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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，可以铸出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，通过真空泵排入大气。
（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，尤其是抽气量低。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，尤其是其抽气量大适合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，可以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，可以开闭气路。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