中的空氣，使薄膜緊貼在承接板和模型上，形成填砂用的承接板（稱為覆膜成型），再向模型上噴上快干涂料。
如圖3所示
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圖3 模型抽真空

（4）放置砂箱

真空吸力繼續(xù)作用于模型承載板上，把帶有過濾抽氣系統(tǒng)的砂箱放在模型四周，并位于薄膜的上面。砂箱為雙層箱壁結(jié)構(gòu)，兩層箱壁之間形成真空室，砂箱內(nèi)壁上鉆有透氣孔，兩層之間設(shè)有金屬絲網(wǎng)，防止細(xì)砂粒和粉塵進(jìn)入真空室。更大的砂箱可在內(nèi)部設(shè)置真空軟管，并將軟管連接到真空罐與真空泵相連。
如圖4所示
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圖4  將砂箱放在模型上

（5）向砂箱中加砂

向砂箱內(nèi)充填無粘結(jié)劑和附加物的干石英砂，啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，將砂箱內(nèi)的型砂振實(shí)并刮平砂面，放置澆冒口模樣，在砂面上鋪上塑料薄膜密封，打開抽氣閥門，抽取型砂中的空氣，使鑄型內(nèi)外形成壓力差。由于壓力差的作用，使鑄型成型后有較高的硬度，硬度計(jì)讀數(shù)達(dá)到80~90，最高可達(dá)到90~95。
如圖5所示
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圖5 向砂箱內(nèi)填砂

（5）砂型頂面覆膜

在砂型的頂部再覆上一層塑料薄膜，該薄膜不需要加熱軟化，只起密封作用，與消失模鑄造用的密封塑料薄膜作用一樣。圖6為上型通過手工將澆口杯與直澆道相連，下型只需在覆膜前將砂子刮平即可。
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圖6  砂型覆膜

（6）砂箱抽真空

對(duì)砂箱抽真空，模型承載板的真空度得到釋放。在大氣壓力作用下，砂型中的砂子得到緊實(shí)，并保持其原來的形狀，然后將砂型與模型分開，即起模。
如圖7所示
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圖7  起模

（7）合箱澆注

在同樣的方法生產(chǎn)上型和下型，將上型放到下型的上面合箱，形成的整個(gè)型腔都是被塑料薄膜襯里，如圖8所示。解除模板內(nèi)的真空，給型板內(nèi)注入正壓，然后進(jìn)行起模，此后鑄型要繼續(xù)抽真空，然后下芯、合箱和澆注。
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圖8  合箱

（7）落砂

澆鑄后待金屬液逐漸冷卻凝固后，逐步減小負(fù)壓度，當(dāng)型內(nèi)壓力接近或等于大氣壓時(shí)，型內(nèi)壓差消失，砂型自行潰散，如圖9所示。（注：保壓時(shí)間要根據(jù)鑄件厚度、大小來決定。）

冷卻后，去除真空管，無需震動(dòng)直接將砂子同鑄件一起落下。砂冷卻后返回系統(tǒng)循環(huán)使用，將鑄件取走進(jìn)入清理工部。

3  V法造型的特點(diǎn)
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圖9  鑄件落砂

與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝相比，V法造型的優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量，鑄件表面光潔，輪廓清晰，尺寸準(zhǔn)確；

（2）簡(jiǎn)化設(shè)備，節(jié)約投資，減少維修費(fèi)用，省去黏結(jié)劑、附加物及混砂設(shè)備；

（3）模具及砂箱使用壽命長(zhǎng)，起模容易；

（4）金屬利用率高，澆注時(shí)金屬液流動(dòng)性好，充填能力強(qiáng)，砂型硬度高，冷卻較慢有利于補(bǔ)縮，減小冒口尺寸、減小加工余量；

（5）有利于環(huán)保，型砂可反復(fù)使用，利用率高，不存在廢砂對(duì)環(huán)境造成的污染。由于采用無粘結(jié)劑的干砂，省去了其他鑄造工藝中型砂的粘結(jié)劑、附加物或烘干工序，減小了環(huán)境污染，和消失模鑄造工藝一樣都是在負(fù)壓下澆注。

V法造型具有一定的適用范圍，與其它鑄造工藝相比，存在如下不足。

（1）造型操作較復(fù)雜，小型鑄件生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量上不去；

（2）從造型開始到澆注、冷卻，始終需要保持負(fù)壓狀態(tài)，對(duì)機(jī)械化生產(chǎn)具有一定難度；

（3）因受塑料薄膜的延伸率和成形性的限制，鑄型成型采用V法造型，但內(nèi)腔需用其它型砂型芯，才能作出復(fù)雜的鑄件，影響該工藝發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用范圍；

（4）需要考慮砂子的粉塵去除及冷卻問題；

（5）鑄件有時(shí)上表面容易造成缺陷。

4 生產(chǎn)線布置及設(shè)備選型

4.1 真空泵選用2BE

2BEA及機(jī)械泵等比SK泵更省電。干式真空泵與濕式真空泵相比，干式真空泵可獲得更高的真空度。

4.2 穩(wěn)壓、除塵罐

真空穩(wěn)壓罐是一種密封容器，其主要作用是穩(wěn)定真空系統(tǒng)的壓力，緩沖系統(tǒng)壓力波動(dòng)對(duì)造型澆注的影響。真空罐的容積過小，穩(wěn)壓效果差，反之系統(tǒng)從啟動(dòng)到可造型的時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力和材料消耗大。生產(chǎn)占地面積較大。在澆注時(shí)應(yīng)避免砂型塌砂，考慮加大真空罐容積。除塵濾氣罐的主要作用是： 防止從砂箱內(nèi)抽吸出的細(xì)砂或粉塵進(jìn)入泵內(nèi)，以免影響真空泵的正常工作，并防止細(xì)砂或粉塵進(jìn)入泵內(nèi)磨損零件。濾氣罐的過濾原理與水煙袋過濾原理相似，經(jīng)過水浴的氣體經(jīng)過和水混合，使其中的細(xì)砂和粉塵向下沉淀到底部，可以定期清除。同時(shí)慮氣罐上半部具有一定的容積，能起到輔助穩(wěn)壓的作用，所以盡量增大濾氣罐的容積。

5 造型系統(tǒng)

造型系統(tǒng)包括振實(shí)臺(tái)、塑料薄膜烤膜器、砂處理系統(tǒng)、模板和砂箱。

5.1 造型系統(tǒng)

型砂的充填密度對(duì)鑄件成型有很大的影響，為提高型砂的抗壓強(qiáng)度和硬度，必須提高砂子的充填密度，為此需要在填砂時(shí)予以振動(dòng)。此外，振動(dòng)可以減小干砂的堆積角，有利于干砂的流動(dòng)充填。當(dāng)薄膜局部搭橋或皺摺垂直于填砂方向時(shí)，會(huì)影響砂子向下方的充填，摺合的雙層薄膜便會(huì)向其未充滿的方向展開，使鑄型表面成開口狀態(tài)。干砂緊實(shí)度不夠時(shí)會(huì)造成因膨脹使鑄件壁厚增大，甚至?xí)龃蠓中兔娴呐p。所以填砂時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的振動(dòng)，使流動(dòng)性較大的干砂獲得足夠的緊實(shí)度非常重要。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的無橫向凸凹部位的鑄件，可采用普通振實(shí)臺(tái)。但對(duì)鑄件比較復(fù)雜，有水平孔或橫向凹凸變化的鑄件，最好采用三維振實(shí)臺(tái)，以滿足各種鑄件不同振動(dòng)形式和激振力造型的要求，有效地避免砂子填充不良，提高充填緊實(shí)效果。本單位采用了2臺(tái)振實(shí)臺(tái)，分別造上箱和下箱。

5.2 加熱器

在模型上覆膜時(shí)，須將EVA薄膜決速加熱，加熱溫度120℃~160℃，使EVA膜出現(xiàn)鏡面下垂即可。目前普遍使用石英管加熱器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

一般把加熱器固定在立柱上，形成自動(dòng)回轉(zhuǎn)或手動(dòng)回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，位于振實(shí)臺(tái)模型的上方，這樣加熱操作非常方便。另外，加熱其還能用于涂料烘干，具有一機(jī)兩用功效。

5.3 加砂系統(tǒng)

一般采用雨淋式加砂裝置，配有砂庫(kù)和砂斗等。

5.4 模板

V法造型用的模板，其兩側(cè)端部設(shè)有與砂箱配合、定位的銷套，在模板下面設(shè)有抽氣室。模板的結(jié)構(gòu)采用木制裝配。在V法造型中模型不與砂型接觸，之間隔著一層薄膜和涂料，所以模型的磨損和變形都很小，使用壽命長(zhǎng)。但在模型結(jié)構(gòu)上要考慮V法的特殊要求。

（1）將模型作成空心結(jié)構(gòu)，使之形成抽氣室。較大的模型內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)筋，以保證在抽氣負(fù)壓作用下，模型不致開裂或變形；

（2）模型上盡量避免有尖銳棱角，以免腹膜吸不到位或吸破薄膜；

（3）模型拔膜斜度可適當(dāng)小一點(diǎn)，因?yàn)?/span>V法造型時(shí)薄膜和模型之間較光滑，摩擦力小，所需的拔模斜度較??；

（4）模型表面需要開設(shè)抽氣孔，抽氣孔一般為直徑φ1.5mm~2.5mm，最好用抽氣塞，直徑φ8mm~20mm；

（5）木型表面不宜涂刷漆類溶液，也不宜涂刷耐溫低于60℃~70℃的其它油漆，否則將烘熱的塑料薄膜覆上后，會(huì)出現(xiàn)黏膜現(xiàn)象，影響起模。

6 砂箱

V法造型的砂箱除四壁要密封外，砂箱內(nèi)部必須設(shè)置抽氣過濾裝置。V法砂箱按抽氣方式可分為側(cè)面抽氣、管式抽氣、金屬軟管抽氣和復(fù)合抽氣等形式。

5.1 側(cè)面抽氣砂箱

這種形式的砂箱其四壁和消失模砂箱相同，都是用鋼板焊的密封夾層，夾層之間形成連通的抽氣室。側(cè)壁鉆有排氣孔，采用厚度為10mm的鋼板，在中間加兩層150~200目的金屬絲網(wǎng)。

5.2 管式抽氣砂箱

這種砂箱的端壁是用鋼板焊接成的密封夾層，夾層的中空部分形成抽氣室，而側(cè)壁可為實(shí)體也可作成空腔，盡量利用抽真空的側(cè)板。抽氣孔焊在兩端的側(cè)壁上，由數(shù)根抽氣管與抽氣室連通，孔的間距為25mm左右，孔徑為φ8mm~10mm。在鋼管外面包兩層150~200目的金屬網(wǎng)，以防細(xì)砂及粉塵被吸入抽氣室。這種砂箱利用每根鋼管上的抽氣孔排氣，可使砂型各處得到較為均勻的真空度。由于焊有數(shù)根鋼管，砂箱的剛度和強(qiáng)度都較好，適用于面積大于1m²的中大型砂箱。

5.3 金屬軟管抽氣砂箱

國(guó)內(nèi)很多廠家采用這種砂箱，砂箱壁采用10mm的鋼板焊接而成，用槽鋼進(jìn)行加固，并焊有箱帶，內(nèi)部用金屬軟管形成抽氣通道。這種砂箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用單層箱壁，可制作尺寸較大的砂箱。為避免塌砂、鑄型沉降和變形，設(shè)置了較密的鋼板和箱帶，在與木型側(cè)面與表面之間留有一定間隙。為便于金屬軟管的安裝固定，在相應(yīng)位置切割出通過式安裝固定孔。金屬管兩端與固定在砂箱上壁的真空接頭相連，抽氣時(shí)通過軟管的各活動(dòng)節(jié)之間的縫隙，抽吸細(xì)砂粒之間的空氣，同時(shí)又能阻止細(xì)砂及粉塵被吸走。這種軟管因間隙較大，易吸收入細(xì)砂粒和粉塵，因此真空管路系統(tǒng)必須配植濾砂和水浴裝置，以防止粉塵進(jìn)入真空泵，磨損真空泵機(jī)件。

6 用V法工藝生產(chǎn)鑄鋼件
典型的V法造型生產(chǎn)線如圖10所示

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圖10 我國(guó)典型V法造型生產(chǎn)線

還有一些小廠用V法生產(chǎn)高錳鋼、中高碳多元合金鋼、低碳鋼鑄件。鑄件壁厚有厚有薄，鑄造生產(chǎn)都比較很成功。例如：用V法生產(chǎn)鑄鋼后橋等鑄件，冒口設(shè)置較多，直徑大，科充分發(fā)揮通氣和鑄件補(bǔ)縮作用，較好地維持型腔與大氣之間的壓差。對(duì)鑄件形成有利，也可通過冷鐵解決內(nèi)部縮孔和縮松現(xiàn)象。

利用V法造型工藝生產(chǎn)鑄鋼件的優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）如用V法生產(chǎn)高錳鋼和高鉻合金鋼可不加冒口和少加冒口（或只加出氣冒口），即可生產(chǎn)合格鑄件；

（2）生產(chǎn)成本比水玻璃和樹脂砂低，鑄件質(zhì)量高于水玻璃和樹脂砂；

（3）因造型后是空型腔，又有負(fù)壓抽吸，便于澆注成型；

（4）澆注溫度低，可有效避免因消失模需要高溫鋼液澆注才能較好解決EPS模氣化不好所產(chǎn)生的各種殘留物；

（5）鑄鋼件表面質(zhì)量好，精度高，加工量小，內(nèi)在質(zhì)量好，用V法生產(chǎn)鑄鋼件也可通過冷鐵解決內(nèi)部縮孔和縮松現(xiàn)象。

用V法生產(chǎn)鑄鋼件有很多優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)也存在一些不足。

例如：在生產(chǎn)低碳鋼鑄件時(shí)，因采用EVA膜腹膜封閉鑄型，澆注后鋼件局部出現(xiàn)微量增碳及不均勻現(xiàn)象。

解決辦法：（1）鑄鋼件澆注落砂后進(jìn)行熱處理，通過熱處理可解決鑄件表面含碳量不均勻的問題；（2）如果工藝設(shè)計(jì)不好鑄鋼件容易出現(xiàn)內(nèi)部縮孔和縮松現(xiàn)象，尤其在薄厚不均勻的熱節(jié)位置。

7  V法的發(fā)展和遠(yuǎn)景

V法鑄造可用于生產(chǎn)鑄鐵，也可用于生產(chǎn)鑄鋼及有色合金鑄件。V法鑄造在我國(guó)發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已有200多家工廠采用此項(xiàng)技術(shù)，既有進(jìn)口設(shè)備，也自制設(shè)備，可根據(jù)本單位情況而定。因?yàn)橛?/span>V法生產(chǎn)的鑄件比樹脂砂表面好，比粘土砂更好，鑄件毛坯精度高，縮短生產(chǎn)周期，總生產(chǎn)成本顯著低于粘土砂鑄造，深受用戶好評(píng)。采用V法造型工藝生產(chǎn)的鑄件供不應(yīng)求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，在市場(chǎng)上具有相當(dāng)強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。V法鑄造工藝有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是值得推廣的綠色鑄造工藝。

經(jīng)過多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，V法造型工藝不僅可在大型簡(jiǎn)單中小批量鑄件生產(chǎn)中應(yīng)用，而且可通過采取一定工藝措施和機(jī)械化設(shè)備用于中小型復(fù)雜大批量鑄件生產(chǎn)。與樹脂砂和消失模鑄造工藝相比，在鑄件形狀允許的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮V法造型工藝。對(duì)于內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件，可采用V法加樹脂砂聯(lián)合鑄造工藝、V法加消失膜復(fù)合鑄造工藝，使V法應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。V法工藝不僅可生產(chǎn)大型、形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的鑄件，同時(shí)也能生產(chǎn)帶有樹脂砂芯，形狀比較復(fù)雜的鑄件。還可推廣應(yīng)用于機(jī)床鑄件、汽車鑄件等。

隨著對(duì)鑄件尺寸精度要求的不斷提高和環(huán)保意識(shí)的增長(zhǎng)，“V”法造型工藝的應(yīng)用范圍會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大和發(fā)展。為提高鑄件毛坯質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先考慮 V法造型工藝，充分發(fā)揮V法造型工藝的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

                                                          

                                                        文/周德鋼 鑄造技師