张海勋1 张建满2
(1.天瑞集团铸造有限公司 河南汝州 467500;2.华中科技大学 湖北武汉 )
摘要：对于中小型铸造企业，结合企业特点和V法铸造的特性，在生产线方案和布局设计、工艺设计、工装模具的设计制备、主要原材料选用、熔浇设备的选定等方面进行合理性、适宜性和经济性选择，避免盲目投资，实现V法铸造的经济、高效、环保、安全、可靠的多品种、中小批量生产，推动V法铸造技术的长足发展。
关键词：中小型企业 V法铸造技术 注意事项
1. 前言
V法和消失模铸造同为我国同时期引进的第三代物理成形铸造技术，消失模铸造技术的推广和发展迅速，发展势头良好，铸件质量和工艺工装技术水平都有较大的提高，企业经济规模不断扩大和提升。近年来，因环保、能耗和劳动力的限制使得大量的国外铸件生产转入中国。同时，国内铸件需求亦不断增加。客户在不断提高铸件内部质量要求的同时，也不断提高对铸件表面质量的要求。然而，中国铸造行业的一片繁荣也带来了环境污染加重、能源消耗增加和重体力劳动力资源短缺等一系列问题。为此，我国加大对铸造行业的限制，抬高铸造企业准入门槛，促使国内铸造技术和铸造企业更新换代。
V法铸造和消失模铸造一起被誉为 “21世纪铸造新技术”和“绿色铸造技术”， 既符合国家“绿色制造”产业政策又符合企业效益需求和客户的产品质量需求。消失模铸造技术在铸铁领域广泛应用和推广，铸铁类铸件质量得以大幅提高，使得客户对铸钢件质量的期冀不断增强，促使铸钢企业在V法铸造和消失模铸造技术方面投入越来越多的探索和实践，尤其是中小型铸钢企业。缘于国家对铸造企业更高的准入要求，新增铸造企业和原有铸造企业的扩建均面临国家产业政策的限制，环境污染和能源消耗方面的评审尤其严格。企业铸造技术的创新一来提高了铸造技术水平，同时也易于获得高新技术企业性的国家扶持。这样一来，V法铸造和消失模铸造作为“绿色铸造技术”的优势就更加突出，成为新增铸造企业和铸造企业扩建的首选。V法铸造和消失模铸造在适用方面存在差异，铸钢企业更多选择V法铸造技术，近年来， V法铸造成套设备、工装模具制作水平、关键原辅材料(EVA薄膜、涂料等)的保证能力不断提升，越来越多的铸造企业投入V法铸造生产实践，V法铸造工艺技术获得了长足发展。
个人从事V法铸造生产铸钢产品实践十余年，在V法铸造生产线方案选择和布局设计、工艺和工装设计、原辅材料选用、铸件质量控制等方面，积累了一些经验和教训，并就注意事项进行了总结，希望能对中小型V法铸钢企业提供帮助，实实在在地推动V法铸造技术向前发展，并得以广泛应用。
2. 铸钢件V法铸造生产线方案和布局的选择及确定
企业根据考察、分析并确定立项后，应组织工艺技术和设备及生产部门进行生产线方案的初步构想，并结合产品类型、结构和生产纲领确定设计方案的要求。一条V法生产线投入不菲，不可轻率，在自己经营不足的情况下，必须组织实践经验丰富的技术人员进行咨询、讨论，结合企业的投资能力、产品市场周期和汇报率、生产纲领、环保要求和能力、生产工艺流程等方面确定生产线的组成方案、布局、自动化程度及投资规模。必须根据企业确定的工艺、方案、目标和要求进行V法生产线的设计、采购和制作，鞋子合适不合适，只有脚知道，不可做“削足适履”的蠢事，也不可盲目投资。近年来，不少企业看到了V法铸造技术的优势，纷纷上马，设备制造企业也如雨后春笋般涌现。出现了不少“削足适履”和“削履适足”的情况，也有上马就下马的情况，不是设备不适宜，就是质量不合格，崭新的生产线无法正常运行。
2.1 生产线自动化化程度的选择
目前，V法生产线存在自动化程度高低并存，且半自动化居多的情况。对于自动化程度的高低，应根据企业的实际情况和产品生产的实际需要，不可盲目追求高自动化。国内的V法生产线设计水平和制作能力已经获得长足的提高，但是，真正具备较高设计能力的不多，仿制的较多，尤其在整条生产线的自动控制和真空自动切换方面仍然没有完全掌握核心技术，在一些关键节点处通过变通处理维持整条线的运行，事实情况就是这样。
目前，国内设备厂商在高自动化的V法生产线的设计和制作上还存在实实在在的不足，在一些系统上还不能很好地解决一些难题，给铸造企业造成一些无奈。
同时，高自动化系统庞大繁杂，各系统衔接要求严格，设计难度大，制作成本高，投资规模自然庞大，适合大型铸造企业，中小型铸钢企业会望而却步;另外，生产效率的高低取决于产品的结构和生产工艺及在线模具数量，不便简单地计算、比对，而一旦运行不顺畅，生产效率就显得并不是很高。
高自动化的V法生产线对于操作和维修、保养的要求较高，高素质操作人员和设备维保人员的要求对于中小型铸钢企业来说，无疑要大大提高其人力资源成本，甚至无法满足生产线对这些人员的要求，并且容易出现一个环节发生故障全生产线停止，甚至砂型垮塌。高自动化的V法生产线的运转成本也是不菲，中小型铸钢企业的单位制造成本上涨，产品的市场竞争力何存?
所以，对于V法铸造生产线的自动化程度的选择必须慎重，满足企业投资能力、生产规模和成本控制要求即可。
2.2 生产线功能子系统布局的选择
为了达到结构紧凑、占地面积小的生产线，有不少V法铸造生产线的布局集中在一个生产车间或者连通的几跨厂房内，结果是生产线的各个子系统相互影响，造成整个V法生产线污染特别严重，工人劳动环境极差，车间里充斥着大量的粉尘和噪声污染，即使投入大量的环保措施，也无法达到政府环保要求和对员工身体健康的有效保护。一些企业上马V法铸造生产线的目的，除了达到V法铸造技术“绿色铸造”和提高铸件表面质量的目的外，提升企业门面的目的也在其中。
根据生产实际需要，V法铸造生产线布局设计时，根据V法铸造生产线的工艺和生产布局要求，将真空系统(即真空泵组)单独安放在一封闭车间，包括水循环及水冷却系统，就是采取隔离措施。真空泵组车间采取专业的降噪措施，降低噪声污染。
同时，将开箱、落砂系统也采取隔离措施，单独安放在一个专用空间，除尘、降温措施在小范围内布设，减少粉尘污染和高温影响，以及为此而进行的资金投入。
砂处理系统靠近真空泵组水循环及水冷却系统布局，与其共用水循环及水冷却系统，避免重复投资或减少设备投入。
将V法铸造生产线的造型、制芯、落芯合箱、浇注、冷却布局在一起，其它功能子系统采取隔离措施，车间的粉尘、噪声及高温影响大大减弱。如果再适当地采用降尘和通风措施，效果更好，无论是正常生产状态，还是相关单位参观考察，甚至环保检查、评审，都能收到较佳效果。
2.3 造型系统方案和布局的选择
V法铸造生产线是由多个功能子系统组成的一个封闭循环，一般情况下而言的V法铸造生产线主要是指造型部分。V法铸造生产线的形式多种多样，主要的形式有固定式简易V法造型机组、转台式V法造型系统(两工位转台造型系统、四工位转台造型系统、双转台式四工位造型系统、六工位转台式V法造型系统、双转台八工位造型系统)、梭动小车式V法造型系统(一造型工位穿梭式V法造型机、两个造型工位梭动式V法造型机)、带振动台车移动式V法造型系统、一字形组合式V法铸造机组(见图2-1)。
目前，固定式简易V法造型机组已经被淘汰，带振动台车移动式V法造型系统成为目前我国V法铸造的主流设备，大中小型V法铸造企业均适用。而一字形组合式V法铸造机组则适用于大型V法铸造企业，这种V法铸造生产线的投资规模庞大，设备庞大繁杂，自动化程度和技术含量较高，占地面积较大，投入的模具数量较多，对于一般中小型V法铸造企业而言，不太适合，对于那些大型V法铸造企业来说，甚至还有“妆扮门面”的效能，一个国家这样的大型V法铸造生产线也仅有那么三两条，实际的运行成本也较高，适用于大批量常态化单一产品的生产，天瑞集团铸造有限公司引进德国HWS(豪斯)公司(即瓦格纳新东公司)的V法造型线就是该类型，它用于中国铁路、北美铁路和独联体国家铁路用摇枕、侧架的大批量生产。为提高其生产效率，该生产线运行模具达到10套(即上下模各10件)。通过对形状复杂、高质量要求的V法铸钢件摇枕、侧架的工艺技术的长时间不断探索，使得天瑞铸造的这条一字形组合式V法铸造生产线成功运行，这也是德国HWS(豪斯)公司制作的用于V法摇枕、侧架铸钢件生产的生产线中最成功的一条。据调查，德国HWS(豪斯)公司给俄罗斯制作的转台式摇枕、侧架生产线，因其废品率高居30%(初期达到50%)而踌躇不前，德国HWS(豪斯)公司2011年给俄罗斯季赫温车辆厂制作的摇枕、侧架生产线也因废品率太高而停止运行，乌克兰提供给白俄罗斯的摇枕、侧架V法铸造生产线也因与企业原有设备的不配套而不能正常运行，我国铸造设备厂家与德国HWS公司配套的哈萨克斯坦东方公司的摇枕、侧架V法铸造生产线至今还在调试。
对于我国的中小型V法铸造企业，还是采用带振动台车移动式V法造型线比较适合，尤其是该类造型线的两种优化和改进结构，实用高效。在此，将天瑞铸造设计、制作的四工位带振动台车移动式V法造型线和带振动台车移动式封闭V法造型线进行详细介绍。
四工位带振动台车移动式V法造型线：
一般的带振动台车移动式V法造型线，其平面布置如图2-2所示，移动车自带振动台，上下箱分开造型，而造型过程分解为三个工位。Ⅰ工位完成面薄膜加热、覆膜成型以及喷涂涂料，Ⅱ工位完成加砂和振实，Ⅲ工位完成覆背薄膜、砂箱抽真空和顶杆起模。带振动台车移动式V法造型系统特别适合生产中大型铸件如平衡重等铸件，设备投资不大，目前成为我国V法铸造的主流设备。
1上箱振动小车； 2下箱振动小车； 3覆膜装置；4吸膜台；5上箱雨淋加砂装置；6下箱雨淋加砂装置；
7砂斗；8上箱起模装置；9上箱翻箱机；10合型转运车；11下箱翻箱机， 12下箱起模装置；13举升台A；
14铸型输送辊道；15空箱返回辊道；16举升台B；17落砂栅格
一般的带振动台车移动式V法造型线，从其平面布置图上可以看出该布局比较紧凑。但是，该布局不符合铸件的生产和工艺流程要求，特别是内腔坭芯较多的铸件，给制芯及制芯的转运和落芯操作带来诸多不便，坭芯破损严重，影响铸件内腔质量。另外，由于造型过程只有三个工位，生产效率偏低，且不适合多品种轮番混合生产的需要。根据生产工艺流程、提高单位时间生产效率及满足多品种生产的要求，天瑞铸造设计、制作了如图2-3所示的四工位带振动台车移动式V法造型线，移动车自带振动台，上下箱分开造型，而造型过程分解为四个工位。Ⅰ工位完成面膜加热、覆膜成型，Ⅱ工位完成浇冒口粘接、喷涂涂料和涂料烘干，Ⅲ工位完成加砂和振实，Ⅳ工位完成覆背薄膜、砂箱抽真空和顶箱起模。该形式生产线可以同时有两套模具在进行造型生产，将浇冒口粘接、喷涂涂料和涂料烘干工作转移至另外一个岗位，带振动移动台车只负责覆膜、加砂和振实，完成覆背膜和顶箱起模，大大提高造型效率。上下箱造型之间腾出制芯和落芯空间，使得造型、落芯、合箱工作顺序进行，避免坭芯远距离搬运，保证生产线顺畅、高效和提高铸件质量的要求。目前，天瑞铸造的该类V法造型生产线日产铸钢摇枕、侧架60吨。
带振动台车移动式封闭V法造型线：
带振动台车移动式封闭V法造型线是对八工位转台式V法造型系统和带振动台车移动式V法造型系统的综合、完善，一般的八工位转台式V法造型系统如图2-4所示，系统组成和操作分为：Ⅰ工位，薄膜加热、覆膜;Ⅱ工位，人工操作粘接浇冒口、检查、修膜;Ⅲ工位：喷(刷)涂料;Ⅳ工位：涂料烘干;Ⅴ工位：放空砂箱;Ⅵ工位：加砂震实;Ⅶ工位：刮砂盖膜;Ⅷ工位：顶箱起模、铸型移出。
1-模样存放;2-覆膜机构;3-薄膜卷筒支托架;4-覆膜后粘接浇冒口及人工检查;5-八工位转台;
6-喷(刷)涂料;7-涂料烘干;8-放置空箱;9-贮砂斗及振实台;10-背膜卷筒支托架;11-背膜机构;
12-顶箱起模、铸型移出
带振动台车移动式封闭V法造型线呈封闭的框式布局，取消了转盘，各工位的转动改为移动，通过滚动输送完成，转向工作与移动式相同，采用转向推动小车完成。该类生产线为上下模同线，可根据生产效率和场地条件进行一套及一套以上模具同线生产，节约生产场地，提高生产效率，解决转台式生产线生产中大型铸件设备庞大的问题，且设备投资小。
2.4 造型系统其它注意事项
对于V法造型线系统的设计、制作，在以下几个方面还需要注意。
覆膜机构距离模具型板的高度问题。V法造型时尽量缩短覆膜时间，以便于在薄膜降温很少的情况下完成覆膜、成型。如果覆膜机构距离模具型板高度较高，覆膜结构下行覆膜时间较长，薄膜降温较大，覆膜成型困难，造成太多覆膜成型不良的情况，甚至薄膜破裂，影响铸件质量。另外，冷模进行覆膜时模具本体温度较低，覆膜成型困难，需要对模具进行烘烤、升温，可以利用覆膜机构烘烤器对模具进行烘烤、升温。如果覆膜机构距离模具型板高度较高，则无法进行对模具烘烤、升温，或者操作困难，或升温效果极差，制作专用的设施对模具进行烘烤、升温。
铸型脱模机构。现在的V法造型系统中的铸型脱模结构多采用翻转机构直接进行铸型起模和翻转操作，由于翻转机构与砂箱的精准定位难以实现，致使翻转机构在起模时由于定位偏差造成铸型偏移变形，涂层破裂和疏松，甚至薄膜破裂，定位芯头间隙增大。落芯、合箱后出现芯头处刺破薄膜漏气、掉砂，坭芯定位不准导致铸件壁厚严重不均等等。为此，对于铸型脱模，建议采用增设顶箱起模机构，在顶箱起模机构完成顶箱起模后，采用翻转机构移出和翻箱操作，或采用起重设备移箱、翻转机进行翻箱操作，避免因翻转机构与砂箱定位不准造成的铸型偏移变形、涂层破裂和疏松、薄膜破裂等缺陷。
3. 铸钢件V法铸造工艺的设计
对于V法铸造工艺的设计，不是只完成单个铸件的工艺设计，应该是先完成单个铸件的浇冒口系统、坭芯设计、透气设计、冷铁等的设计，然后，根据工厂现有V法装备的实际和生产效率等进行模具的工艺布置设计，合理布置，重新进行浇注系统的优化设计。之后进行模型体和型板上的抽气塞设计(大小、位置、间距等设计)，抽气塞的设计必须自行进行，不能交由模具设计和制作单位进行，抽气塞设计是否合理对后续生产中的覆膜效果影响很大，同时影响生产中抽气塞破损、堵塞后的更换。上述工作完成之后开始进行砂箱的设计工作，抽气布局要合理，尤其是浇口和冒口附近，由于薄膜气化和涂层受热严重，真空泄漏较多，应在该部位增大真空抽气量，保证该部位的负压满足实际需要。在进行砂箱设计时，不能只考虑真空度是否满足，砂箱的负压室容积必须保证足够的抽气量，否则，即便是真空度足够，抽气量不足同样造成铸型紧实率不足、砂型硬度不够，浇注过程中甚至会由此产生砂型垮塌。
3.1 多品种、中小批量生产工艺的设计
对于中小型铸造企业，多为小批量多品种生产。为此，该类型铸造企业的V法铸造生产线应符合小批量多品种生产的需要，同时满足某一产品中批生产的需要。有些中小企业的V法铸造生产线采用上下模共线、多套模具顺序移动的设计，致使企业模具投入较大，因多套模具顺序移动单箱造型周期过长，生产效率低下。
在V法铸造生产线符合小批量多品种生产的要求外，相应的工艺设计也应符合这一要求。工艺设计人员应在生产线最大铸型轮廓的前提下进行工艺设计。可以按照多件共型进行工艺布局设计;可以根据产品外型、结构和规格大小进行分类，采用共用底板框和小底板组合的形式进行多品种共型的工艺设计。通过多件共型达到提高生产效率之目的，通过共用底板框和小底板组合的形式实现多品种同时生产或轮番生产的目的，从而实现多品种中小批量生产的需求和效益。
3.2 浇注系统(包括冒口)的设计
对于浇注系统的设计，不少文献和资料均有详尽解说，在此不再赘述，仅就注意事项简要说明。
浇注系统尽量采用半开半闭方案，这种扼流型浇注系统可以有效避免高紊流状态发生，可以降低金属液在充型腔过程中的流动速度和对型壁、坭芯的冲击，减少铸造缺陷。
尽量采用陶瓷材料成型浇注系统，避免钢水长时间冲刷浇道而造成由于夹砂、夹涂料产生的铸造缺陷。
尽可能采用中间浇注方式，这样可以减少因底注造成对上型壁长时间烘烤造成塌型、上型凹陷、薄膜和涂料产生的气孔等，亦可减弱顶注产生对下型壁和坭芯的冲击、紊流和裹气等缺陷。
合理布置冒口，尤其是明冒口布置，一般应布置在浇口附近和远离浇口的铸件末端，便于透气和排气，易于铸件成型和减少气孔。
3.3 砂芯的设计
砂芯的设计主要是排气问题，在砂芯的分芯面上开挖排气和集气通道，在这些通道上扎制砂芯内部排气孔，再将这些排气和集气通道进行汇集，通过汇集点向铸型外排出，使得砂芯内气体有效排出型外，避免气孔和铸件内壁氧化等缺陷。具体操作见图3-1、3-2。
3.4 浇注速度、真空保持时间的设计
由于V法铸造的真空特点，浇注过程中，外型和坭芯均处于真空状态，其浇注充型的能力远大于其它铸造工艺。鉴于V法铸造冷却缓慢和真空特性，浇注温度不宜偏高，目的是为了避免或减弱收缩类缺陷。
在通气和排气系统适当的情况下，在浇注末期透气孔不出现“呛火”状态下可以提高浇注速度，满足产品质量前提下，可以在平常浇注速度的基础上提高20%～30%;浇注终了的点浇等与其它工艺相同。
4. 铸钢件V法铸造用工装模具的设计及制作
4.1 多品种、中小批量生产用抽气箱和模底板的设计
目前，仍有部分企业的V法铸造用抽气箱和模底板分体设计的状况。随着V法铸造技术被越来越多的铸造企业采用和V法铸造技术不断推进，现在的抽气箱和模底板多采用一体化整体制作，采用定位销、导向销和特制箱夹机构确保加砂振实过程中砂箱、抽气箱和模底板定位精准、整体振动，实现制作工艺简化、操作简单，避免铸型紧实率偏低、涂层破裂等现象。
4.2 多品种、中小批量生产用模具的设计
由于中小型铸造企业多为多品种、小批量生产模式，对于这类企业的V法铸造用工装模具，应按照其生产特性进行设计和制备。按照多件共型进行工艺布局设计;根据产品外型、结构和规格大小分类，采用共用底板框和小底板组合的形式进行多品种共型的工艺设计。在实现多品种中小批量生产的同时，达到高效生产。
在V法铸造技术引进后相当一段时间内，V法铸造的模具多为木模结构。对于单件小批生产而言，还能够满足铸件尺寸精度对于模具的要求。但是，由于V法振实的需要，木模的强度、刚度及其与型板的联接固定均不能充分满足生产和铸件尺寸精度的要求，特别是木模经过一段时间生产使用后，模型体与型板间的金属联接因连接件的木质和金属性能存在巨大差异，模型体与型板间定位间隙增大，二者发生较大错移，致使铸件发生错型等缺陷，无法满足铸件尺寸精度要求;同时，由于木模承受机械振动的能力限制，木模容易破损、失效，对于那些大型的由多层叠加组合的木模尤为明显;由于木质模具易于吸收空气中的水分，尤其是处在南方的铸造企业，在不断的生产或存放工厂中，木模容易产生整体翘曲等变形，造成木模失效、报废。
在V法铸造生产实际中，不断进行V法铸造模具材质选用和制作工艺的探索。钢骨架的环氧树脂塑料模优于木模，但环氧树脂的毒性危害、恒温固化及容易粘膜等不足，不能很好适用于V法铸造模具的制作和生产;球铁由于强度和耐磨性适中而被广泛应用于模具制作，球铁模具吸热较慢放热也较慢，V法铸造覆膜时EVA薄膜温度和球铁模的温差大，致使EVA薄膜温度下降幅度较大，覆膜困难，只有在开工生产之前对球铁模具进行预热处理方可满足覆膜要求。在常用金属中，铝的比热容相对较大，达到0.88KJ/Kg .℃，而钢、铁的比热容只有铝的一半多点，为0.46KJ/Kg .℃。根据比热容大吸热快散热也快的特性，用金属铝(或合金铝)制作模具，模具烘烤预热速度快、储热量大，覆膜时铝模和EVA薄膜的温差小，不粘膜，对EVA薄膜成型影响较球铁模小。所以，铝模较球铁模更适于制作V法铸造模具。天瑞铸造自2004年开始使用铸铝模具至今，使用状态一直稳定，所有的V法铸造模具均采用铸铝材质。
木模由于组织疏松，即便同样采用加工中心进行模具制作，其表面粗糙度仍然大于铝模和其它金属模具，即便最后采用抛光处理后表面光亮，根据误差复映规律，其平整程度还是不及铝模。铝模情况如图4-1、4-2所示。
4.3 多品种、中小批量生产用砂箱的设计
适用于中小型V法铸造企业生产的模具采用了适合多品种、中小批量生产的模具，那么，与之配套的砂箱也应尽可能采用共用设计，减少V法铸造用砂箱的类型，更好地适用于生产线生产的需要。不管是多件共型，还是多品种分组共型，在进行砂箱设计时，应按照工艺设计实际进行多件共型和多品种分组共型的砂箱设计，实现“一箱多用”，减少砂箱制作的投入和便于组织生产线生产。
5. 铸钢件V法铸造用主要原辅材料的选择
V法铸造的三个关键元素即真空、V法铸造用EVA塑料薄膜和V法涂料，这三个元素不但是V法铸造的充要条件，同时，选择和处理不当会引发一系列的铸造缺陷。所以，对于V法铸造用主要原材料需要根据工艺、质量和合理性等方面进行综合性选择。
5.1 V法铸钢用涂料的选择
V法涂料之于V法工艺生产铸钢件而言，属于关键材料。除了起到耐火、防止粘砂的作用外，浇注过程中在薄膜气化后还起到代替薄膜的密封作用，其物理性能和工艺性能对涂覆、型腔成型、铸件质量影响很大。所以，对V法涂料总体性能的要求可以概述为：除了满足物理性能之密度、条件粘度、固体含量、悬浮性外，还要满足其工艺性能之附着性、涂挂性、流平性、不流淌性和工作性能之耐磨性、发气性、抗裂性、抗粘砂性，高温冲击下稳定性好，能够快速自干，自干后强度高，不分层，不开裂，耐火度高，剥离性好。根据铸件的质量要求和生产实际，对涂料的要求应关注其发气量、抗裂性、烧结性能，减少涂料中有机物的添加，增加涂料的氧化吸气性能。涂料发气量小可以减少表面气孔缺陷，尤其是冷铁和钢水界面的蜂窝状气孔;涂料抗裂性好，可以避免铸型振实过程和翻箱过程中发生涂层开裂，进而产生铸件脉纹和夹砂缺陷;涂料烧结性能好可以有效减少铸件粘砂缺陷;涂料有机物的减少能够减弱增碳幅度;涂料中添加铝粉或氧化铁粉，可增强涂料的烧结性能、减少铸件表面气孔。近年来，不少涂料生产企业研发复合型涂料，这种复合型涂料对于浇注温度较低的金属效果还算可以，对于普通铸造工艺的铸钢件生产也能满足要求。但是，减少和取消锆英粉骨料的添加，降低了涂料的烧结性能，缘于V法铸造的真空吸附作用，钢水极易渗入涂层造成粘砂缺陷。所以，对于复合型V法铸钢涂料，采用时必须谨慎。
5.2 V法铸钢用EVA塑料薄膜的选择
对于V法铸钢件使用的EVA塑料薄膜，就是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的简称。生产工艺分为流延法和吹膜法，二者各有优缺点。流延膜的优点是薄膜厚度薄而均匀、拉伸强度大耐烘烤，薄膜烘烤和覆膜时不易破损，缺点是断裂伸长率的纵横向差异偏大，覆膜后薄膜残余强度大易成型不良。吹塑膜存在薄膜稍厚且不均匀，拉伸强度低于流延膜，薄膜烘烤和覆膜时易出现破损，但吹塑膜断裂伸长率的纵横向差异小，覆膜后薄膜残余强度小易成型。
对于V法铸造用EVA塑料薄膜的选用，主要从如下几个方面进行分析考量、选择。
薄膜类型的选择：对于各个维度方向都比较复杂的工件，尽量选用方向性较小的吹塑膜，而对于形状简单、平整表面较多的中大型工件，流延膜和吹塑膜均可选用。
薄膜厚度的选择。一般情况下，为了便于成型，我们习惯选择稍厚的薄膜。由于EVA薄膜较大的断裂延伸率，并且薄膜的极限拉伸比与厚度成正比，在这种情况下，虽然覆膜良好，不易破损。但是，由于EVA薄膜厚度较大，合理烘烤覆膜时延伸比例较大，即覆膜时薄膜的延伸面积过大，覆膜后在高低差别不大的部位容易形成所谓的“桥”，在平整表面形成薄膜的褶皱和重叠，浇注时这些充裕的薄膜不易气化或气化时间长，铸件表面容易形成气孔和夹砂。厚薄膜在烘烤不良的情况下，可以减少薄膜形成的“桥”和褶皱，但由于烘烤不良，造成薄膜残余应力较大，浇注时薄膜气化不良，造成薄膜裹挟砂子、涂料，待薄膜最后完全气化后，铸件容易产生严重的夹砂和气孔。另外，由于薄膜厚度较大，发气量大，易于增碳，对于铸钢件尤为不利。
为此，对于铸钢件用EVA铸造薄膜厚度的选择，按照型腔表面积、薄膜延伸率和铸件结构的高度差等情况进行综合计算和选定比较科学。首先概算砂箱内腔最大轮廓面积和型板最大表面积初步确定采用EVA薄膜的幅度，然后概算形成整个型腔的总表面积，按照铸造工艺概算模具上相邻结构的最大高度差。由于采用EVA薄膜的幅度已经根据型板的面积给予确定，那么后续的厚度、延伸率和极限拉伸率的计算都是在定面积薄膜的条件下进行的。根据薄膜的延伸率和型腔最大表面积进行厚度选择，根据模具上相邻结构的高度差选定薄膜的极限拉伸比，并据此对初选薄膜厚度进行微调。
在定面积薄膜的条件下，如果选用厚度大的薄膜，烘烤覆膜的极限表面积过大，反而造成覆膜不良，达不到覆膜要求，且薄膜气化效果差、发气量大、易增碳。要想达到覆膜要求，则需降低烘烤温度，这样又会造成覆膜后薄膜参与应力过大，浇注时薄膜容易裹挟涂料和砂子而形成一系列铸造缺陷。
在定面积薄膜的条件下，如果模具上相邻结构的高度差不大，薄膜的极限拉伸比与厚度成正比，选用厚度大的薄膜，反而造成覆膜不良，达不到覆膜要求。另外，对于薄膜的延伸强度和延伸率选择也不是越大越好，这是因为烘烤、覆膜之前薄膜的大小已经确定，合适即可。同时，采用厚膜生产，其成本增加较多。
综上所述，对于V法铸造用EVA塑料薄膜的选用，无论是流延膜还是吹塑膜，应以适用、经济、减少铸件缺陷为原则，不可盲目追求某些性能指标。当然薄膜不能存在气泡、杂质缺陷，更不能为防止粘模而涂覆滑石粉。
5.3 V法铸钢用芯撑的选择
V法铸造与传统铸造一样需要使用芯撑，采用传统的芯撑时，在浇注过程中由于铸型真空度下降，致使芯撑陷入型壁造成壁厚不均。同时，如果采用表面积较大的传统芯撑时，除了由于芯撑不易熔合产生“撑疤”缺陷外，还会在芯撑附近产生气孔缺陷。根据工艺试验和生产实践，采用壁厚小于0.4-0.7mm、熔合性好、冲孔率高、孔径大、能够满足承重要求的新型穿孔芯撑，这种穿孔芯撑采用冲孔板滑块成型，接触面积大，易熔合，易排气，既满足铸件的质量要求，又能起到内冷铁的作用。
5.4 V法铸钢用冒口的选择
采用V法铸造工艺生产铸钢件，与传统铸造一样离不开冒口，冒口在V法铸造的作用甚至大于传统铸造。
明冒口在V法铸造中主要起透气作用，通过明冒口透入空气形成正负压差而使得型腔形成并始终保持。但是，明冒口的补缩作用较差，除非浇注后马上在明冒口上覆盖保温剂，再覆干砂和背膜，才能起到一定的补缩作用。根据明冒口在V法铸造中特殊作用，一般应布置在浇口附近和远离浇口的铸件末端，除了便于透气和排气外，易于铸件成型和减少气孔。
对于铸造热节的有效补缩，还是依靠暗冒口。暗冒口尽量采用保温材料制作的保温冒口，不要采用模具自成型的暗冒口，这种模具自成型的暗冒口无法排气，且极易造成铸件夹砂。在V法铸造中使用保温暗冒口时有别于传统砂型铸造，在传统砂型铸造中使用保温暗冒口时，其顶部的透气孔与上型贯通即可，而V法铸造中为防止冒口中落入干砂，在保证透气的情况下须采取防落砂措施，用粗砂打制透气砂芯，安放与保温暗冒口顶部的透气孔中，并与冒口一起用薄膜裹覆。
由于V法铸造的真空特性，致使发热保温冒口因缺少空气而不能充分燃烧，发热冒口延长冒口补缩时间和补缩能力的特性无法发挥，使得发热保温冒口在V法铸造工艺中应用受限。要想使发热保温冒口在V法铸造中能够正常充分燃烧、发热，发挥其发热、保温特性，就需要设法使得发热保温冒口在浇注全过程始终处于和外界空气连通的状态。对于发热保温冒口，应该控制延时燃烧时间。低温燃烧材料加入过多，缩短延时燃烧时间，发热保温冒口提前燃烧、发热，缩短发热保温冒口的有效保温时间和效能，产生的气体会阻止钢水顺利进入冒口，冒口贮存钢水量不足，冒口补缩效果不良;低温燃烧材料加入过少，延时燃烧时间过长，发热保温冒口不能在适宜的时间燃烧、加热钢水，发热保温冒口的有效保温时间和效能仍然不足，同时，低温燃烧材料不能很好地引燃高温发热材料，冒口的保温效能不能充分实现。根据钢水的充型过程、发热保温冒口中保温材料的保温效能，发热保温冒口的延时燃烧时间控制在15秒左右比较合适。
6. 铸钢件V法铸造配套的熔炼和浇注设备的选择
6.1 V法铸钢熔炼方法及设备的选择
由于国家铸造行业政策的限制，新上马的铸造企业和进行改造的铸造企业均不能采用普通电弧炉进行钢水的熔炼，大部分中小型铸造企业采用小规格的中频感应电炉进行冶炼生产。对于一般质量要求的铸钢件和小批量生产规模而言还能够满足要求，但对于已经按生产线布局的V法铸造生产线而言，小吨位的中频感应电炉就不能满足生产和质量要求。由于这些感应炉熔炼的钢水量较少，无法很好地进行钢水的除渣、脱氧及钢水净化，同时，又限制了钢水盛装及浇注方式，钢水的炉外精炼措施无法实施，纯净钢水浇注很难实现，致使铸件的质量无法满足技术条件的要求，进而使得很多质量要求高的铸件无法生产。一炉钢水或许只能浇注一箱铸件，冶炼和浇注的成本大大上升，整条V法铸造生产线那么多系统在消耗能源，就只浇注一箱铸件，设备和动能的消耗该如何计算呢?
为此，建议中小型铸造企业在上马或改造前，认证进行钢水需求量的计算和生产安排的计算，采购使用3吨以上的中频感应电炉，保证一次熔炼钢水的数量能够适宜进行钢水的炉外净化或精炼处理，也便于采用合理的浇注方式，获得合格铸件。
6.2 V法铸钢浇注设备的选择
在一些中小型铸钢企业，至今还有采用铁水浇注用的普通揺包进行铸钢件的浇注，甚至连茶壶包都不愿使用。由于钢水的粘性大于铁水，夹渣较多，铸件的渣气孔缺陷非常严重;加上揺包的钢水裸露，钢水氧化、吸气情况严重，致使铸钢件的气孔缺陷无法去除;钢水裸露又使得钢水降温速度加快，出钢温度自然被抬高，增大钢水氧化、吸气的能力。
所以，建议中小型铸钢件企业，以生产线的方式组织生产，以稍大些吨位的电炉就行钢水熔炼，采用塞杆底注式浇包就行多箱浇注，这种底注包加装透气砖和吹氩气装置后可以进行钢水的炉外精炼，亦可以对钢水进行喂丝处理，从而达到净化钢水、改善非金属夹杂物和微调成分的作用。底注包上部的钢渣能够很好地对钢水保温和避免钢水裸露氧化。目前，这种塞杆底注式浇包可以做到2吨的规格。
7. 总结及展望
V法铸造技术是一个完整的系统，我们不能把V法铸造技术简化为V法铸造设备或生产线。V法铸造设备或生产线体现了V法铸造技术，但不是全部，关键还是工艺技术。设备(包括工装和模具)是保障手段，工艺技术是核心，材料是基本。用设备实现最后的所谓“交钥匙”工程，基本上全部失败。所以，实现V法铸造技术达到的铸件品质和效益，需要对V法铸造生产技术的全过程、全系统进行认真、全面、详细的研究和设计，细节决定成败，不可轻视。
我国V法铸造技术的运用群体，主要是中小型铸造企业，针对中小型铸造企业采用V法铸造技术生产铸钢件，依据生产和工艺实践进行上述总结。
为不断推动V法铸造技术发展，全体V法铸造技术工作者均应不断地进行总结、改进和完善，逐步推广V法铸造技术的应用范围，全面推动V法铸造技术进步和发展。
作者简介：
张海勋，天瑞集团铸造有限公司。从事矿山、工程机械配件和铁路配件的铸造工艺、机加工工艺和热处理工艺设计，从事上述产品V法铸造工艺达11年，目前主要从事国内铁路铸钢件、北美铁路铸钢件和独联体国家铁路铸钢件生产工艺设计和产品质量认证。
