V法铸造在黑色合金铸件上的拓展与提升

　　V法铸造在黑色合金铸件上的拓展与提升

　　叶升平 张建满

　　华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室

　　全国铸造学会消失模与V法铸造技术委员会

　　摘要：铸造产业结构调整和节能减排国策导引，促进了V法铸造的进一步发展。本文总结了V法铸造在短流程铸铁、大型铸铁箱体、和铸钢件等领域的最新应用情况。针对V法铸造存在的主要问题，提出V法铸造在EVA薄膜性能、型砂标准与涂料的匹配等方面还需研究攻关。

　　关键词：V法铸造，拓展，提升

　　2010年6月，全国铸造学会消失模与V法铸造技术委员会在湖北武汉华中科技大学举办了首届全国V法铸造技术与生产管理研讨培训班。2012年7月，在青岛双星铸造机械有限公司举办了第二届全国V法铸造技术与生产管理研讨培训班。笔者根据这两期培训班和消失模与V法铸造技术委员会及其网站www.xsm-v.com所掌握的资讯，得出结论：近十年来，由于产业结构和节能减排等国策的导引，V法铸造在中国,尤其是黑色合金铸件领域拓展迅速，呈蓬勃发展之态势。

　　1. V法铸造的市场拓展

　　V法铸造的市场拓展具体表现在四个方面。

　　1.1 V法铸造借短流程政策得以拓展

　　短流程具有巨大地成本优势。高炉铁水量大，而V法铸造造型周期较短，而且适合生产较大铸件，V法铸造与短流程结合成为继球铁离心铸管之后最受欢迎的生产模式。目前表现在V法铸造短流程的产品仅仅是配重，高炉铁水成分好一点的企业也做减速壳体、机床床身及其它石油机械配件。迄今为止，我国将高炉短流程与V法铸造嫁接的的企业有20多家：徐州翔盟精密铸造有限公司;山东桓台国力集团;辽宁阜新太克集团;四川雅安天全县金鑫铸业公司;山西太谷县苏晋源铸造公司;福建大田鑫鹭峰实业有限公司;哈尔滨钢飞集团;河北遵化三河铸造厂等。

　　案例：徐州翔盟精密铸造有限公司。图1 为徐州翔盟精密铸造有限公司的V法铸造生产现场及其产品。

　　虽然目前这类刚上铸造的钢铁企业在铸造方面的技术把握能力显得不够，很大一部分企业还不能通过高炉与电炉双联的办法尝试生产质量要求高一点的铸件，但是这类企业为了越过国家对高能耗低产能高炉的淘汰门槛，也为了通过延伸生产链进一步提高产品的利润空间，肯定会陆续加大技术提升方面的改进和投入，V法铸造占领这种厚大笨重并且质量要求较低的铸件市场或许只是时间问题。但是，国内400立方以下的高炉企业数量全靠走这类简单件显然也不可能，哪怕是所有工程机械最好的时候，装机数量也不可能满足的了这么多高炉企业的产能。因此，高炉短流程与V法铸造的结合将陆续拓展到诸如机床床身，汽车配件等相对高档的类型。

　　1.2 V法铸造在大型铸铁箱体类铸件上的拓展

　　我国约有十余家企业采用V法铸造生产石油机械行业抽油机用齿轮减速机箱体。齿轮减速箱体内腔简单，易采用V法铸造工艺生产。但工程车用齿轮箱体内腔复杂，一般都采用树脂砂工艺或者消失模工艺铸造。山东蒙凌工程机械股份有限公司就同时拥有树脂砂工艺和消失模工艺来生产装载机用变速箱体，外观尺寸1025mm*580mm*560mm,重达300Kg。树脂砂工艺铸件成品率最稳定，但成本最高;消失模工艺生产变速箱，成本优于树脂砂，但铸件易产生变形影响成品率。2012年，该公司又大胆尝试用V法铸造生产变速箱体，获得成功。V法铸造成本要优于树脂砂成本，其铸件表面质量也明显优于树脂砂和消失模铸件。图2 为山东蒙凌工程机械股份有限公司生产的工程车箱体。

　　1.3 V法铸造在铸钢件上的拓展

　　V法铸造产品已经由原来铸铁配重等较简单件，发展到现在无论是内部质量还是装配性要求都比较高的桥壳，制动鼓，摇枕，侧架等汽车，工程机械，铁路机车等关键性配件。目前国内的400多家V法企业铸铁件占了80%左右，而在这之中配重占了50%以上。但是以桥壳为代表的铸钢件开始逐步成为V法铸造产品新的方向。国内典型V法铸造铸钢件生产企业及其产品如下表1所示：

　　表1

　　V法铸造铸钢桥壳起源于福建龙岩。目前仅福建采用V法铸造生产铸钢桥壳的企业就多达近20家。桥壳价格的一路走低，让V法铸造的低成本优势更加明显，尽管如此，目前V法铸造做桥壳也仅仅占了桥壳铸造生产量的不到1/3，可以预计，未来几年内，V法铸造工艺生产桥壳工艺将成为一种趋势。2012年上半年国内签订实施的的V法生产线绝大部分是桥壳项目。一些大的桥壳生产企业如河北辉县欧玛汽车部件有限公司，山东云宇机械集团等也正在论证考察V法生产桥壳的现状。桥壳的工艺方案实际上目前已经成熟，只是大部分厂家由于使用简易的生产设备从而使得操作人员对整个生产过程的影响和干预比较明显，从而造成产品质量不稳定。

　　在V法铸钢企业中，河南天瑞集团代表了中国V法铸钢技术的较高水平。自2008年开始开发铁路货车摇枕(图3c)，侧架(图3a)，车钩(图3b)等铸钢件到2010年获得成功以来，取得了较大的经济效益，同时也赢得了俄罗斯，乌克兰，美国等国家的广泛赞誉，成为了中国V法铸造的真正核心技术。

　　V法铸造工艺生产的摇枕，侧架，车钩，制动鼓，刹车盘，陆续问世。而V法工艺在产品外观，内在质量，成本等方面也以绝对优势压倒了先前广泛采用的水玻璃砂工艺。但是，这类铸件的大获成功，却是将几乎所有的技术和核心工艺要点密集在了河南天瑞集团。国内也先后另有几家企业涉足该类产品，但是由于工艺上始终难以突破，至今还没生产出合格铸件。铁路配件结构复杂，材质冶金质量，收缩性等工艺参数控制难度高，无论是铸造质量，还是后续的热处理工艺要求都非常严格，但这也是考验V法铸造工艺适用性的较好例证。当然，V法铸造工艺与传统铸造工艺的相辅相成性在这类产品上体现的最为明显。V法外型，水玻璃砂或树脂砂下芯的组合，成为了V法克服此类铸件深腔和复杂结构的重要方法。虽说铸造过程中芯子结构复杂，下芯难度大，甚至有时候会显得整套工艺方案的核心在于砂芯，但是所有的设计都是围绕V法铸型的特殊性展开的。因此，以V法为主体，传统铸造辅助的工艺解决方案也将是拓展V法铸造实用范围的重要手段。当然这就要求工艺设计人员既掌握V法铸造的特殊性，又熟知传统铸造方法与V法的差异性。铁路配件代表了目前国内V法工艺生产低碳合金钢铸件的最高水平，这也从侧面反映出V法铸造工艺在其他碳钢铸件生产方面，有足够的拓展空间和覆盖面。

　　2. V法铸造技术的提升

　　2.1 V法铸造关键材料EVA薄膜性能还需提升

　　2012年7月，在第二届全国V法铸造技术与生产管理研讨培训班上展出的伊藤机工大连有限公司采用V法铸造生产的耐热合金钢料盘被评为优质铸件奖(见图5a所示)。铸件重40 Kg左右。该公司是专业生产耐热合金钢料盘铸件的V法铸造企业，最大的料盘重达400 Kg。(见图5b所示)

　　伊藤机工大连有限公司生产该类铸件的EVA 薄膜来自于日本帝研化工株式会社。该公司曾选用国内EVA薄膜，发现无论是吹塑膜和流延膜都很难完好的完

　　成复杂的料盘覆膜(如图6)所示。我们将日本EVA膜和国内EVA吹塑膜和EVA流延膜对比，发现三者的主要性能差别在于各向异性热收缩性能。参见图7a,7b。

　　近年来，国内EVA薄膜在延伸性等各项性能方面已经有了很大的提高，但是与日本EVA薄膜相比还是有一定的差距。覆膜成形作为V法铸造的关键和开端，探索和提升国产EVA薄膜的质量并努力向日本EVA薄膜靠近将是V法铸造技术进一步提升的关键所在。

　　2.2 V法铸造用型砂和涂料的匹配技术

　　型砂和涂料的匹配是V法铸造的关键技术之一。型砂偏粗，还是偏细，关键是与涂料配合。消失模铸造的经验告诉我们：型砂偏粗，则涂料应偏细，涂层应增厚;反之，型砂偏细，则涂料应偏粗，涂层应减薄。

　　日本V法铸造手册曾提倡用100目以上的干砂，其原因是认为细砂铸型稳定性好，同时有利于铸件表面质量，但这是V法铸造初期针对铸铁件生产的大背景提出的。随着V法铸造涉及的铸造材质越来越广，尤其是铸钢件比例的日益攀升，对涂料应用的重视程度逐步增大，并重点通过涂料层来保证铸件应有的表面质量。

　　目前，V法铸造生产过程中，尤其是铸钢件生产，涂料层厚度往往都在0.8mm左右。如图8所示。

　　涂料层的存在，很大程度上削减了金属液与砂子之间的正面作用。基于V法铸造和消失模铸造拥有相似的铸造设备，尤其是砂处理设备大同小异，因此，不少研究单位和企业提出V法铸造和消失模铸造砂处理共线设计的理念(见图9所示)。若V法铸造采用较粗型砂，而消失模采用较细型砂，则砂处理线是可以同时适应消失模和V法铸造的。显然，在上述的讨论中，这样的设想是行得通的。这种设计理念，对于广大多品种铸件生产企业尤其是耐磨铸件生产企业而言，有着非常重要的意义。

　　1-除尘器2,7-雨淋加砂装置3-砂箱4-模具5-移动振实台6-砂箱8-振实台9,12-除铁器10,13-斗式提升机11-气力发送器 14-过渡砂斗15-振动给料机16-热砂冷却系统 17-落砂斗18-冷却输送机

　　2010年，郑州玉升铸造有限公司率先在同样的造型生产线，同样的砂处理线上，采用宝珠砂同时运用消失模铸造和V法铸造两种工艺手段生产耐磨铸件(如图10所示)。生产情况如表2所示;

　　表2

　　随着生产过程中对V法铸造用砂与涂料的认识不断加深，早期国内外文献相关介绍有待伴随生产实践逐步更新。这对指导V法铸造生产过程对铸件材质与铸造材料关系的正确认识，以及V法铸造与其它铸造工艺更好的结合有着重要意义。

　　经过三十多年的发展，V法铸造工艺在铸造行业里面的地位正在逐步发生着变化。低成本，环保，较低的劳动强度等优势，将逐步让V法铸造工艺走入我国更多铸造企业。也希望广大铸造工作者能与我们一道，共同面对V法铸造的现在，把握V法铸造的未来。