V法鑄造在黑色合金鑄件上的拓展與提升

　　葉升平 張建滿

　　華中科技大學(xué)材料成型及模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

　　全國(guó)鑄造學(xué)會(huì)消失模與V法鑄造技術(shù)委員會(huì)

　　摘要：鑄造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排國(guó)策導(dǎo)引，促進(jìn)了V法鑄造的進(jìn)一步發(fā)展。本文總結(jié)了V法鑄造在短流程鑄鐵、大型鑄鐵箱體、和鑄鋼件等領(lǐng)域的最新應(yīng)用情況。針對(duì)V法鑄造存在的主要問題，提出V法鑄造在EVA薄膜性能、型砂標(biāo)準(zhǔn)與涂料的匹配等方面還需研究攻關(guān)。

　　關(guān)鍵詞：V法鑄造，拓展，提升

　　2010年6月，全國(guó)鑄造學(xué)會(huì)消失模與V法鑄造技術(shù)委員會(huì)在湖北武漢華中科技大學(xué)舉辦了首屆全國(guó)V法鑄造技術(shù)與生產(chǎn)管理研討培訓(xùn)班。2012年7月，在青島雙星鑄造機(jī)械有限公司舉辦了第二屆全國(guó)V法鑄造技術(shù)與生產(chǎn)管理研討培訓(xùn)班。筆者根據(jù)這兩期培訓(xùn)班和消失模與V法鑄造技術(shù)委員會(huì)及其網(wǎng)站www.xsm-v.com所掌握的資訊，得出結(jié)論：近十年來，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和節(jié)能減排等國(guó)策的導(dǎo)引，V法鑄造在中國(guó),尤其是黑色合金鑄件領(lǐng)域拓展迅速，呈蓬勃發(fā)展之態(tài)勢(shì)。

　　1. V法鑄造的市場(chǎng)拓展

　　V法鑄造的市場(chǎng)拓展具體表現(xiàn)在四個(gè)方面。

　　1.1 V法鑄造借短流程政策得以拓展

　　短流程具有巨大地成本優(yōu)勢(shì)。高爐鐵水量大，而V法鑄造造型周期較短，而且適合生產(chǎn)較大鑄件，V法鑄造與短流程結(jié)合成為繼球鐵離心鑄管之后最受歡迎的生產(chǎn)模式。目前表現(xiàn)在V法鑄造短流程的產(chǎn)品僅僅是配重，高爐鐵水成分好一點(diǎn)的企業(yè)也做減速殼體、機(jī)床床身及其它石油機(jī)械配件。迄今為止，我國(guó)將高爐短流程與V法鑄造嫁接的的企業(yè)有20多家：徐州翔盟精密鑄造有限公司;山東桓臺(tái)國(guó)力集團(tuán);遼寧阜新太克集團(tuán);四川雅安天全縣金鑫鑄業(yè)公司;山西太谷縣蘇晉源鑄造公司;福建大田鑫鷺峰實(shí)業(yè)有限公司;哈爾濱鋼飛集團(tuán);河北遵化三河鑄造廠等。

　　案例：徐州翔盟精密鑄造有限公司。圖1 為徐州翔盟精密鑄造有限公司的V法鑄造生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及其產(chǎn)品。

　　雖然目前這類剛上鑄造的鋼鐵企業(yè)在鑄造方面的技術(shù)把握能力顯得不夠，很大一部分企業(yè)還不能通過高爐與電爐雙聯(lián)的辦法嘗試生產(chǎn)質(zhì)量要求高一點(diǎn)的鑄件，但是這類企業(yè)為了越過國(guó)家對(duì)高能耗低產(chǎn)能高爐的淘汰門檻，也為了通過延伸生產(chǎn)鏈進(jìn)一步提高產(chǎn)品的利潤(rùn)空間，肯定會(huì)陸續(xù)加大技術(shù)提升方面的改進(jìn)和投入，V法鑄造占領(lǐng)這種厚大笨重并且質(zhì)量要求較低的鑄件市場(chǎng)或許只是時(shí)間問題。但是，國(guó)內(nèi)400立方以下的高爐企業(yè)數(shù)量全靠走這類簡(jiǎn)單件顯然也不可能，哪怕是所有工程機(jī)械最好的時(shí)候，裝機(jī)數(shù)量也不可能滿足的了這么多高爐企業(yè)的產(chǎn)能。因此，高爐短流程與V法鑄造的結(jié)合將陸續(xù)拓展到諸如機(jī)床床身，汽車配件等相對(duì)高檔的類型。

　　1.2 V法鑄造在大型鑄鐵箱體類鑄件上的拓展

　　我國(guó)約有十余家企業(yè)采用V法鑄造生產(chǎn)石油機(jī)械行業(yè)抽油機(jī)用齒輪減速機(jī)箱體。齒輪減速箱體內(nèi)腔簡(jiǎn)單，易采用V法鑄造工藝生產(chǎn)。但工程車用齒輪箱體內(nèi)腔復(fù)雜，一般都采用樹脂砂工藝或者消失模工藝鑄造。山東蒙凌工程機(jī)械股份有限公司就同時(shí)擁有樹脂砂工藝和消失模工藝來生產(chǎn)裝載機(jī)用變速箱體，外觀尺寸1025mm*580mm*560mm,重達(dá)300Kg。樹脂砂工藝鑄件成品率最穩(wěn)定，但成本最高;消失模工藝生產(chǎn)變速箱，成本優(yōu)于樹脂砂，但鑄件易產(chǎn)生變形影響成品率。2012年，該公司又大膽嘗試用V法鑄造生產(chǎn)變速箱體，獲得成功。V法鑄造成本要優(yōu)于樹脂砂成本，其鑄件表面質(zhì)量也明顯優(yōu)于樹脂砂和消失模鑄件。圖2 為山東蒙凌工程機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的工程車箱體。

　　1.3 V法鑄造在鑄鋼件上的拓展

　　V法鑄造產(chǎn)品已經(jīng)由原來鑄鐵配重等較簡(jiǎn)單件，發(fā)展到現(xiàn)在無論是內(nèi)部質(zhì)量還是裝配性要求都比較高的橋殼，制動(dòng)鼓，搖枕，側(cè)架等汽車，工程機(jī)械，鐵路機(jī)車等關(guān)鍵性配件。目前國(guó)內(nèi)的400多家V法企業(yè)鑄鐵件占了80%左右，而在這之中配重占了50%以上。但是以橋殼為代表的鑄鋼件開始逐步成為V法鑄造產(chǎn)品新的方向。國(guó)內(nèi)典型V法鑄造鑄鋼件生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品如下表1所示：

　　表1

　　V法鑄造鑄鋼橋殼起源于福建龍巖。目前僅福建采用V法鑄造生產(chǎn)鑄鋼橋殼的企業(yè)就多達(dá)近20家。橋殼價(jià)格的一路走低，讓V法鑄造的低成本優(yōu)勢(shì)更加明顯，盡管如此，目前V法鑄造做橋殼也僅僅占了橋殼鑄造生產(chǎn)量的不到1/3，可以預(yù)計(jì)，未來幾年內(nèi)，V法鑄造工藝生產(chǎn)橋殼工藝將成為一種趨勢(shì)。2012年上半年國(guó)內(nèi)簽訂實(shí)施的的V法生產(chǎn)線絕大部分是橋殼項(xiàng)目。一些大的橋殼生產(chǎn)企業(yè)如河北輝縣歐瑪汽車部件有限公司，山東云宇機(jī)械集團(tuán)等也正在論證考察V法生產(chǎn)橋殼的現(xiàn)狀。橋殼的工藝方案實(shí)際上目前已經(jīng)成熟，只是大部分廠家由于使用簡(jiǎn)易的生產(chǎn)設(shè)備從而使得操作人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的影響和干預(yù)比較明顯，從而造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

　　在V法鑄鋼企業(yè)中，河南天瑞集團(tuán)代表了中國(guó)V法鑄鋼技術(shù)的較高水平。自2008年開始開發(fā)鐵路貨車搖枕(圖3c)，側(cè)架(圖3a)，車鉤(圖3b)等鑄鋼件到2010年獲得成功以來，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也贏得了俄羅斯，烏克蘭，美國(guó)等國(guó)家的廣泛贊譽(yù)，成為了中國(guó)V法鑄造的真正核心技術(shù)。

　　V法鑄造工藝生產(chǎn)的搖枕，側(cè)架，車鉤，制動(dòng)鼓，剎車盤，陸續(xù)問世。而V法工藝在產(chǎn)品外觀，內(nèi)在質(zhì)量，成本等方面也以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)壓倒了先前廣泛采用的水玻璃砂工藝。但是，這類鑄件的大獲成功，卻是將幾乎所有的技術(shù)和核心工藝要點(diǎn)密集在了河南天瑞集團(tuán)。國(guó)內(nèi)也先后另有幾家企業(yè)涉足該類產(chǎn)品，但是由于工藝上始終難以突破，至今還沒生產(chǎn)出合格鑄件。鐵路配件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材質(zhì)冶金質(zhì)量，收縮性等工藝參數(shù)控制難度高，無論是鑄造質(zhì)量，還是后續(xù)的熱處理工藝要求都非常嚴(yán)格，但這也是考驗(yàn)V法鑄造工藝適用性的較好例證。當(dāng)然，V法鑄造工藝與傳統(tǒng)鑄造工藝的相輔相成性在這類產(chǎn)品上體現(xiàn)的最為明顯。V法外型，水玻璃砂或樹脂砂下芯的組合，成為了V法克服此類鑄件深腔和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的重要方法。雖說鑄造過程中芯子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，下芯難度大，甚至有時(shí)候會(huì)顯得整套工藝方案的核心在于砂芯，但是所有的設(shè)計(jì)都是圍繞V法鑄型的特殊性展開的。因此，以V法為主體，傳統(tǒng)鑄造輔助的工藝解決方案也將是拓展V法鑄造實(shí)用范圍的重要手段。當(dāng)然這就要求工藝設(shè)計(jì)人員既掌握V法鑄造的特殊性，又熟知傳統(tǒng)鑄造方法與V法的差異性。鐵路配件代表了目前國(guó)內(nèi)V法工藝生產(chǎn)低碳合金鋼鑄件的最高水平，這也從側(cè)面反映出V法鑄造工藝在其他碳鋼鑄件生產(chǎn)方面，有足夠的拓展空間和覆蓋面。

　　2. V法鑄造技術(shù)的提升

　　2.1 V法鑄造關(guān)鍵材料EVA薄膜性能還需提升

　　2012年7月，在第二屆全國(guó)V法鑄造技術(shù)與生產(chǎn)管理研討培訓(xùn)班上展出的伊藤機(jī)工大連有限公司采用V法鑄造生產(chǎn)的耐熱合金鋼料盤被評(píng)為優(yōu)質(zhì)鑄件獎(jiǎng)(見圖5a所示)。鑄件重40 Kg左右。該公司是專業(yè)生產(chǎn)耐熱合金鋼料盤鑄件的V法鑄造企業(yè)，最大的料盤重達(dá)400 Kg。(見圖5b所示)

　　伊藤機(jī)工大連有限公司生產(chǎn)該類鑄件的EVA 薄膜來自于日本帝研化工株式會(huì)社。該公司曾選用國(guó)內(nèi)EVA薄膜，發(fā)現(xiàn)無論是吹塑膜和流延膜都很難完好的完

　　成復(fù)雜的料盤覆膜(如圖6)所示。我們將日本EVA膜和國(guó)內(nèi)EVA吹塑膜和EVA流延膜對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三者的主要性能差別在于各向異性熱收縮性能。參見圖7a,7b。

　　近年來，國(guó)內(nèi)EVA薄膜在延伸性等各項(xiàng)性能方面已經(jīng)有了很大的提高，但是與日本EVA薄膜相比還是有一定的差距。覆膜成形作為V法鑄造的關(guān)鍵和開端，探索和提升國(guó)產(chǎn)EVA薄膜的質(zhì)量并努力向日本EVA薄膜靠近將是V法鑄造技術(shù)進(jìn)一步提升的關(guān)鍵所在。

　　2.2 V法鑄造用型砂和涂料的匹配技術(shù)

　　型砂和涂料的匹配是V法鑄造的關(guān)鍵技術(shù)之一。型砂偏粗，還是偏細(xì)，關(guān)鍵是與涂料配合。消失模鑄造的經(jīng)驗(yàn)告訴我們：型砂偏粗，則涂料應(yīng)偏細(xì)，涂層應(yīng)增厚;反之，型砂偏細(xì)，則涂料應(yīng)偏粗，涂層應(yīng)減薄。

　　日本V法鑄造手冊(cè)曾提倡用100目以上的干砂，其原因是認(rèn)為細(xì)砂鑄型穩(wěn)定性好，同時(shí)有利于鑄件表面質(zhì)量，但這是V法鑄造初期針對(duì)鑄鐵件生產(chǎn)的大背景提出的。隨著V法鑄造涉及的鑄造材質(zhì)越來越廣，尤其是鑄鋼件比例的日益攀升，對(duì)涂料應(yīng)用的重視程度逐步增大，并重點(diǎn)通過涂料層來保證鑄件應(yīng)有的表面質(zhì)量。

　　目前，V法鑄造生產(chǎn)過程中，尤其是鑄鋼件生產(chǎn)，涂料層厚度往往都在0.8mm左右。如圖8所示。

　　涂料層的存在，很大程度上削減了金屬液與砂子之間的正面作用?；赩法鑄造和消失模鑄造擁有相似的鑄造設(shè)備，尤其是砂處理設(shè)備大同小異，因此，不少研究單位和企業(yè)提出V法鑄造和消失模鑄造砂處理共線設(shè)計(jì)的理念(見圖9所示)。若V法鑄造采用較粗型砂，而消失模采用較細(xì)型砂，則砂處理線是可以同時(shí)適應(yīng)消失模和V法鑄造的。顯然，在上述的討論中，這樣的設(shè)想是行得通的。這種設(shè)計(jì)理念，對(duì)于廣大多品種鑄件生產(chǎn)企業(yè)尤其是耐磨鑄件生產(chǎn)企業(yè)而言，有著非常重要的意義。

　　1-除塵器2,7-雨淋加砂裝置3-砂箱4-模具5-移動(dòng)振實(shí)臺(tái)6-砂箱8-振實(shí)臺(tái)9,12-除鐵器10,13-斗式提升機(jī)11-氣力發(fā)送器 14-過渡砂斗15-振動(dòng)給料機(jī)16-熱砂冷卻系統(tǒng) 17-落砂斗18-冷卻輸送機(jī)

　　2010年，鄭州玉升鑄造有限公司率先在同樣的造型生產(chǎn)線，同樣的砂處理線上，采用寶珠砂同時(shí)運(yùn)用消失模鑄造和V法鑄造兩種工藝手段生產(chǎn)耐磨鑄件(如圖10所示)。生產(chǎn)情況如表2所示;

　　表2

　　隨著生產(chǎn)過程中對(duì)V法鑄造用砂與涂料的認(rèn)識(shí)不斷加深，早期國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)相關(guān)介紹有待伴隨生產(chǎn)實(shí)踐逐步更新。這對(duì)指導(dǎo)V法鑄造生產(chǎn)過程對(duì)鑄件材質(zhì)與鑄造材料關(guān)系的正確認(rèn)識(shí)，以及V法鑄造與其它鑄造工藝更好的結(jié)合有著重要意義。

　　經(jīng)過三十多年的發(fā)展，V法鑄造工藝在鑄造行業(yè)里面的地位正在逐步發(fā)生著變化。低成本，環(huán)保，較低的勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，將逐步讓V法鑄造工藝走入我國(guó)更多鑄造企業(yè)。也希望廣大鑄造工作者能與我們一道，共同面對(duì)V法鑄造的現(xiàn)在，把握V法鑄造的未來。