V法铸造工艺及其应用.doc

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”V”法铸造工艺及应用
中国海洋大学 王树杰
一、 概述
1．工作原理、 工作过程
真空密封造型, 是一种物理造型法, 在铸造的各类造型法中, 被称为第三代造型法。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, 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”减压造型法”。国外取英文Vacuum( 真空) 一词的字头, 而简称之为V法。
V法的造型工艺过程如下:
1) 制造带有抽气箱和抽气孔模板。
2) 将烘烤呈塑性状态的塑料薄膜覆盖在型板上、 真空泵抽气使薄膜密贴在型板上成型。如图1所示。

图1 塑料薄膜加热与覆膜

3) 将带有过滤抽气管的砂箱放在已覆好塑料薄膜的模板上。
4) 向砂箱内充填没有粘结剂与附加物的干石英砂, 借微震使砂紧实, 刮平, 放上密封薄膜、 打开阀门抽去型砂内空气, 使铸型内外存在压力差(约300～400mmHg)。由于压力差的作用使铸型成型并具有较高的硬度, 湿型硬度计读数可达95左右。如图2所示。
5) 解除模板内的真空, 然后进行拔模。铸型要继续抽真空直到浇注的铸件凝固为止。依上法制下型
6) 下芯、 合箱、 浇注。如图3所示。
7) 待金属凝固后, 停止对铸型抽气, 型内压力接近大气压时, 铸型就自行溃散。

图2 造型

图3 下芯、 合箱
2．V法造型的特点
( 1) 优点
①提高铸件质量。表面光洁、 轮廓清晰、 尺寸准确。铸型硬度高且均匀, 拔模容易。
②简化设备、 节约投资、 减少运行各维修费用。省去有关粘合剂、 附加物及混砂设备。旧砂回用率在95%以上, 设备投资减少30%, 设备动力为湿型的60%, 劳动力减少35%。
③模具及砂箱使用寿命长。
④金属利用率高。V法造型中, 金属流动性好, 充填能力强, 能够铸出3mm的薄壁件。铸型硬度高、 冷却慢, 利用补缩, 减少冒口的尺寸。工艺出品率提高, 减少了加工余量。
⑤有利于环境保护。由于采用无粘结剂的干砂, 省去了其它铸造工艺中型砂的粘结剂、 附加物或烘干工序, 减少了环境污染, 是绿色铸造工艺。
( 2) 缺点
①造型操作较复杂, 小铸件生产率不易提高。
②从始至终需抽真空, 实现机械化有困难。
③因塑料薄膜的延伸性和成型性的限制, 影响该工艺方法扩大应用范围。
④需要考虑砂子的粉尘去除及冷却问题。

二、 V法工艺主要装备及设备
1．真空抽气系统
V法造型用的真空抽气系统, 包括真空泵、 真空罐、 滤气罐、 分配罐以及连接管路等。真空抽气系统示意图如图4所示。

1—汽水分离器 2—真空泵 3—真空罐 4—滤气罐
5—真空管路 6—真空分配罐 7—真空软管
图4 真空抽气系统示意图
真空抽气系统的设计要防止粉尘或细砂侵入真空泵, 因为粉尘或细砂进入真空泵后, 将加速机件的磨损, 缩短机件的寿命, 甚至影响真空泵的使用性能。为此系统中设置水浴滤气罐, 余气经水浴滤气罐进一步净化后进入真空泵, 含尘浓度小于0.5mg/m3, 经过真空泵排入大气。
( 1) 真空泵的选择
真空泵分干式和湿式两种, 干式真空泵可获得真空度高, 但结构复杂易出故障, 维修不便, 特别是抽气量低。湿式真空泵真空度不高, 但抽气量大, 使用可靠、 故障率低。V法造型时, 不需要过高的真空度, 一般在―0.04～―0.06MPa范围内即可, 一般湿式真空泵可满足V法造型时所需的真空度, 特别是其抽气量大适合V法造型的需要, 一般选用水环式真空泵, 选用时应注意抽气量与真空度之间的关系。一般说来, 形成的真空度愈大, 抽气量就愈小。
真空泵的抽气量可根据砂箱尺寸、 同时抽真空的砂箱数、 浇铸时薄膜烧失造成的漏气量以及真空系统除砂箱外的漏气量决定。
( 2) 滤气罐
滤气罐的作用是防止从砂箱内抽吸来的细砂或粉尘进入泵内, 影响泵的正常工作; 并能防止细砂或粉尘进入泵内磨损机件。滤气罐内设置挡尘罩、 滤网、 液位指示和排尘阀, 从砂箱内抽吸来的细纱和粉尘经挡尘罩的阻挡、 水浴和滤网的过滤, 靠自重而下沉, 落到罐体底部, 定期打开排尘阀, 清除沉落下来的细纱和粉尘。为提高过滤效果, 应考虑增加过滤面积降低过滤速度, 尽量增大滤气罐截面积。
( 3) 真空罐
真空罐为一密封容器, 其作用主要用于稳定真空系统压力, 缓冲系统压力波动对造型浇铸工作的影响, 真空罐的容积过小, 稳压效果差; 反之, 系统从启动到可进行造型的时间过长, 动力和材料消耗大, 占地面积也大。一般选择在半分钟内真空度小于0.05MPa, 从避免砂型塌箱现象考虑, 应尽量加大真空罐的容积。
( 4) 滤砂与分配罐
滤砂与分配罐的作用是将从砂箱内抽吸来的细砂和粉尘进行初步过滤, 微粒砂因自重而下降, 落到罐体底部, 定期打开排尘阀, 能够清除沉落下来的细纱和粉尘。在罐体上设置几个进气管, 可根据实际需要, 用软管与砂箱连接。在各进气管和吸气管上都装有截止阀, 能够开闭气路。罐体上装有真空表, 用以观察和控制真空度的大小。
2．造型系统
造型系统包括振实台、 塑料薄膜烘烤器、 模板和砂箱等。
( 1) 振实台
型砂的充填密度对铸件有很大影响, 为了提高型砂的抗压强度和硬度, 必须提高充填密度, 为此需要在填砂时予以振动。另外振动还有利于因自然堆积角影响, 在填砂时不易达到的一些局部位置的充填, 当薄膜局部搭桥或皱褶垂直于填砂方向时, 也会影响砂子在其下方填满, 在减压成型后, 此褶合的双层薄膜便会向其未填实的方向拉开, 使铸型表面形成开口状态。紧实度不够时还会造成铸件因胀砂而增大壁厚的危险, 也会增大分型面的披缝。因此填砂时进行必要的振动, 使流动性原来大的干砂获得足够的紧实度是非常重要的, 而影响紧实度的主要参数是激振力的大小和方向, 在零件横向凸凹部位和垂直于填砂方向的薄膜局部搭桥或皱褶处, 仅靠垂直方向的单向激振力往往不能满足局部充填和紧实度的要求, 最理想是对型砂施加三维振动使其呈无规则的三维流动, 实现最佳的充填和紧实效果, 提高充填和紧实效率。
对于形状简单无横向凹凸部位的铸件, 可采用普通的振实台; 但当铸件比较复杂, 有水平孔或横向凹凸变化时, 最好采用三维振实台, 它能够满足各种铸件不同的振动形式和激振力的造型要求, 有效地避免砂子填充不良和提高充填紧实效率。
( 2) 塑料薄膜烘烤器
为了使塑料薄膜均匀地贴附在模型上, 必须将塑料薄膜加热, 可供采用的加热方法很多, 主要有电加热, 气加热, 水加热等。在日本有采用气加热的, 但由于电热器简单易行, 使用方便, 故在国内得到广泛的采用。采用远红外线辐射板的电热设备, 整个加热器是一个矩形的罩子, 在罩子下边装有若干块远红外线辐射板, 也能够采用远红外辐射石英玻璃管加热, 被加热的薄膜, 置于此辐射板组下边150～300mm处, 由于加热器的四角及周边热量损失较大, 但中心部分热量较集中, 这样烘烤会使薄膜受热不匀, 为了使加热器各处的烘烤温度较均匀, 一般将远红外线辐射板分成几组, 利用调节各组远红外线辐射板所供电压的大小, 来使整个加热器各处发出的热量达到均匀, 塑料薄膜加热到60～80℃。加热所需的时间, 可根据薄膜种类和厚度经过试验确定, 一般达到薄膜出现镜面开始下垂即可。
塑料薄膜烘烤器的结构形式主要有悬挂升降式、 移动式和与生产线配套的薄膜自动输送式。
( 3) 模板
V法造型用模板包括模型和放置模型的底板, 在长度方向沿中心线两侧端部设有与砂箱配合的定位销套, 在模板下面设有抽气室。
模板的结构采用木质装配式。在V法造型中, 模型不与型砂接触( 隔着一层薄膜) 且不需要特别加以震击、 压实或高温加热, 因此模型的磨损和变形很小, 使用寿命长, 一般见经济、 易于施工制作的木模制造。但在木模结构上要相应考虑V法的特殊要求:
①模型做成空心的, 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, 模型不致破裂或变形。
②模型尽量避免尖锐的棱角, 以免覆膜吸不到位或吸破薄膜。
③模型拔模斜度能够很小, 甚至能够不要拔模斜度, 这是因为V法造型时薄膜和模型之间较光滑, 摩擦力很小, 所需的拔模力较小。
④模型表面需要开设抽气孔, 抽气孔一般为Ф1.5～2.5mm, 开设的部位随模型的轮廓形状而异, 但必须特别注意开在模型的凸凹、 折边、 拐角等不易覆好薄膜之处。对于线条曲折、 轮廓复杂的模型, 抽气孔的间距应小些; 对于外形简单、 线条平直的模型抽气孔的间距应留大些。对于无凹陷部位的顶面和立面, 可不必钻抽气孔。
⑤木模表面不宜涂刷干漆片溶液, 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粘模现象, 影响拔模。一般可在木模表面涂刷银粉来保护模型面。
( 4) 砂箱
V法造型的砂箱除四壁要密封外, 砂箱内部必须装设抽气、 过滤装置。
V法砂箱按抽气方式可分为侧面抽气、 管式抽气、 金属软管抽气式三种基本型式和复合抽气式砂箱。
①侧面抽气砂箱。它的四壁是用钢板焊成的密封夹层, 夹层之间形成连通的抽气室。在砂箱端部的外壁上, 焊有一根管接头, 可利用橡胶软管将此管接头与真空系统接通。在砂箱的内侧四壁面有抽气孔, 并在该处装有多孔滤气板, 为了防止细砂吸入真空泵中, 在多孔滤气板之间夹装有两层110目的金属丝网, 但这种滤网经常容易被凝集的油砂芯挥发物及粉尘所堵塞, 砂内气体不易排出, 造成达不到必要的真空度。
侧面抽气砂箱的顶面无横挡, 因此造型时对浇冒系统的设置, 以及浇注后铸件的落砂都较方便。但由于这种砂箱的抽气孔是设在四个内壁面上, 因此在靠近内壁面处的真空度较大, 愈向砂箱中心处, 则因砂粒间阻力的作用, 真空度将愈小, 因此侧面抽气砂箱一般只能用于面积不超过1m2的小型砂箱, 若砂箱过大, 往往会使砂型中心处真空度过小, 以致强度不够而塌型。
②管式抽气砂箱。这种砂箱的端壁是用钢板焊成的密封夹层, 夹层中的中空部分形成抽气室, 而侧壁是实体的, 抽气孔设在焊于两端壁的数根抽气管上, 并于抽气室连通。孔的间距一般为25mm左右, 孔径Ф4～5mm, 也可钻成交错密排大孔的; 在钢管外面包裹两层110目的金属网, 以防止细砂及粉尘被吸入抽气室。
由于这种砂箱利用每根钢管上的抽气孔抽气, 可使砂型各处得到较为均匀的真空度。钢管上的抽气孔径及根数以及间距的分布, 可根据砂箱大小及铸型特征来定, 一般钢管的间距为200～300mm左右。由于焊有数根钢管, 砂箱的刚度及强度都较好, 适用于面积超过1m2的大、 中型砂箱, 但由于箱体内焊有数根抽气管, 给任意设置浇冒口和取出铸件带来不便, 从而影响了砂箱的通用性。另外, 外裹的细目金属丝网, 在使用中也较易损坏或堵塞。
③金属软管抽气砂箱。在采用V法铸造的实践中, 针对上述两种砂箱存在的问题, 国内创造了另一种抽气砂箱——金属软管( 蛇皮管) 抽气砂箱。这种砂箱的结构很简单, 是由单层壁构成的, 可制作尺寸较大的砂箱, 为避免塌箱、 铸型沉降和变形, 设置较密的钢板箱带, 在与模型相邻侧与模型表面留有30～50mm的间隙。为便于金属软管的安装固定, 在相应的位置切割出经过式安装固定孔。金属软管两端与固定在箱壁上的真空接头相连, 当抽气时, 经过软管各活动节间的缝隙来抽吸砂粒间的空气, 同时又能阻止细砂及粉尘被吸入, 软管挂在砂箱内壁和固定在箱带的安装固定孔内, 软管位置距型腔表面的距离应≥50mm, 否则靠型腔表面太近金属凝固潜热易损坏软管。这种软管因间隙较大, 易吸入砂粒和粉尘, 因此, 真空管路系统必须配置滤砂和水浴装置, 以防止砂粒、 粉尘进入真空泵。
砂箱结构采用钢板焊接, 箱筋可用来固定金属软管, 软管一般多选用直径为25mm及32mm的两种, 但由于软管质量问题非常容易造成软管破损。
金属软管抽气式砂箱的结构简单、 制造方便, 抽气管布置灵活, 比较适合于较大型的砂箱, 主要应用于V法地面造型和简易V法造型生产线的砂箱, 对于自动化V法造型生产线砂箱制作要求很高, 且多为复合抽气式砂箱, 最常见的是侧面抽气+管式抽气复合式砂箱, 砂箱四壁是用钢板焊成的密封夹层, 夹层之间形成连通的抽气室, 砂箱内侧设置敷设金属滤网的抽气板, 砂箱顶面设置包覆金属滤网的抽气管, 若砂箱尺寸较大需要设置箱带, 那么抽气管与箱带相间布置。
3．砂处理系统
V法造型用型砂在重复使用过程中, 要突出解决以下问题:
( 1) 控制粉尘及杂物。随着使用次数的增多, 旧砂中的微粉量不断增加, 如不及时清除, 会影响铸型硬度或使铸件表面产生脉纹状夹砂缺陷; 旧砂中夹杂的细碎薄膜残料愈积愈多, 如不及时清除, 会使砂的填充性变坏, 即使振动也不能使干砂充分紧实。
( 2) 控制温度。回用砂的砂温应低于50℃, 否则会使薄膜变软, 难以保持铸型形状。
( 3) 改进工作环境。在造型加砂过程中, 由于干砂的扬尘易造成粉尘的飞扬, 造成工作环境的粉尘污染, 危害工人身体健康, 应经过型砂的除尘和实现自动加砂加以解决。
因此, V法造型砂处理系统主要是功能是型砂的除尘、 储存和冷却, 并实现自动给砂。其关键是型砂的冷却, 一般采用沸腾冷却床对型砂进行冷却降温, 自动给砂可采用雨淋式加砂、 栅格式加砂、 振动给料机和皮带给料机加砂。
三、 V 法造型在国外的发展与应用
V法造型工艺是由日本长野县工业实验所和秋田株式会社20世纪60年代末70年代初创造并研制成功的一种特种铸造方法, 70年代初V 法造型工艺传入欧洲, 美国、 俄罗斯、 德国、 法国等国家, 自V法造型工艺投入使用以来世界上有十几个国家和地区的约300条生产线在使用, 生产设备逐步向大型化和超大型化方向发展, 铸件材质有铸钢、 铸铁和有色金属, 铸件壁厚一般从3～340 mm。应用该工艺最多的是日本。
1977年, 新东工业株式会社与前田铁工所联合开发的砂箱尺寸为2300mm×1500mm×320／320mm的转台4工位铁锅片V法生产线的生产率为10箱／h; 当前在日约有200余条生产装置在使用。日本新东公司已向世界各国先后出售近200台套V法造型生产线设备, 砂箱尺寸可达7000mm×4000mm×1100／800mm, 生产率达15～17箱／h。
前苏联从1975年开始研制V法造型装置, 最初制造几套BH～I>-I000型V法造型装置并成功应用于生产, 在此基础上又开发了BH～I>-1600型、 型、 ／1600型和1200／100-4型单工位、 穿梭式和4工位的V法造型装置, 生产率4～15箱／h, 在维克萨破碎设备厂、 奥尔斯克建筑机械厂、 安集延机械制造厂和重型机电制造厂等都安装有V法造型生产线。
美国和德国各有几十家工厂采用V法造型生产工艺, 德国PASSAVNT水处理厂也安装有V法造型生产线, 生产阀类铸件等都取得了很好的效果。
由于V法造型工艺的铁液流动性比较好,很适合铸造薄壁件, 加之表面光洁度好, 非常适合铸铁浴盆的生产。1974年8月建成广岛长州浴盆厂的V法生产线, 取代了原来的湿型造型工艺。80年代北京化工设备厂也从新东工业株式会社进口成套的高自动化的浴盆铸造生产线。
1977年新东工业株式会社与前田铁工所开发大型铸铁锅炉片的V法生产线。砂箱内尺寸为2300mm×1500mm×320/320mm, 采用四工位转台式造型机, 生产率为10型/h。生产线建成后一直在运转, 迄今已20余年, 工作状态良好。铸件的形状虽然简单, 可是带有砂芯, 工艺上比较复杂, 是V法生产复杂件的一个典型。
叉车等设备需要大量的平衡配重块, 用V法铸造配重块表面光洁, 节省清砂和喷漆的时间, 而且重量偏差很小, 虽然它厚达350mm, 重可达1600kg, 但也适合于V法造型, 迄今已有10多条线在运转。合肥叉车厂也用这种方法生产配重块并出口日本。
1978年10月新东工业株式会社开发当时属超大型V法造型设备用来铸造钢琴弦排, 砂箱内尺寸为3000mm×1650mm, 而且各道工序自动完成, 是第一条全自动V法生产线。同年也对前述的浴盆生产线进行改造, 实现了全自动化。
1980年2月,新东工业株式会社开发了小型化低成本的V法VJP通用造型线, 其设备的高度、 操作方式均适用于老车间的改造, 砂箱尺寸固定为1300mm×1300mm×310/310mm, 价格相对较低, 至1991年在日本就交付了17台这种造型设备。
用V法铸造铝合金的工艺美术型的门框、 栏杆也得到了发展。这在V法开发初期就研制过, 1991年已交付11条这种生产线, 最大砂箱尺寸为: 4900mm×2200mm×200/300mm。当然由于铝合金的浇注温度较低, 塑料薄膜燃烧后的残余物与砂子粘在一起, 会影响填充干砂的密度, 影响铸件的质量, 仍是一个待研究解决的问题。
V法也可用于铸钢件。铸钢件的冒口较多, 可充分发挥通气孔的作用, 较好地维持型腔与大气之间的压差, 对铸件成型有利。当前已有用于铁路上拨叉和大型球阀的生产。其砂箱尺寸分别为6700mm×780mm×300/300mm, mm× mm×1100/500mm。山海关桥梁厂也在用V法生产铁路拨叉。
发展大型、 超大型V法造型设备是一种趋势。采用V法造型解决特大型铸件的造型比用其它诸如振动、 压实等方法要容易得多。特大型铸件虽然能够用抛砂机、 树脂砂等办法来造型, 但尺寸精度难与V法相比。新东工业株式会社1985年3月开发了砂箱尺寸为3800mm×1400mm×600/400mm的管件V法造型线; 1990年3月建成新型的浴盆生产线, 砂箱尺寸为2200mm×1300mm×725/355mm, 生产率15型/h, 铸件重量6000kg; 1989年6月开发了砂箱尺寸为7000mm×4000mm×1000/800、 机重达65t的V法造型机, 用来生产铸铝船艇壳体。V法造型不但能够生产大型、 形状相对简单的铸件, 同时也能生产带有砂芯、 形状比较复杂的铸件。日本已在对机床铸件、 汽车铸件的V法造型工艺进行研究。看来随着人们对铸件尺寸精度要求的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。
德国HWS公司是新东集团国际成员, 从1976年至今已生产46条V法造型线, 部分V法造型线情况见表1。
表1 德国HWS公司生产的部分V法造型线
序号
造型线型式
型号
砂箱尺寸( mm)
生产率
生产日期
铸件
种类
铸件材质
购买国家和企业
1
8工位转盘式
VKF 7
×1250×750/200
48型/小时
1981
浴缸
铸铁
Ideal Standard Sanifrance - F-08502 Revin
2

VDT11a
× ×500/900
× ×900/900
2400×2400×500/900
2400×2400×900/900
3 型/小时
1998
破碎机零件
铸钢
Sandvik SRP AB Svedala / Schweden( 瑞典)
3

VDK6
1450×1450×300/750
1450×1450×750/300
5型/小时

破碎机零件
铸钢
Sandvik SRP AB Svedala / Schweden( 瑞典)
4
8工位转盘式
VFK7
×1250×750/200
45型/小时

浴缸
铸铁
Kirovsky ZavodKirov/Russland( 俄罗斯)
5
8工位转盘式
VFK7
×1250×750/200
45型/小时
/

浴缸
铸铁
Zavod Universal Novokuznezk/Russland( 俄罗斯)
6
4工位转盘式
VDK10
3000×1800×500/500
20型/小时

火车摇枕、 侧架
铸钢
Promtractor-Promlit Cheboksary/Russland( 俄罗斯)
7

VTA10
3000×1800×500/500
20型/小时

火车摇枕、 侧架
铸钢
Promtractor-Promlit Cheboksary/Russland( 俄罗斯)
8
4工位转盘式
VTA10
3000×1800×500/500
20型/小时

火车摇枕、 侧架
铸钢
Sumskoy Zentrolit
Sumy / Ukraine( 乌克兰)
9

VTA 12
3000×1800×500/500
3500×2500×500/750/
900/1250
3-5型/班
/

零活
铸钢/球墨铸铁
Sumskoy Zentrolit
Sumy / Ukraine( 乌克兰)
10
上箱和下箱2个模型循环
VDK10
3000×1900×450/550
20型/小时

火车摇枕、 侧架
铸钢
中国天瑞集团

近两年来俄罗斯、 乌克兰和中国3个铸造厂用HWS V法造型线生产铁路货车大型构件成为发展趋势。侧架和横梁每型各分别两件、 联接箱4件, 能够同时生产。每条造型线每年能够生产10～12万吨铸件。铁路系统每年大约35万吨铸件。
四、 V 法造型在国内的发展与应用
据不完全统计, 当前中国应用V法造型工艺约3O余家, V法造型工艺显现出独特的优势, V法造型工艺在铸件生产中的应用前景广阔, 在今后较长的时间内, V法应用范围仍有所扩大, 采用V法造型线的企业有所增加。
1985年北京化工设备厂采用进口砂箱尺寸为2200mm×1300mm×600／280mm, 生产率15箱／h的V法造型设备生产浴盆。
80年代中期沈阳铸造厂及沈阳重机厂都分别从日本新东和英国进口生产率为3～12箱／h的V法造型线, 生产耐磨件和烧结炉条铸件。
上海铁锅厂进口日本新东公司V法造型生产线生产浴缸。
安徽蚌埠锅厂采用国产V法造型线生产浴缸, 砂箱尺寸为1300mm×1300mm。
1986年山海关桥梁厂, 从日本新东公司进口砂箱尺寸为7100mm×800mm×310／310mm的V法造型生产线生产铁道道岔, 年产万吨道岔铸件。
1992年安徽安东铸造有限公司进口日本新东公司V法造型线生产叉车平衡重。
1997年广西某铸造公司采用国产砂箱尺寸为1200mm×1000mm×250／250mm的V法造型线生产球磨机耐磨铸件。
厦门某铸造厂采用国产砂箱尺寸1650mm×1500mm×500／500mmmV法工艺生产叉车平衡重。
1999年山西华翔集团公司引进日本新东公司V法造型线生产出口平衡重铸件, 年产量达3万吨。
山东沧州机床制造有限公司 采用V法工艺, 生产出2700mm×1024mm的3种型号的挖掘机配重铸件。
山东鲁星搪瓷厂采用国产V法造型生产线, 砂箱尺寸 mm×1700mm。
北京叉车总厂采用V法造型线生产叉车平衡重; 常州林业机厂、 北京菲美特机械厂、 潞安矿务局王庄煤矿、 山东凯山工程机械厂等等都在采用V法造线生产装置生产各种铸件, 取得了较好的经济和社会效益。
安徽合力股份有限公司合肥铸锻厂拥有三条国际先进水平的V法铸造生产线, 可年产铸件30000吨, 主要生产叉车平衡重, 曾获亚太经济博览会金奖、 97年获第四届国际铸造工业展览会金奖, 产品远销日本、 韩国及欧洲市场
山西北绿树铸造有限公司采用V法技术生产叉车及工程机械配重铸件, 具有尺寸精度高, 表面光洁等特点, 单重可达10吨。
山东泰山前田锅炉有限公司由泰山集团股份有限公司与日本国株式会社前田铁工所共同创立的合资企业—山东泰山前田锅炉有限公司, 是中国第一家生产燃油燃气铸铁锅炉的厂家, 采用V法生产铸铁锅炉铸铁锅片, 铸件的形状虽然简单, 可是带有砂芯, 工艺上比较复杂, 是V法生产复杂件的一个典型。
其V法造型生产线是根据日本前田铁工所V法铸造( 真空铸造) 生产线及工艺设备设计、 制造而成。该生产线包括四工位造型机、 8个下芯合箱工位、 3个浇注工位、 一次缓冷工位、 开箱落砂机、 二次缓冷工位等设备, 全部液压推动。该V法造型生产线工艺先进、 装备精良、 自动化程度高, 可实现手动、 联动等功能, 在国内具有领先水平。生产出的锅片、 铸件具有尺寸精度高, 表面光洁度好等特点。砂箱内尺寸: 2300×1500×320/320mm, 生产率10整形/小时、 可年产各类铸件6000吨。
天瑞集团投资筹建了一个现代化的年产10万吨大型铸钢件专业生产厂, 新上了当前国内先进的V法造型工艺生产线, 主要用于火车摇枕、 侧架等铁路铸钢件的铸造。 , 铁道部给公司下达了一万辆货车用转K2摇枕、 侧架的生产任务。
整条造型线由德国HWS公司总设计。上箱造型及下箱造型主机、 主电控箱、 液压站均由德国HWS公司提供, 双星铸造机械公司负责造型线其它配套设备制作及整线的安装调试工作, 负责160 t／h砂处理的设计、 制作及安装调试工作。
整套设备由下箱造型圈、 上箱造型圈、 下芯线、 浇注线、 冷却线、 落砂线、 推送缓冲装置、 转运车、 砂箱转运装置、 翻箱装置、 清扫装置、 安全护栏、 真空连接装置、 砂处理、 辅助的液压、 电控、 气动等部分组成, 整套设备布置在长180m, 宽48m的双跨车间内。
主要技术参数:
Ø 砂箱尺寸: 侧架 3000mm×1900mm×450／450mm
摇枕 3000mm×1900mm×350／550mm
Ø 生产率: 20整型／h, 2件／型
Ø 石英砂: SiO2含量至少98％
Ø 砂子中间粒度: AFS 100( HWS标准)
Ø 最大砂温: 40℃
Ø 砂循环量: 160 t／h
Ø 空气消耗: 231 Nm3／h
Ø 真空泵水消耗: 87.4 m3／h
Ø 真空泵水加入量: 4.37 m3／h
整条造型线呈开式布置, 上箱下箱分别在上箱造型圈、 下箱造型圈内造型, 下砂箱由转运车及两套电动葫芦输送装置从落砂工部转运过来( 经过一个翻箱过程) , 下箱的薄膜加热、 覆膜、 设置浇注系统、 喷涂料、 烘干、 加砂、 震实、 覆背膜、 抽真空等工作完毕后, 由下箱翻转输送装置将下箱与型板分离, 型板由两台型板转运小车及转运辊道返回循环使用, 下箱则由转运装置翻转后输送到下芯线; 上箱造型与下箱造型过程类似, 上砂箱由两套电动葫芦转运装置从落砂工部转运过来, 造型完毕由上箱输送装置输送到下芯线合箱, 上箱输送装置具备抓紧、 提升、 翻转、 输送多种功能, 能够在将上箱抓起时翻转90°, 由人工完成浇道系统的设置。
下箱在下芯线被放置在托板上, 托板是由转运车从落砂工部转运过来的, 她们一同依靠一套液压推送缓冲装置驱动作步进式运动, 前进一次的行程为2.6m, 在各工位上由人工安置型芯, 然后进行合箱工作, 合箱后的砂箱由转运车转运至浇注线; 浇注线为两条, 各24个工位, 其动力均为液压推送缓冲装置。
上箱造型、 下箱造型、 下芯线、 浇注线砂箱均携带有抽真空装置, 在各辊道线下设置矩形钢管制作的固定真空梁、 移动真空梁各一条, 移动真空梁下装有滚轮可在轨道上移动; 砂箱静止时由固定真空梁经过型板或托板对砂箱抽真空, 砂箱移动时, 先是移动真空梁靠油缸拉力缩回, 连接固定真空梁的真空阀汽缸动作, 自动与托板的真空连接装置脱开, 移动真空梁真空阀汽缸动作, 自动与托板另一侧真空连接装置对接, 保证砂箱真空状态的连续眭。另外, 在型板和托板上, 均设置了单向阀, 保证在脱开真空联接后, 砂箱继续保持真空状态。
因整条线布局较长, 虽然有利于各种辅助作业, 但对砂箱的定位要求相对较高, 包括在辊子带上运行时的定位, 以及上下箱在合箱时要求迅速对中以减少错箱和砂箱销孔、 销套磨损。HWS的设计一是从加工精度上充分保证, 辊子带用两件30mm厚钢板中间加筋板焊接后加工而成, 保证充分的刚性和强度, 各安装部位(包括长度方向)均为精加工表面, 以确保整线安装精度; 二是各辊道线两端、 各转运车上均设置了双向夹紧的定位装置。夹紧机构确保砂箱在靠油缸推力到达位置的进一步定位, 同时防止砂箱产生不必要的前后晃动。
潍坊凯力石油化工机械公司, 自从 开始采用V法造型生产油田抽油机变速箱体、 抽油机曲柄等铸件, 无论从形状的复杂程度到铸件的尺寸和重量, 对于实施真空密封造型工艺具有一定的工艺难度, 经过在覆膜工艺、 制芯工艺、 三维振实台的研制与应用的试验研究和创新, 取得了良好的效果。 又投资新上V法生产线一条, 生产能力达到了8000T/年。已成功生产了各种型号的抽油机变速箱体和抽油机曲柄等铸件, 累计产量达到近2万吨。
在几年来的生产实践中, 经过重复的摸索和试验, 总结出了一套V法造型工艺生产抽油机变速箱体铸件的成功经验, 与原来的粘土砂干型铸造工艺相比, 生产的铸件毛坯尺寸精度高, 表面质量好, 可使铸件清理工作量减少60%以上, 并缩短铸件的生产周期, 铸件总的生产成本显著低于粘土砂干型铸造工艺, 深受用户好评, 产品供不应求, 取得了良好的经济效益和社会效益。
五、 结束语
实践证明, V法造型工艺许多独特的优点和优势是其它铸造工艺所无法比拟的, 是值得推广的绿色铸造工艺。它不但在大型简单中小批量的铸件生产中应用, 而且能够经过采取一定的工艺措施和机械化设备用于中小型复杂大批量铸件的生产中, 与树脂砂和消失模铸造工艺相比在铸件形状允许的情况下, 应优先考虑采用V法造型工艺。对于复杂内腔铸件, 可采用V法+树脂砂、 V法+消失模的复合铸造工艺, 使其应用范围进一步拓展, 不但能够生产大型、 形状相对简单的铸件, 同时也能生产带有砂芯、 形状比较复杂的铸件。可推广应用于机床铸件、 汽车铸件的生产中。随着对铸件尺寸精度要求的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。