V法铸造生产中的细节探讨

樊卫涛

摘 要 V法铸造生产过程烦琐又复杂，任何一个小细节掌控的不到位都可能造成铸件的报废，本文对于一些生产过程中的细节以及对生产的影响作以阐述和解答，希望能够对从业者有所启发。

关键词 砂子;面膜;砂箱;真空系统

V法铸造和消失模铸造亦称负压铸造，因取英文Vacuum（真空）一词的字头“V”而得名。它是利用塑料薄膜密封砂箱，并依靠真空泵抽出型内空气，造成铸型内外有压力差，以形成所需型腔的一种物理造型方法。用于铸铁、铸钢、可锻铸铁、铝合金、铜合金、耐热和耐蚀合金等铸件的生产，同时铸造质量从几克到几十吨的铸件均使用，V法工艺有着非常广泛的适用性和应用前景。从事数年V法生产工作，就日常生产过程中的一些经常被我们忽略掉的细节和大家一同分享一下，希望能够促进V法工艺的长远健康发展，同时能够起到抛砖引玉的效果。

1型砂

V法铸造所用的干砂，和一般造型法相差不大，都要求耐火度高，流动性好，充型效果好;依据不同的铸件选用合适的目数。在V法铸造中虽然95%的砂子可以进行回收利用，但是随着型砂的多次重复利用，会导致型砂中粉尘量的日益增多，同时型砂的破碎率也在增多，造成整个型砂目数的增多，同时降低其中SiO2的含量，影响砂子的流动性和振实效果，进而造成耐火度的降低，导致铸件粘砂，分型面开花等缺陷;同时会产生大量的粉尘，对于除尘系统产生较大的压力。因此虽然V法铸造用砂95%可以回收，但是并不代表这个砂子可以一直用下去。型砂最好在重复利用50次以后进行更新，尤其是对于一些浇注温度较高的薄壁件[1]。

2面膜

V法面膜要求具有良好的延伸性，成型性好，易附着涂料同时热应力小，发气量小。一般铸造生产中大多选用乙烯醋酸乙烯共聚体（EVA）作为面膜。最初我们也是这样认为的，可是随着生产的深入，以及对V法工艺的不断摸索和完善，刚开始在进行铸钢件的V法生产过程中发现单纯的选用薄面膜（最初选用0.12mm的薄面膜）造成鑄件上腔与分型面结合处产生开花粘砂缺陷，后来经过摸索选用0.18mm厚的面膜后，铸件分型面结合处开花粘砂缺陷消失。之所以会出现这样的结果主要是因为：传统理论认为面膜只是起到维持整个型腔的真空度，保证铸件的外观质量，在浇筑过程中由涂料来阻隔砂子与钢水的直接接触，所以要求面膜不要太厚以免产生气孔。而我们的铸钢件较大，型腔较深，同时铸件的浇注时间较长大概需要65～70s，导致整个上腔长时间的暴露在钢水的炙烤过程中，造成上腔涂料层与钢水的接触时间滞后（在浇筑过程中有一段时间内压力产生波动就是因为面膜消失，钢水未到造成型腔负压的波动变化）。后来在选用0.18mm的面膜后，延缓了面膜的消失时间，铸造缺陷消失。选择合适的面膜很重要，尤其是对于那些浇注温度较高，浇注时间较长的铸件。

3砂箱

V法砂箱要求内置空腔，加设过滤网、抽气装置。传统布局的V法砂箱抽气孔都是布局于内壁面上，靠近内壁面的型砂真空度较高，而距离砂箱抽气孔距离较远的铸型中心位置的真空度稍小，整个铸型的型砂硬度随着距离抽气孔距离的不同而有所变化，这种危害对于结构复杂的铸件危害较严重，可能造成铸型变形、塌箱等缺陷。我们原来没有这种观念，简单地认为只要是负压砂箱就行，好几种铸件采用的都是同一种砂箱，结果在进行一种细长片件的铸造生产中，发现大量铸件直线度都有问题（1000mm长度上偏差5mm，），后来通过加设负压管，随形布局该缺陷消除。钢水进入型腔的一瞬间，面膜烧蚀，涂料结壳，此时整个型腔的强度十分脆弱，仅靠涂料的结壳，由于负压的吸附作用，导致钢水沿着面膜对砂箱空腔有一个向心力，由于铸件距离砂箱吸附面的不同，导致铸件各部位受力不同，造成铸件变形。因此，砂箱应根据铸件结构的不同，最好选择随型砂箱。

4模具

V法造型铸件的表面光洁度和尺寸精度，取决于模样的制作精度，一般可以选择木材、塑料、金属等制成。在进行铸件模具的制作过程中，除了考虑铸造材料的收缩率外，还应考虑模具起型后尺寸的变化，依据模具尺寸大小的不一样，起模后砂模会有0.5～1mm的增长。对于那些尺寸要求较严的铸件这个增量还是要考虑的。如果选用木模或者塑料模具的时候，应在模型背面和负压底箱之间适当的位置加设支撑板和加强筋，以防止模型可能的变形;同时模具在长期使用后会有磨损和变形，应该进行尺寸校核，以确保铸件质量的稳定性。

5真空系统

V法生产应该选用合适的真空系统，千万不要因为成本考量而造成真空泵、稳压罐与造型系统的不匹配造成负压系统有压无量或者有气无压，这些都会造成型腔的不稳定，引起铸件尺寸变形和塌箱等缺陷。在选择真空系统的时候应该适当地将真空泵选大一点，防止给后续的增产扩容造成不必要的困难。

6覆膜框架设计

面膜软化成型的温度大约在100℃，市面上一般有热空气加热和电辐射加热等结构，在设置加热器高度的时候，应该选择合适的高度，最好在面膜冷却成型之前完成覆膜（一般认为在5s内完成覆膜），高度低了，加热器会烘烤到模具，造成模具开裂变形，高了覆膜下降的时间过长，同时还应考虑喷涂的方便性因此应该选择合适的高度布局。同时覆膜框下降的速度应该保持稳定，下降速度慢了，面膜由于自身重力作用，在负压的作用下面膜由中心向四周吸附，由于速度较慢很容易在负压作用造成面膜撕裂;速度太快，会造成面膜强烈颤动，产生较多的面膜夹边影响外观质量，同时也会撕裂面膜;合适的下降速度应该是在落膜的时候由覆膜框下的空气将面膜托着，覆膜过程面膜由四周向中心吸附。对于北方的V法生产企业在设置加热器的时候，还应该考虑气候的影响，冬季气温较低应该有一定的保暖增温措施，以免因为烘烤涂料时间过长，影响生产进度。

7结束语

V法铸造生产是一个系统工程，对于铸件缺陷的产生，应该作为一个系统来分析、考量，任何一个疏忽都可能会造成铸件的报废，作为执业者应该对于那些细节多研究，勤思考这样才能保证铸造生产的持续稳定。

参考文献

[1] 张涛，王一鸣，刘彦磊，等.铁路铸钢车轮V法铸造工艺的探索试验研究[J].铸造，2019（3）：54-55，62.