浅谈V法造型及V法造型设备.docx

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浅谈V法造型及V法造型设备

浅谈V法造型及V法造型设备

内容提要：

简要介绍了V法造型的工艺过程及原理，并分别介绍了V法造型使用的主要设备和辅助材料。

主题词：

V法造型；覆膜器；展膜平台；涂料烘干装置、震实台；雨淋加砂器；起模装置、沸腾式冷却床；砂箱；真空系统；喷涂机；涂料搅拌装置

V法造型，是真空密封造型的简称，V是英文Vacuum（真空）的第一个字母。

这种造型工艺是由日本新东公司于20世纪70年代发明并研制成功的一种特种铸造方法。

这种造型工艺的优点是：

提高铸件质量：

表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确。

用较细干砂，铸型硬度高且均匀，拔模容易。

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%。

模具及砂箱使用寿命长。

金属利用率高。

V法造型中，金属活动性较好，充填能力强，可以铸出3mm的薄壁件。

工艺出品率提高，减少了加工余量。

我国对V法造型的研究起步较早，但限于薄膜材料等因素，发展比较缓慢。

在最近几年，由于有了理想的薄膜材料，V法造型有了快速的发展。

主要适用于结构扁平，轮廓凸凹起伏不大的铸件（如叉车配重、钢琴弦架、浴盆等）的中小批量生产，河南天瑞10万吨V法造型线用于铸造车辆的摇枕和侧架，不仅是我国也是世界范围的一次大胆尝试。

V法造型工艺过程及原理。

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：

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-0.04~-0.06MP）。

由于压力差的作用使铸型成型并具有较高的硬度。

如图：

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：

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。

V法造型的基本工艺流程。

V法造型主要设备。

V法造型设备主要有造型设备和砂处理设备两部分组成。

造型设备主要有：

覆膜器、展膜平台、涂料喷涂及烘干装置、移动震实台、雨淋加砂开关、覆背膜装置、起模装置、抽气砂箱、真空系统、气控系统、液压系统、电控系统等组成。

砂处理设备主要有：

振动输送机、磁选机、斗提机、沸腾式冷却床、存储砂库、除尘系统、电控系统等组成。

砂处理设备与其它造型设备，例如树脂砂砂处理设备类似，只是减少了破碎、再生等设备，故除了沸腾式冷却床其他设备不做介绍。

以下只对部分主要设备进行介绍。

1、覆膜器覆膜器是V法铸造的重要设备，其作用是将塑料薄膜加热，以发挥其延伸性能，使其均匀地贴附在模板上，其外观状态是加热至明显的镜面状态，并有一定幅度的下垂。

从加热元件方面讲，大都采用电加热方式，有电阻丝式、电热管式、远红外辐射板式几种方式，电阻丝式虽然成本低、制作简单，但因电阻丝直接暴露在空气中，容易氧化损坏，寿命低、安全性能差，所以应用越来越少。

电热管式是目前主流，目前多使用石英电加热管，它成本低、发热效果较好，但是有易碎的缺点；因加热装置四角及周边热量损失较大，而中心部分热量较集中，所以电热管也需作成两端功率大、中间功率小的方式。

覆膜器在各造型工位间转换有机动和人工方式，覆膜框升降有气动、液压、人工方式，根据各造型工位生产效率高低来配置不同的自动化程度。

一般有取膜、切膜、上箱覆膜、下箱覆膜四个工位。

可自动完成对塑料薄膜的取膜、烤膜、覆膜等。

取模框的大小由使用的最大砂箱尺寸决定，取模框下降的最小尺寸由模底板的高度确定。

2、展膜平台展膜平台主要由薄膜导开架、可抽真空的弹性平台、电热切刀组成。

主要用于在移动覆膜器取膜框的拖动下将成卷的塑料薄膜展开，达到定长后，平放在可抽真空的弹性平台上，打开真空阀阀门，依靠真空负压的吸附作用，将塑料薄膜吸附在展膜平台上，用电热切刀将其切断。

展模平台台面的大小由使用的最大砂箱尺寸决定。

3、涂料烘干装置涂料烘干装置利用热空气强制吹到模型表面，使涂料快速烘干，达到快速造型的目的。

主要由U型电热管、轴流风机、风量分配板、保温层、框架等组成。

4、震实台震实台为无粘结剂或有粘结剂但流动性较好的型砂紧实而设计。

由两台同步反向运转的振动电机产生的直线激振力通过工作台传递给底板、砂箱及型砂，使之作高频低幅震动，型砂在震动加速度作用下产生相对运动，从而得到紧实而均匀的型砂，分为移动式和固定式。

具有以下特点：

1）铸型紧实度高；

2）操作简单；

3）采用橡胶空气弹簧，对基础冲击小且可实现高频低幅振动。

固定震实台工艺流程：

从上一道工序由机动辊道转运过来的砂箱到达加砂震实工位时，靠限位停止，震实台空气弹簧充气，台面上升到一定位置停止，此时震实台面将砂箱举升、离开辊道顶面，然后即开始加砂震实，加砂完毕，震实台空气弹簧排气，台面靠砂箱重量压迫空气弹簧恢复至原位，砂箱此时与机动辊道接触，电机驱动将砂箱转运至下一工序。

移动震实台工艺流程：

移动震实台是模型的载体，将模型在各个工位转运，首先是覆膜工位（在此覆好膜，一般在此喷涂料）；然后是涂料烘干工位（有的生产线无此工位）；接先来是加砂工位，此处震实台在空气弹簧的作用下将砂箱与雨淋加砂器下平面的胶条紧密结合开始加砂震实，加砂完毕后，震实台空气弹簧排气，台面靠砂箱重量压迫空气弹簧恢复至原位；震实台将加好砂的砂箱转运到起模工位。

5、雨淋加砂器雨淋加砂器是V法生产线专用加砂设备。

该设备的工作原理是当砂箱移动至雨淋加砂开关下方，振实台升起，砂箱上表面与雨淋加砂开关下表面相结合，雨淋加砂开关下表面有一层橡胶垫，可以避免与砂箱刚性接触，保证密封，然后气缸杆伸出，开启闸门进行加砂。

雨淋加砂开关加砂均匀，能迅速加满砂箱，并且设有除尘口，能有效除去加砂引起的粉尘，保证环境干净。

6、起模装置现在V法造型线中多使用顶杆起模机或者机械手。

顶杆起模机是以油缸或者气缸为动力设备利用四顶杆将造型后的砂箱及铸型平稳顶起与模样分离,为下道工序的进行作好准备。

主要由顶起油缸（气缸）、底座、顶杆、顶升平台、导向杆组成。

机械手是目前V法自动化造型生产线上的重要单机，共有3个运行工位，主要用于造型最后阶段对铸型进行起模、修型、转运、翻转、合箱等工艺操作。

首先机械手分别对上下箱铸型进行夹持，然后在液压缸的驱动下进行上下升降以达到铸型起模的目的，起模后铸型随机械手的手臂在齿轮齿条缸的带动下进行翻转，完成翻转或修模，之后机械手在减速机的驱动下在导轨上移动，完成最后的合型动作。

7、沸腾式冷却床本机为卧式冷却设备-水冷式沸腾冷却床，有较为理想的冷却效果。

其冷却介质是水和空气，冷却机理是根据“流态化的砂子与冷却介质的热交换率是非流态化热交换率的4-5倍”这一原理来设计的。

适用于铸造车间无黏结剂或有黏结剂流动性能比较好的（如树脂自硬砂、水玻璃自硬砂等）型砂冷却与微粉分离。

由于砂子沸腾时砂子间的相互摩擦而具有一定的软再生功能。

热交换单元内通以冷却循环水，利用高压鼓风机以一定的风压和风量对沸腾箱内的砂子作用，使砂子处于流态化状态，能与热交换器进行充分热交换，另外设置除尘口。

所以具有降温效果明显，微粉分离性能好等优点。

鼓风机鼓入的风量既是型砂前进的动力又是降低砂温的有效措施。

其主要功能是降低解箱后的砂子温度。

采用鼓风沸腾加水冷冷却。

8、砂箱传统铸造方法用的砂箱不能用于V法造型。

V法造型的砂箱除四壁要密封外，砂箱内部必须装设过滤、抽气装置。

V法砂箱按抽气方式可分为导管式、钢管式和侧箱式三种基本型式。

（1）导管式抽气砂箱

这种砂箱的结构很简单，是由单层壁构成的。

砂箱内壁绕挂着保护电线用的铝制蛇皮软管，软管的一端接真空系统，另一端焊接封死。

当抽气时，通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。

此种软管除可挂在砂箱内壁上外，也可埋在型芯内。

软管位置距型腔表面的距离应≥30mm。

软管的直径一般选用25mm及32mm两种；其长度根据砂箱大小来选取。

这种软管因间隙较大，易吸入砂粒，因此真空系统必须配置滤砂和水浴装置，以防砂粒和粉尘进入真空泵。

由于这种砂箱缺点比较明显，目前基本已经不再使用此种砂箱。

（2）钢管式抽气砂箱

这种砂箱是用钢板焊接而成，中间焊接加强箱筋，抽气孔设在用斜纹重叠的100目的不锈钢丝网包裹的数根抽气管上，钢管附着在四壁及箱筋上，并与抽气室连通。

这种砂箱适用于面积超过1m2的砂箱。

（3）侧箱式抽气砂箱

这种砂箱的四壁是用钢板焊接成的密封夹层，夹层之间形成连通的抽气室。

在砂箱内侧的四个壁面开抽气口，并在该处装有多孔过滤板，在两层过滤板中间加装有两层100目的不锈钢丝网，以防止细砂吸入真空泵内，但这种过滤网经常容易被凝集的细砂挥发物及粉尘所堵塞。

这种砂箱的抽气孔设在四个内壁上，所以靠箱壁的真空度大于砂箱中心处。

各用户根据该项目的工艺性、自动化程度、生产规模的实际情况，选用适合自己的砂箱。

8、真空系统V法造型的真空贯穿于整个造型的工艺过程，而且，其真空度必须稳定在一个特定的值上，否则，会出现塌箱、废件的情况。

喷涂机和涂料搅拌装置

喷涂机采用高压无气喷涂方式，高压无气喷涂有以下显著特点：

涂装效率高、对涂料粘度适应范围广、漆膜质量好、环境污染少；其基本原理是将涂料施加高压，使其从涂料喷嘴喷出，当涂料离开涂料喷嘴的瞬间，便以高达100m/s的速度与空气发生激烈的不断的多次高速碰撞，使涂料不断的被破碎成微粒，使涂料雾化，并粘附在被涂物表面。

无气喷涂设备由动力源、高压泵、蓄压过滤器、输漆管、涂料容器、手持式喷枪等组成。

由于铸造用醇基涂料沉淀速度较快，容易堵塞喷涂系统，对高压泵等压送机构损害较大，所以要求设备耐磨性能好，涂料喷出量大，注意维护保养。

涂料搅拌装置作用是防止涂料沉淀结块，采用气动旋桨式搅拌器搅拌，转速在在60-120r/min范围内，搅拌轻微均匀。

V法造型使用的辅助材料

1、薄膜V法造型用的塑料薄膜，其性能对铸件质量、生产效率和生产成本起重要作用，应满足成型性好、燃烧时发气量少、不产生有害气体、价格低廉的要求。

对模型上覆盖的塑料薄膜一般采用质量较好的。

V法造型一般采用0.04—0.08mm厚的塑料薄膜，个别情况下，最厚的可达0.15mm。

2、涂料薄膜加热覆到模板上后，必须在其上喷或刷上一层涂料，该层涂料具有阻燃并保持砂型的作用。

浇铸时，薄膜迅速燃烧气化，但涂料不然烧，这时型腔内壁的涂料层在真空的作用下仍然保持砂型。

3、型砂V法造型使用的型砂为干石英砂。

SiO2含量≥98%；砂子中间粒度:

100目；型砂含水量≤0.5%；型砂粉尘含量≤0.3%。

结束语：

以上对V法造型工艺原理、使用设备、辅助材料等进行了简要介绍，使用厂家可根据自己的经济实力、车间布置、自动化程度等情况选择合适的设备进行投资立项。