1 概述
真空密封造型是一种物理造型工艺方法，型砂中不加入粘结剂、水和其它附加物，因而减轻了砂处理的工作量，而且使造型和铸件落砂清理劳动量也大大减轻，旧砂回用率可达95%。这种铸造工艺是利用塑料薄膜密封砂箱，依靠真空泵抽出型内空气，造成铸型内外有压力差，使干砂紧实，以形成所需型腔的一种物理造型方法。因此，真空密封造型又名“负压造型法”，或真空密封造型，统称V法造型铸造工艺。采用V法造型，与传统砂型铸造工艺相比，其设备投资可减少30%左右，造型用木制作模板，用钢板焊接制造砂箱。所以模型和砂箱使用寿命长，生产周期短，材料利用率较高，铸件废品率降低，内外质量提高，从而铸件成本降低。利用真空V法造型，可生产铸铁件、铸钢件和有色合铸件，甚至可以薄壁大型铸件，但要根据铸件的形状来决定。
2 V法造型工艺过程
（1）模型和模板
制造带有抽气室和抽气孔的模型和承接板。将模型固定承接板上，模型的边缘以及关键部位开设透气孔，透气孔与承模板腔直接连通。当空腔内处于负压时，空气通过透气孔被抽出去。
如图1所示
（2）覆膜加热
将一块尺寸与承接板大小差不多的塑料薄膜加热到软化状态，薄膜厚度一般为0.08mm~0.2mm，并具有良好的伸缩性和较高的塑料形变率。
如图2所示
图2 薄膜加热装置
（3）抽真空
薄膜软化后，立即使真空装置开始工作，使软化的薄膜被吸覆在模型上，真空吸力通过透气孔作用于薄膜上，使薄膜与模型紧贴在一起，用真空系统抽出覆膜后承接板及模型中的空气，使薄膜紧贴在承接板和模型上，形成填砂用的承接板（称为覆膜成型），再向模型上喷上快干涂料。
如图3所示
图3 模型抽真空
（4）放置砂箱
真空吸力继续作用于模型承载板上，把带有过滤抽气系统的砂箱放在模型四周，并位于薄膜的上面。砂箱为双层箱壁结构，两层箱壁之间形成真空室，砂箱内壁上钻有透气孔，两层之间设有金属丝网，防止细砂粒和粉尘进入真空室。更大的砂箱可在内部设置真空软管，并将软管连接到真空罐与真空泵相连。
如图4所示
图4 将砂箱放在模型上
（5）向砂箱中加砂
向砂箱内充填无粘结剂和附加物的干石英砂，启动振动台，将砂箱内的型砂振实并刮平砂面，放置浇冒口模样，在砂面上铺上塑料薄膜密封，打开抽气阀门，抽取型砂中的空气，使铸型内外形成压力差。由于压力差的作用，使铸型成型后有较高的硬度，硬度计读数达到80~90，最高可达到90~95。
如图5所示
图5 向砂箱内填砂
（5）砂型顶面覆膜
在砂型的顶部再覆上一层塑料薄膜，该薄膜不需要加热软化，只起密封作用，与消失模铸造用的密封塑料薄膜作用一样。图6为上型通过手工将浇口杯与直浇道相连，下型只需在覆膜前将砂子刮平即可。
图6 砂型覆 膜
（6）砂箱抽真空
对砂箱抽真空，模型承载板的真空度得到释放。在大气压力作用下，砂型中的砂子得到紧实，并保持其原来的形状，然后将砂型与模型分开，即起模。
如图7所示
图7 起模
（7）合箱浇注
在同样的方法生产上型和下型，将上型放到下型的上面合箱，形成的整个型腔都是被塑料薄膜衬里，如图8所示。解除模板内的真空，给型板内注入正压，然后进行起模，此后铸型要继续抽真空，然后下芯、合箱和浇注。
图8 合箱
（7）落砂
浇铸后待金属液逐渐冷却凝固后，逐步减小负压度，当型内压力接近或等于大气压时，型内压差消失，砂型自行溃散，如图9所示。（注：保压时间要根据铸件厚度、大小来决定。）
冷却后，去除真空管，无需震动直接将砂子同铸件一起落下。砂冷却后返回系统循环使用，将铸件取走进入清理工部。
3 V法造型的特点
图9 铸件落砂
与传统砂型铸造工艺相比，V法造型的优点如下。
（1）提高铸件内在质量，铸件表面光洁，轮廓清晰，尺寸准确；
（2）简化设备，节约投资，减少维修费用，省去黏结剂、附加物及混砂设备；
（3）模具及砂箱使用寿命长，起模容易；
（4）金属利用率高，浇注时金属液流动性好，充填能力强，砂型硬度高，冷却较慢有利于补缩，减小冒口尺寸、减小加工余量；
（5）有利于环保，型砂可反复使用，利用率高，不存在废砂对环境造成的污染。由于采用无粘结剂的干砂，省去了其他铸造工艺中型砂的粘结剂、附加物或烘干工序，减小了环境污染，和消失模铸造工艺一样都是在负压下浇注。
V法造型具有一定的适用范围，与其它铸造工艺相比，存在如下不足。
（1）造型操作较复杂，小型铸件生产成本高，产量上不去；
（2）从造型开始到浇注、冷却，始终需要保持负压状态，对机械化生产具有一定难度；
（3）因受塑料薄膜的延伸率和成形性的限制，铸型成型采用V法造型，但内腔需用其它型砂型芯，才能作出复杂的铸件，影响该工艺发展和扩大应用范围；
（4）需要考虑砂子的粉尘去除及冷却问题；
（5）铸件有时上表面容易造成缺陷。
4 生产线布置及设备选型
4.1 真空泵选用2BE
2BEA及机械泵等比SK泵更省电。干式真空泵与湿式真空泵相比，干式真空泵可获得更高的真空度。
4.2 稳压、除尘罐
真空稳压罐是一种密封容器，其主要作用是稳定真空系统的压力，缓冲系统压力波动对造型浇注的影响。真空罐的容积过小，稳压效果差，反之系统从启动到可造型的时间长，动力和材料消耗大。生产占地面积较大。在浇注时应避免砂型塌砂，考虑加大真空罐容积。除尘滤气罐的主要作用是： 防止从砂箱内抽吸出的细砂或粉尘进入泵内，以免影响真空泵的正常工作，并防止细砂或粉尘进入泵内磨损零件。滤气罐的过滤原理与水烟袋过滤原理相似，经过水浴的气体经过和水混合，使其中的细砂和粉尘向下沉淀到底部，可以定期清除。同时虑气罐上半部具有一定的容积，能起到辅助稳压的作用，所以尽量增大滤气罐的容积。
5 造型系统
造型系统包括振实台、塑料薄膜烤膜器、砂处理系统、模板和砂箱。
5.1 造型系统
型砂的充填密度对铸件成型有很大的影响，为提高型砂的抗压强度和硬度，必须提高砂子的充填密度，为此需要在填砂时予以振动。此外，振动可以减小干砂的堆积角，有利于干砂的流动充填。当薄膜局部搭桥或皱摺垂直于填砂方向时，会影响砂子向下方的充填，摺合的双层薄膜便会向其未充满的方向展开，使铸型表面成开口状态。干砂紧实度不够时会造成因膨胀使铸件壁厚增大，甚至会增大分型面的披缝。所以填砂时应进行必要的振动，使流动性较大的干砂获得足够的紧实度非常重要。对于形状简单的无横向凸凹部位的铸件，可采用普通振实台。但对铸件比较复杂，有水平孔或横向凹凸变化的铸件，最好采用三维振实台，以满足各种铸件不同振动形式和激振力造型的要求，有效地避免砂子填充不良，提高充填紧实效果。本单位采用了2台振实台，分别造上箱和下箱。
5.2 加热器
在模型上覆膜时，须将EVA薄膜决速加热，加热温度120℃~160℃，使EVA膜出现镜面下垂即可。目前普遍使用石英管加热器，结构简单，操作方便，在国内得到广泛应用。
一般把加热器固定在立柱上，形成自动回转或手动回转结构，位于振实台模型的上方，这样加热操作非常方便。另外，加热其还能用于涂料烘干，具有一机两用功效。
5.3 加砂系统
一般采用雨淋式加砂装置，配有砂库和砂斗等。
5.4 模板
V法造型用的模板，其两侧端部设有与砂箱配合、定位的销套，在模板下面设有抽气室。模板的结构采用木制装配。在V法造型中模型不与砂型接触，之间隔着一层薄膜和涂料，所以模型的磨损和变形都很小，使用寿命长。但在模型结构上要考虑V法的特殊要求。
（1）将模型作成空心结构，使之形成抽气室。较大的模型内部设置加强筋，以保证在抽气负压作用下，模型不致开裂或变形；
（2）模型上尽量避免有尖锐棱角，以免腹膜吸不到位或吸破薄膜；
（3）模型拔膜斜度可适当小一点，因为V法造型时薄膜和模型之间较光滑，摩擦力小，所需的拔模斜度较小；
（4）模型表面需要开设抽气孔，抽气孔一般为直径φ1.5mm~2.5mm，最好用抽气塞，直径φ8mm~20mm；
（5）木型表面不宜涂刷漆类溶液，也不宜涂刷耐温低于60℃~70℃的其它油漆，否则将烘热的塑料薄膜覆上后，会出现黏膜现象，影响起模。
6 砂箱
V法造型的砂箱除四壁要密封外，砂箱内部必须设置抽气过滤装置。V法砂箱按抽气方式可分为侧面抽气、管式抽气、金属软管抽气和复合抽气等形式。
5.1 侧面抽气砂箱
这种形式的砂箱其四壁和消失模砂箱相同，都是用钢板焊的密封夹层，夹层之间形成连通的抽气室。侧壁钻有排气孔，采用厚度为10mm的钢板，在中间加两层150~200目的金属丝网。
5.2 管式抽气砂箱
这种砂箱的端壁是用钢板焊接成的密封夹层，夹层的中空部分形成抽气室，而侧壁可为实体也可作成空腔，尽量利用抽真空的侧板。抽气孔焊在两端的侧壁上，由数根抽气管与抽气室连通，孔的间距为25mm左右，孔径为φ8mm~10mm。在钢管外面包两层150~200目的金属网，以防细砂及粉尘被吸入抽气室。这种砂箱利用每根钢管上的抽气孔排气，可使砂型各处得到较为均匀的真空度。由于焊有数根钢管，砂箱的刚度和强度都较好，适用于面积大于1m2的中大型砂箱。
5.3 金属软管抽气砂箱
国内很多厂家采用这种砂箱，砂箱壁采用10mm的钢板焊接而成，用槽钢进行加固，并焊有箱带，内部用金属软管形成抽气通道。这种砂箱结构简单，采用单层箱壁，可制作尺寸较大的砂箱。为避免塌砂、铸型沉降和变形，设置了较密的钢板和箱带，在与木型侧面与表面之间留有一定间隙。为便于金属软管的安装固定，在相应位置切割出通过式安装固定孔。金属管两端与固定在砂箱上壁的真空接头相连，抽气时通过软管的各活动节之间的缝隙，抽吸细砂粒之间的空气，同时又能阻止细砂及粉尘被吸走。这种软管因间隙较大，易吸收入细砂粒和粉尘，因此真空管路系统必须配植滤砂和水浴装置，以防止粉尘进入真空泵，磨损真空泵机件。
6 用V法工艺生产铸钢件
现在，天瑞集团采用V法工艺生产铸钢件，其产量和设备技术是我国规模最大、最先进的单位之一。铸件年产量达10万t，部分V法造型生产线设备采用德国HWS公司产品。砂处理线设备由青岛双星设计安装，处理能力达到160t/h。公司主要产品是车辆摇枕、侧架、铁路机车用的铸钢件，汽车后桥等。
典型的V法造型生产线如图10所示
图10 我国典型V法造型生产线
还有一些小厂用V法生产高锰钢、中高碳多元合金钢、低碳钢铸件。铸件壁厚有厚有薄，铸造生产都比较很成功。例如：用V法生产铸钢后桥等铸件，冒口设置较多，直径大，科充分发挥通气和铸件补缩作用，较好地维持型腔与大气之间的压差。对铸件形成有利，也可通过冷铁解决内部缩孔和缩松现象。
利用V法造型工艺生产铸钢件的优点如下。
（1）如用V法生产高锰钢和高铬合金钢可不加冒口和少加冒口（或只加出气冒口），即可生产合格铸件；
（2）生产成本比水玻璃和树脂砂低，铸件质量高于水玻璃和树脂砂；
（3）因造型后是空型腔，又有负压抽吸，便于浇注成型；
（4）浇注温度低，可有效避免因消失模需要高温钢液浇注才能较好解决EPS模气化不好所产生的各种残留物；
（5）铸钢件表面质量好，精度高，加工量小，内在质量好，用V法生产铸钢件也可通过冷铁解决内部缩孔和缩松现象。
用V法生产铸钢件有很多优点，相对也存在一些不足。
例如：在生产低碳钢铸件时，因采用EVA膜腹膜封闭铸型，浇注后钢件局部出现微量增碳及不均匀现象。
解决办法：（1）铸钢件浇注落砂后进行热处理，通过热处理可解决铸件表面含碳量不均匀的问题；（2）如果工艺设计不好铸钢件容易出现内部缩孔和缩松现象，尤其在薄厚不均匀的热节位置。
7 V法的发展和远景
V法铸造可用于生产铸铁，也可用于生产铸钢及有色合金铸件。V法铸造在我国发展很快，据不完全统计，全国已有200多家工厂采用此项技术，既有进口设备，也自制设备，可根据本单位情况而定。因为用V法生产的铸件比树脂砂表面好，比粘土砂更好，铸件毛坯精度高，缩短生产周期，总生产成本显著低于粘土砂铸造，深受用户好评。采用V法造型工艺生产的铸件供不应求，取得了良好的经济效益，在市场上具有相当强的竞争优势。V法铸造工艺有许多独特的优点和优势，是值得推广的绿色铸造工艺。
经过多年实践经验证明，V法造型工艺不仅可在大型简单中小批量铸件生产中应用，而且可通过采取一定工艺措施和机械化设备用于中小型复杂大批量铸件生产。与树脂砂和消失模铸造工艺相比，在铸件形状允许的条件下，应优先考虑V法造型工艺。对于内腔复杂的铸件，可采用V法加树脂砂联合铸造工艺、V法加消失膜复合铸造工艺，使V法应用范围进一步扩展。V法工艺不仅可生产大型、形状相对简单的铸件，同时也能生产带有树脂砂芯，形状比较复杂的铸件。还可推广应用于机床铸件、汽车铸件等。
随着对铸件尺寸精度要求的不断提高和环保意识的增长，“V”法造型工艺的应用范围会继续扩大和发展。为提高铸件毛坯质量，应优先考虑 V法造型工艺，充分发挥V法造型工艺的独特优点和优势。
作者根据多年实践经验，总结出一套真空V法生产口诀：
真空V法老工艺，尺寸精确少加工；
工艺简便易掌握，明白道理是关键；
只要认真去操作，内外质量有保证。以上内容由陕西海山机电有限公司(http://www.sxhaishan.com)与你分享，若有谬误，敬请指正。 |
