关于V法铸造特性认识与应用研究

1、张建满 梁庆民 叶升平华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室全国消失模与V法铸造技术委员会2015.10.31关于关于V法铸造的特性认识与应用研法铸造的特性认识与应用研究究没有最先进的工艺没有最先进的工艺只有最合适的工艺只有最合适的工艺寻求更好的造型工艺手段寻求更好的造型工艺手段是铸造工业发展的主题之一是铸造工业发展的主题之一V法铸造目前所涉及领域1 工程机械：配重，箱体，铸钢支架等2 铁路机车：摇枕，侧架，车钩，道岔等3 石油机械：箱体，曲柄，支架等4 汽车部件：桥壳，制动鼓等4 农业机械：轮毂，配重，飞轮等5 矿山设备：圆锥，齿板，锤头等6 钢铁冶金：料框料盘，铁模等6 市政生活：浴

2、盆，井盖，异形管件，锅炉片等7 其他行业：医疗器械，电力行业，木工机械，工业模具等要求比较低的中大型普通灰铁件取得了较好的应用效果个别高端铸件只有少数企业取得突破并成功应用同一种（类）铸件各企业生产应用存在差异部分产品V法工艺生产未能成功甚至造成重大损失对V法铸造工艺自身的理解认识不到位成为该工艺健康发展的关键阻碍我们曾认为我们曾认为V法有很多优点？法有很多优点？1 铸件表面光洁度好，尺寸精度高2 生产效率高，成本低3 设备投资成本低，砂处理简单4 工人劳动强度低5 模具费用低，且少无拔模斜度6 无粘结剂使用，节能环保7 流动性好，适合生产薄壁铸件8 铸件致密度高，铸钢冒口利用率较常规铸造有所

3、提高9 铸件后处理（清理和机加工）工作量小，成本低.日本新东，德国HWS，智利ME电钢，瑞典sandvik,美国harmony casting等国际公司甚至提出了更多V法铸造的优点，究竟是否存在？1 生产效率并不高2 能耗大，成本高，并不环保3 表面气孔类缺陷较多4 砂眼渣孔等加工后的缺陷普遍5 铸件尺寸精度差6 薄壁铸件冷隔裂纹等问题明显。我们需要对我们需要对V法铸造的认识与定位重新思考法铸造的认识与定位重新思考1 只能生产结构简单的铸件2 只适合中大型铸件3 不适合做机加工件，容易发现砂眼，气孔等缺陷4 适合具有一定批量的铸件，单件小批量不适合5 设备投资大6 电力能耗高7 车间粉尘大，环

4、保差应用现状“普遍”认识V法铸造典型工艺特征法铸造典型工艺特征薄膜、干砂，真空薄膜、干砂，真空OVERVIEW VACUUM MOULDING PROCESS STEPS TO BE REPRESENTED真空造型工艺步骤概要真空造型工艺步骤概要1PATTERN2FILM HEATING3FILM FORMING / COATING4FLASK SETTING5SAND FILLING7TOP FILM FORMING8PATTERN SUCTION / DRAW9MOLD CLOSING / POURING10 MOLD RELASING正确认识正确认识V法铸造是合理应用法铸造是合理应用V法

5、铸造的前提条件法铸造的前提条件特种铸造的特殊性特种铸造的特殊性V法铸造典型工艺特性薄膜1角色和作用：覆膜成形，密封真空2伴生影响：覆膜成形：（1）铸件结构成为能否实施V法铸造的前提； （2）认识薄膜，选择薄膜，使用薄膜至关重要； （3）成形质量类比传统造型质量，将对铸件本身 产生深层次影响密封真空：（1）薄膜修补是V法铸型修补的重要部分 （2）浇注过程中薄膜存在收缩打卷和聚合气化的 动态变化 （3）个别材质面临不均匀增碳的现象；典型案例启示占位存在现象增碳现象V法铸造的特性认识真空真空作用的复杂性 1 认识真空，不只是简单定义为帮助铸型成形；2 真空成型作用不应简单局限于一个内外压差的解释；3

6、 真空的变化导致V法铸型是一个动态变化的过程；4 真空作用产生的气流运动将对浇注过程产生特殊的影响5 真空是V法铸造能耗的主体，其配置与设计水平关乎整条线的经济价值典型案例启示大型铸件的胀箱现象真空密封体系的变化真空系统的波动砂型强度的变化铸型变化关于粘结剂的研究是传统铸造领域永恒的主题关于真空的研究应作为V法铸造技术研究的核心内容类比风电铸件案例V法铸造的特性认识干砂定型方式：真空作用取代了粘结剂的作用，摩擦及互相支撑是V法砂型定型的基本原理填充特点：微震状态下的均匀流动，决定着砂子填充的紧实度传热特性：纯热传导状态决定了V法铸造冷却过程极其缓慢砂处理特点：干砂的处理极大降低了砂再生的难度，

7、然而扬尘问题需要值得格外关注研读天瑞集团对V法型砂的实践总结V法铸件A型石墨区粘土砂铸件A型石墨区灰铸铁：更利于形成铁素体基体，更容易产生A型石墨；石墨形态比较粗大；低共晶度的铁水V法更容易饱和；球墨铸铁：更利于形成铁素体基体，共晶团数量较少，石墨球较大冷却缓慢是造成这种组织差异的主要原因；相应的，金相组织上的差异决定了机械性能上存在一定的不同；V法铸造技术体系的特殊性体现工艺的特殊性装备的特殊性应用领域的特殊性砂箱模具造型机砂处理设备除尘系统铸件材质铸件结构铸件大小铸件用途局限性局限性优势局限性应用局限性V法铸造应用的局限性法铸造应用的局限性1 铸件的材质考虑如超低碳钢容易面临增碳问题2 铸

8、件的大小考虑如太大的铸件报废风险大的问题，太小的铸件涉及到工艺出品率的问题3 铸件的结构考虑如有些铸件下芯复杂，或者超过了现有EVA薄膜的成形能力4 铸件的产量考虑如产量太大的铸件面临生产效率的问题，产量太小又涉及模具成本问题5 铸件的品质考虑如V法铸造砂眼问题多发对某些有极高加工质量要求的铸件不利6 铸件的成本考虑与传统造型工艺的对比7 铸件的使用考虑如部分铸件有特殊的机械性能要求等 。V法铸造的优势的局限性法铸造的优势的局限性V法铸造的优势因铸件产品而异1 配重，浴缸等有产量和成本优势2 钢琴骨架，模具类铸件等体现出尺寸精度优势3 摇枕侧架等铸钢件有表面质量优势4 圆锥齿板等大型耐磨铸件有

9、环保与用工优势。 不是所有的V法铸造优势都能体现在同一个铸件上某一个特定的铸件也只是拥有V法铸造的个别优势V法铸造的特点往往在不同的铸件上优劣评价相反我们总是企图将V法铸造的所有优势强加在每一个铸件上V法铸造的优势的局限性法铸造的优势的局限性V法铸造的优势因使用情况产生差异1 各个企业的生产管理和技术水平存在差异2 各个企业对V法铸造的认识和理解有所不同3 个别企业容易照搬传统砂铸的经验用于V法铸造的应用4 不同企业间的经验借鉴和互相学习容易忽略铸件之间的差异性质量是永恒的主题质量是永恒的主题 V法铸造工艺典型企业法铸造工艺典型企业铸铁铸铁安徽合力股份有限公司铸锻分公司1989年至今平衡重表面

10、处理在处理小型挖机平衡重、农机配套件、一些薄壁件、结构件；汽车吊配重、起重机配套平板件、大型球铁件；具备其它大型减速箱、QT桥、铸钢桥等产品V法工艺生产能力。类似企业：北京菲美得机械制造有限公司，山西华翔集团，美国类似企业：北京菲美得机械制造有限公司，山西华翔集团，美国NVIC INDUSTRY等；等； V法铸造典型企业案例分析铸钢 天瑞集团2003年至今1 一条大型组合式自动化V法铸造生产线，四条不同形式的简易V法铸造生产线，具备20万吨/年的生产能力；2 摇枕，侧架及车钩等合金钢铁路铸件达到了世界领先水平；3 对低碳合金钢及大型薄壁铸钢件V法铸造生产工艺的应用和研究做出了突出贡献；类似企业

11、：中铁山桥集团有限公司，山东蒙凌工程机械股份有限公司，类似企业：中铁山桥集团有限公司，山东蒙凌工程机械股份有限公司，成功工程机械股份有限公司，海门麒龙机械制造有限公司，伊藤机工大成功工程机械股份有限公司，海门麒龙机械制造有限公司，伊藤机工大连有限公司，智利连有限公司，智利ME美国分公司等；美国分公司等；V法铸造典型企业案例有色合金 美国Harmony casting铸件应用领域：医疗器械，建筑装饰，电子产品，电力行业，计算机和通讯领域主要特点： 充分利用了V法铸造的精密性，造型的高效性及模具的低成本等优势类似企业：漳州金典工艺制品有限公司，无锡华欣兴模具有限公司等类似企业：漳州金典工艺制品有限

12、公司，无锡华欣兴模具有限公司等V法铸造应用领域的探索和研究应用成功案例必要性工艺优势国内庞大的铸造基体现有铸造工艺的不足局限性特殊性产品自身社会效益V法铸造的存在有一定的必要性日本新东V法案例（19731983，105家）相比我国目前应用来讲，铝合金占据较大比重 德国HWS公司V法案例（19762009,57家）相比我国目前应用来讲，铝合金占据较大比重2000年后国内各类材质铸件产量变化灰铸铁球墨铸铁铝镁合金铸钢国际V法应用案例分析概括1 铝合金比重明显比我国现阶段大；这与我国铝合金发展趋势相对滞后有关；同时也与国内对V法铸造的研究，认识及应用相对较晚有关；2 典型铸件如配重，钢琴架，锅炉片，

13、浴盆，道岔等已经在国内成功应用，但部分铸件国内仍采用老旧工艺生产；3 铁路机车铸钢件及阀门类铸钢件，国内仍普遍采用水玻璃砂工艺；对V法铸造的应用争议较大；4 耐磨铸件生产方面国际应用较多，而国内依旧在耐磨性的问题上存在质疑并维持水玻璃砂生产现状；5 国外在同类铸件的生产上装备生产效率体现出一定优势，说明我国国内在高效，可靠V法铸造装备的研发方面需要进一步加强；国内传统铸造的影响根深蒂固，部分企业对外交流与学习欠缺革新意识淡薄，绝大多数企业在技术进步，设备更新，人员培新等方面投入不足或者根本没有投入基础工艺研究工作较少，对V法工艺特性认识容易盲目争议装备技术没有根本满足工艺实施的需要对比国内V法

14、铸造与其他工艺的对比法铸造与其他工艺的对比V法造型法造型成本问题环保问题砂再生问题劳动强度问题工艺局限性问题劳动强度问题装备局限性问题工艺局限性问题质量问题环保问题 水玻璃砂水玻璃砂 精密铸造精密铸造环保问题砂再生问题劳动强度问题铸件质量问题效率问题成本问题效率问题能耗问题工艺局限性问题 粘土砂粘土砂 树脂砂树脂砂小件小件中、大件中、大件铸铁铸钢铝合金的应用（1）中大型铝合金铸件大部分还是依靠传统砂铸重力铸造实现（2）表面质量差，尺寸精度低，劳动强度高等成为主要问题（3）V法铸造在弥补上述不足方面有明显优势 耐磨铸件的应用 500万吨耐磨铸件，近万吨耐磨铸件，近2000家耐磨铸件生产企业家耐磨

15、铸件生产企业国内外知名的耐磨铸件企业：智利ME电钢（美国明尼苏达分公司）：合金钢衬板；日产量160吨；瑞典SANDVIK:高锰钢圆锥；35箱/小时；美国FROG公司：高锰钢锤头，圆锥；中国海门麒龙机械制造有限公司：高锰钢圆锥，齿板，高铬板锤；总结1 V法铸造工艺所具备的一些工艺优势诸如表面质量好，尺寸精度高，砂处理简单等是客观存在的；2 V法铸造工艺的特殊性决定了其使用的局限性，充分认识V法铸造工艺的特殊性和局限性是选择应用V法铸造工艺的前提条件；3 在目前我国作为主要铸件生产国的背景下，V法铸造有其存在的必要性，需要进一步探索；4 V法铸造有望在今后耐磨铸件，铝合金生产等方面发挥更大的作用；正在开展和实施的课题及项目一 项目开展1 V法铸造薄壁球铁及自动化生产线应用研究项目四川；（调整过程中）2 V法铸造多品种铸铁件及自动化生产线应用研究项目 湖南（实施及新项目筹建过程中）3 V法铸造铝合金近净成形项目安徽（建设实施中）4 V法铸造铝合金精密成型项目天津 （筹建过程中）5 V法铸造高端装备研发项目青岛，无锡（实施过程中）6 V法铸造多品种铸铁件开发项目印度（实施及二期筹建过程中）7 铸铁锅炉片V法铸造装备及工艺研发项目俄罗斯（筹建过程中）二 课