真空密封造型工艺流程、技术要点、操作技巧

1 真空密封造型工艺概述

真空密封造型铸造又称“V法造型铸造”，或者称“负压造型铸造”、“减压造型铸造”，它与传统的砂型铸造有很大的不同。它是釆用无粘结剂的干砂作造型材料，利用塑料薄膜密封一种特制的砂箱，并依靠真空泵抽出型内空气，造成铸型內外有压力差，使干砂紧实，并具有一定硬度，然后起模制成砂型。下芯、合型后即可浇注而获得铸件的一种特种铸造工艺方法。

真空密封造型铸造与传统的砂型铸造相比，具有以下主要特点：起模容易，不需振动或敲击，在模样起模斜度很小或不留起模斜度条件下也能起出，且所用的型砂颗粒细，砂型硬度可达到90以上（型砂硬度计读数），因此铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低。由于型砂中不加粘结剂、水和咐加物，因而简化了砂处理工作，而且造型和铸件落砂清理的劳动量也大大减少，旧砂回用率可达95%以上，作业环境卫生较好。所用设备比其它造型设备便宜，设备所需动力比其它工艺设备也少，模板和砂箱的使用寿命延长，生产周期缩短，金属利用率高，废品降低，铸件内外质量好，因而铸件成本有所降低，真空密封造型跟树脂砂造型比有竞争优势。

2真空密封造型应用范围

灰铁件：机床床身、机床带T形槽的工作平台、钻床机座、摇幦钻床、曲柄、平衡块、叉车配重、变速箱体、锅炉片、浴盆、磅秤法码、机体、汽车飞轮、刹车鼓、水泵叶轮、泵头铸件、皮带轮、钢琴的弦排等。球铁件：管件、阀门、桥壳、大轮等。

铸钢件：阀门、衬板、摇枕、后桥、箱体、轮毂、轮罩壳、煤机钻座、钢轮绳一一轮等。高锰钢：耐磨衬板等多种铸件、链轮等，还有其它各种铸件。

但是，有些几何形状复杂的铸件需要和树脂砂、覆膜砂、消失模等其它工艺结合起来，用于解决覆膜较难的复杂铸件是可行的。一

3 真空密封造型的技术要点和操作技巧

3.1 怎样理解真空密封造型所用薄膜和要求？

型腔薄膜是真空密封造型的主要材料之一，也是一种塑料薄膜。但并非所有塑料薄膜都可用作真空密封造型的型腔薄膜，铸造采用热塑性薄膜具有以下特殊要求：应具有良好的延展性，型腔薄膜的厚度一般为0.05-1mm，在具有深凹结构的模样上覆膜成型时，其最终厚度减薄到0.006mm左右，而型腔薄膜应能滿足这种变化要求：薄膜表面不应有伤痕、杂物和气泡等，以免加热成型时薄膜表面破裂；型腔薄膜成型后热塑应力小，弹性消失，塑料薄膜不应缩回厡状；薄膜不应与模样、模板粘合便于脱模；薄膜受热分解产生的气体少，无毒无味灰分少。可用于真空密封造型的型空薄膜，按其化学成分不同，一般有：聚乙烯薄膜（简称为PE），聚丙烯薄膜（简称为PP），聚氯乙烯薄膜（简称为PVC），乙烯醋酸乙烯共聚体薄膜（简称为EVA），聚乙烯醇薄膜（简称为PVA）、聚苯乙烯薄膜（简称为PS）等。在诸多的塑料薄膜中，以乙烯醋酸乙烯共聚体薄膜（EVA）的性能最好，具有型腔薄膜所要求的综合性能，参见表1和表2。

表1  EVA塑料薄膜的性能

表2  PE塑料薄膜的性能

注：PE为农用聚乙烯薄膜

3.2 薄膜覆模成型前应注意什么？

薄膜覆模成型是真空密封造型旳的技术关键之一。

薄膜覆模成型，就是将塑料薄膜匀整地、无皱褶地密贴在模型表面上。因此，覆模成型旳的好坏，直接影响到铸件的质量。薄膜覆模成型前，不应忽视将塑料薄膜按要求放在加热器下予以烘软，然后再匀整地覆盖在模型表面上。

薄膜覆模成型前需将塑料薄膜加热烘软，其的原因一方面是为了增加薄膜的可塑性，因为塑料薄膜在冷态时塑性较差，不可能得到毫无皱褶的覆模效果，而薄膜覆模后的皱褶，反映到铸件上，就会在其表面出现条痕，降低铸件尺寸精度和增加铸件表面粗糙度；另一方面是为了消除薄膜的弹性，如果把冷态的薄膜覆盖在模型面上，在浇注金属液时，一遇高温作用，薄膜的某一局部即可能烧失开口，其本身的弹性作用会使开口处撕开拉大，从而使松散的砂子暴露出来，发生铸件夹砂或轮廓不清等缺陷。因此，一般在将塑料薄膜覆于模型成型前，都事先把塑料薄膜加热烘软。

3.3 对薄膜覆模成型时的真空度要求怎样控制?

塑料薄膜加热烘软的软化成型温度为100℃左右，加热源有：热空气、煤气、电辐射等。其中远红外线加热器釆用最多，这种加热器的加热效率高，效果好，便于成型；加热过度，薄膜损坏。薄膜覆模成型时，需借助真空泵抽真空使塑料薄膜覆贴在模型整个表面，而较好地成型。

需要指出的是，薄膜覆模成型时的真空度不宜过高，因为过高的真空度反而会使薄膜吸进模型的通气孔内，使该处薄膜起皱，还会发生破裂。

通常，薄膜覆模成型时所需要的真空度为26.66-66.65kPa（200-500mmHg），个别也有高达73.32-79.98kPa（550-600mmHg）的，应视模型几何形状和复杂程度而定。当模型几何形状复杂时，所需要的真空度应该取大些，反之则可小些。

3.4 为什么要求涂料成分中尽可能少含或不含水分?

真空密封造型覆模成型后，在薄膜表面上要求涂刷涂料，特别是对厚大铸铁件和铸钢件尤为重要。施加涂料可提高铸型的密封性，并能防止铸件的表面粘砂。

理想的真空密封造型的涂料除了应具备通常的涂料性能外，还必须具有对塑料薄膜有足够的附着力、不流淌、不开裂和干燥速度快等特性，因此在涂料成分中应尽可能少含或不含水分，因为涂料中的水分往往易被带入砂型中，是造成铸件内产生气孔的主要因素。

3.5 真空密封造型的砂子粒度应怎样选用和使用?

用于真空密封造型的干砂主要有：石英砂、锆砂、铬铁矿砂、橄榄石砂等，其砂子粒度对铸件表面粗糙度有直接影响。

在普通砂型铸造时，由于型砂中含有水分、粘结剂和附加物等，使用过细的砂子会降低铸型的透气性，铸件易产生缺陷。

而真空密封造型，由于釆用干砂，不加粘结剂等，发气量少，在浇注过程中又不断抽气，增加铸型排气能力，因此可以选用比普通砂型用砂目数更高的砂子粒度来获得表面光洁的铸件。另外从防止在真空下浇注时金属液夜容易被吸入砂粒间的孔隙形成机械粘砂考虑，也应选用比普通砂型更细的砂子。

通常在生产中选用70/140目或100/200目的不含灰分的干石英砂作为真空密封造型的型砂是合适的。

3.6 对真空密封造型的旧砂回用要求?

真空密封造型的旧砂回用率可高达95％以上，但在旧砂回用中应注意“三不能”：

“一不能”：即末经处理的旧砂不能回用，因为型砂重复便用时，砂子的粉尘量将有所增加，需要及时加以清除，否则会影响铸型硬度，或使铸件表面产生脉纹状夹砂缺陷。当旧砂中夹杂的细碎薄膜残料末清除掉而被收回再用时，时间一长也会使砂子充填性变坏，因此旧砂必需加以处理后再用。

“二不能”：即水含量超过1％的旧砂不能回用，因为砂子含水量过大，会影响砂子流动性从而影响震实效果，铸型易产生明显的紧缩现象，而使铸件壁厚增大，过多的水分也是造成铸件产生气孔的主要原因，因此旧砂回用时要注意砂中水含量，同样，即使是采用新砂也要注意控制砂子的水含量。

“三不能”：温度高于50℃以上的旧砂不能回用，因为旧砂回用时砂温过高，会使薄膜在造型时变软，很难使砂型保持应有的形状，所以旧砂的温度必须冷却到50℃以下才能回用。

3.7 真空密封造型中对浇、冒口的技术要求应采用什么浇注系统？

（1）外浇口（浇口盆）（连接孔）

根据铸件的大小来决定浇口盆的大小，在任何情况下都要求保证浇口盆的充滿状态，直至浇注完毕。

建议在浇注中、大铸件时使用分离式浇口盆，最好使用浇口塞（如图1所示）。
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（2）直浇道：（如图2所示）
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（3）横浇道和内浇道

尽管有很多直浇道/横浇道/内浇道的比率可供使用，但是最好要选用一个能使浇注系统始终充滿的比率。这可以使薄膜破坏和塌型的可能性降到最低。横浇道的容量没必要像内浇道那样非得比直浇道小。因此，较好的直浇道/横浇道/内浇道比率为10:12:8， 10:9:8，10:7:5等。但是，如果铸件有一个大的表面，那么下面的比率更好些；10:12:15， 10:18:15，10:18:13，10:18:12，10:15:15，等等。正如一直以来所以为的那样，在铸造工艺中，计算浇注系统本身并不是获得良好铸件的基本条件，对特定铸件的浇注系统来说需要时间来改进，建议从现有的技术方法开始，直到能灵活运用它。如铸铁：1:1-2:0.8-1.2，铸钢1:1.2-2:1.2-2。

浇注系统应能够引入金属液并保证快速但不猛烈、均匀的流动、不含杂质、浇注系统中的用圆弧过渡以保证金属液能够顺利通过而不被切割或冲砂。

浇注系统的特点：设计一个浇注系统使金属进入型腔是必要的，但是浇道的安放位置应避免金属液直接冲击型壁，否则会侵蚀薄膜。放置内浇道时应能让金属从型腔中心流入或者沿坭芯流过。对于底注式浇注来说，金属液从铸件的最低处进入，且需要长一些的内浇道。为了避免高紊流状态发生，最好加大横浇道和内浇道的尺寸，以降低金属液在型腔中的流动速度。。

（4）冒口

顶冒口、暗冒口和侧冒口都可应用在V法的特定工艺中，根据铸件的几何形状来按放冒口，冒口起通气连接和补缩作用，冒口太小气体的穿行速度就快，铸型就容易被破坏。冒口的总面积应根据铸件形状来定一般应大于内浇口总面积三到五倍，。

3.8 V法造型铸造的浇注温度、浇注速度和浇注中真空流量

V法密封造型在浇注时应和其它工艺一样，高温出炉底温浇注，根据铸件的大小薄厚和复杂几何形状来决定浇注温度。

铸钢浇注温度范围：1540－1580℃。

铸铁浇注温度范围：1250－1400℃。

浇注速度要根据铸件大小形状来定，一般来说，每吨重量不能超过一分钟，铸件越大浇注速度就越要求快浇。

上下砂箱尺寸为2000mm×1700mm×200mm，抽气流量见表3所示。

表3 真空密封造型铸型抽气量（m³/min）

结论：铸造工人通过更快、更熟、更洁净地进行浇注，就认为能解决铸造中出现的所有问题，当然这是一种夸大的说法，但还是保留了相当一部分真实成份的，其中有一部分对V法而言是尤其正确的。

我不知道是否有人怀疑这样一句话，在任何工艺中，浇注更洁净的金属液就能增大获得铸件的机率。当然，对V法这句话也是适用的。

总的来说，较短的浇注时间是应该采纳的；如果浇注过慢，很可能在薄膜部分蒸发掉以后还没有熔融金属来替代薄膜的位置，这就可能会引起铸型移动，出现小问题（例如侵蚀）或大问题（塌型），因为这样铸型和型腔的压力差就无法继续维持。在浇注铸件时，较高的温度是比较好的，因为金属液开始凝固时，从全属液凝固时吸入的气体可能会扩大针孔缺陷，记住，V法工艺中铸件表面的冷却速度要比湿型的快。注：浇注五吨重（3500×1100×370mm）的T形槽大板（工作台），按放了20个到30个出气冒口，6个直径50mm的内浇口，浇注时间2min内浇完，用0.06MPa的负压度稳压，浇注温度1300℃，成功浇注出没有缺陷的毛坯。

V法铸型中的抽气量变化：图3显示了浇注过程中抽气量的变化。

浇注前0.1NM³的抽气量被用来保持铸型的形状，但当开始浇注时突然增加到超过6NM³，之后开始逐渐变小，因此需要抽出大量的气体来保持足够的压力，这是相当重要的。当金属液完全取代薄膜，型腔再度变得比较密封时，抽气量减少。
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3.9真空密封造型铸件尺寸精度的保证措施

用V法工艺操作生产铸件从技术上是可行的，经济上是合理的，有利于提高铸件的市场竞争力。用此工艺铸造出来的铸件表面质量高，内在质量也好，尺寸精度能达到或超过一级铸件精度标准，生产出高精度的铸件是铸造人员一直为之奋斗的目标，另外铸件的精度与模具有直接关系。在砂型上，有三个主要因素对尺寸精度产生影响，首先砂型必须是模具的完整体现，要求与模具的尺寸相符。第二，在浇注的时候砂型必须能成功的抵抗渗透和金属的静压力的影响，通常称为型壁移动。第三，铸件表面要光滑而不能粗糙。

为了保证砂型的尺寸精度，砂型必须易于从模具分离而不需要额外震动和敲击。根据现在市场的需求，我们必须提高铸件的内、外质量，降底生产成本才能生存，才有发展。

4 结束语

根据市场需求，为了提高铸件质量和降低成本，把部分适合用V法生产的铸件改成V法工艺，可提高铸件内外质量，降低铸件生产成本，减轻劳动力，多创效益，竞争市场。实践经验得出结论，用V法工艺完全适用于铸造生产铸铁、铸钢大件。请参考所附的照片。

                                                           文/周德钢 铸造技师