V法铸造的铸造工艺

　用于完成铸造生产工艺的机器和装置。铸造设备按铸造工艺程序不同可分为：熔炼设备，如冲天炉、感应炉、电弧炉、反射炉、电阻炉、坩埚炉等；金属液处理和浇注设备，如真空处理设备、脱硫装置、变质处理设备、自动浇注机等；砂处理设备，如混砂机、旧砂再生装置等；造型造芯设备，如造型机、抛砂机、射芯机等；落砂清理设备，如抛丸机、电液压清砂装置等；铸件热处理设备，如高锰钢水韧处理设备、可锻铸铁热处理炉等。按造型方法不同又可分为：砂型铸造设备、熔模铸造设备、金属型铸造设备、压力铸造设备等。

铸造设备的发展较晚，直到19世纪30年代市场上才出现第一台真正可靠的震实式造型机。1848年美国开始采用离心铸造机。到19世纪80年代，商品性的造型机才比较普遍。

铸造设备中，以造型造芯设备发展最为迅速，已从单机自动化发展到整个生产线自动化，包括浇注、落砂、砂处理系统的自动化。促使铸造设备发展的因素，首先是提高铸件质量和提高生产效率，例如真空处理设备和现代的造型造芯机等。其次是有些新工艺需要相应的设备，如高压造型、化学自硬砂、炉外精炼等。

铸造设备的发展趋势是自动化程度越来越高，利用计算机进行自动控制和调整。为了适应多品种小批量铸件的生产，铸造设备的灵活性也在逐步增加，如造型机的快速更换模板、变更砂箱尺寸和调整加砂量等。而噪声大的如震击式造型机、震动落砂机，产生二次污染的如水力清砂设备等，都将被淘汰或限制使用

真空密封造型，是一种物理造型法，在铸造的各类造型法中，被称为第三代造型法。它是利用塑料薄膜密封砂箱，并依靠真空泵抽出型内空气，造成铸型内外有压力差，使干砂紧实，以形成所需型腔的一种物理造型方法。因此，真空密封造型又名“负压造型法”或“减压造型法”。国外取英文Vacuum（真空）一词的字头，而简称之为V法。

V法的造型工艺过程如下：

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。

造型时，先在模板上覆盖一层塑料薄膜，用真空泵抽气，使薄膜紧贴在模板上，然后套上砂箱，再往砂箱中充填造型材料，经震实刮平之后，用塑料薄膜覆盖砂箱顶面，接通真空泵吸出砂粒间的空气，使砂型内形成负压，同时撤除模板真空，让塑料薄膜转而吸附在铸型内腔面上，砂型靠压力差的作用具有一定的强度和硬度。经起模、合箱、浇注、凝固冷却后撤除负压，即可得到所需铸件。

成形铸件真空吸铸工作原理1—真空室；2—管道；3—电磁阀；4—节流阀；5—真空罐；6—电接触真空计；7—真空泵；8—升液管；9—金属液

1.1.2真空吸铸的优缺点1）铸型自金属液中吸取金属，故浮在金属液表面的渣子，不易进入型内。2）金属液自下而上地平稳进入空气稀薄真空条件下的型腔，不能产生卷气现象，氧化可能性也较小，又在真空条件下实现金属液的凝固。凝固过程中析出的气体也易上浮外逸，故铸件中不易形成气孔。3）型内金属与型壁接触较紧密，金属凝固较快。柱状铸件真空吸铸时，更采用水冷薄壁金属型，铸件的凝固速度更大，故铸件晶粒细小，不易产生重度偏析。4）可创较好的自下而上，自型壁向壁厚中心的定向凝固条件，铸件不易形成缩松。

上述四点都可使铸件获得致密的组织，使铸件力学性能提高。如柱状铜合金铸件，与砂型铸造时比较，其强度极限可提高6%～25%，伸长率提高5%～20%；而铝合金铸件，与金属型铸造时比较，其强度级限可增大5%～10%，伸长率增大30%。5）充型时，金属液在型腔内遇到的气体阻力很小，可提高金属液的充填性，生产形状复杂的薄壁铸件，如铝合金、镁合金件的最小壁厚可为1.5mm。6）浇注系统或结晶器中粘附的金属液损失较少，故可提高工艺出品率。7）生产过程易于机械化、自动化，生产效率高。8）柱状铸件中空内壁不平度较大，内孔尺寸不易正确控制，故需留较大加工余量。1.2真空吸铸工艺1.2.1铸型型腔真空度1）柱状铸件真空吸铸时的型腔真空度按所需提升金属液的高度（即铸件长度）L（mm）计算（Pa）式中ρ—合金液密度（g/cm3）。一般铜合金铸件的长度小于1m。2）成形铸件真空吸铸时型腔内直空度根据金属液保温炉（或坩锅中）允许的最低金属液面高度与铸型顶部高度间的差值h（mm）计算=9.8hp·A（Pa）式中A——系数≌1.2。真空吸铸铝硅合金时，h应小于4m；真空吸铸铝铜合金时，h小于3.4m。型腔内真空度的建立速度由真空管路中的节流阀开启程度和铸型顶部的通气道形状、尺寸决定。实际生产中主要根据试浇铸件品质（质量），用节流阀调节真空度建立速度。通气道的形状和尺寸应在合理的真空度建立速度情况下，保证型内气体能顺利逸出，但金属液如进入通气道后应很快凝固不能溢出型外。如采用金属型时的通气隙厚度应小于0.15mm。1.2.2柱状铸件真空吸铸时结晶器口浸入金属液的深度结晶器下口浸入金属液的深度应保证在吸铸完后，结晶器下口边缘还能处于金属液表面的深度不小于10mm，防止真空吸铸时金属液表面的大气随金属一起吸入型腔，同时还可减少在结晶器下口旁粘附的金属数量。当真空吸铸圆柱形铸件时，结晶器下口浸入金属液深度H（mm）的计算式为H≥L（mm）式中L——铸件长度（mm）；r、R——型腔、坩埚熔池的内半径（mm），设金属保温坩埚的内腔为圆筒形。1.2.3真空保持时间柱状铸件真空吸铸时，应在铸件的凝固层厚度达到所要求的数值前，保持型腔内的真空度值；成形铸件真空吸铸时，当铸型底部内浇口断面全部凝固后，即可撤去真空。真空保持时间可采用由传热学中的平方根原理推导而得的公式进行近似计算τ=式中R——铸件凝固层厚度或铸型内浇道断面换算厚度（mm）；K——凝固系数（mm/s1/2），其值与铸型材料、结构、吸铸合金及其温度、铸型工作状态等有关，一般柱状铜合金件真空吸铸时，K=2～3mm/s1/2，在铝合金成形铸件金属型吸铸时，K=3～5mm/s1/2。最后由生产实践对τ值修正。

1.2.4吸铸温度柱状铸件真空吸铸时，金属液的温度可比一般重力铸造时稍低。因型腔断面大，金属液充型时流动距离短。但温度不能太低，避免结晶器头部粘附金属太厚。表306为一些铜合金柱状铸件的吸铸温度。

一些铜合金柱状铸件的吸铸温度合金牌号吸铸温度（℃）

ZCuZn13Si4Pb3950～1000

ZCuSn10Zn21050～1080

ZcuSn6Zn6Pb3

ZcuZn48

ZcuSn5Pb5Zn51020～1070

ZcuZn40Pb2

ZcuAl9Fe41120～1150

ZcuAl10Fe3Mn2

ZcuSn10Pb11100～1150

钛及钛合金铸件铸造生产工艺

钛及钛合金具有密度低，比强度高，耐腐蚀，线胀系数小，生物相溶性好等优异性能，在航空、航天、远洋运输、化工、冶金、医疗卫生等行业中都是不可缺少的结构材料。工业上最初应用的钛及钛合金制件都是变形件，随着其用量的增多和应用范围的扩大，变形反映出机械加工量大，材料利用率低，生产成本高等弊端，于是铸造技术由此发展起来。钛铸造是比较经济且又容易实现的近成形工艺。钛及钛合金在熔融状态下具有高化学活性，要与常用的各种耐火材料发生化学反应，熔炼和铸造成形难度很大，必须有其专用的造型材料和造型工艺以及专用的熔炼与铸造设备。

一）熔炼工艺：

我国的钛铸造90% 以上熔炼与铸造设备都采用真空自耗电极电弧凝壳炉加离心铸造。坩埚采用水冷铜坩埚，钛液的最大浇注量为500 kg。

自耗电极电弧熔炼法是以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极，以水冷铜坩埚为阳极；大电流熔炼，钛电极的熔化速度远远大于钛的凝结速度，熔化了的电极以液滴形式进入坩埚，形成熔池；熔池表面被电弧加热，始终呈液态，底部和坩埚接触的四周受到循环水强制冷却，产生自下而上的结晶。这种方法具有结构简单、维持费用低、大型化容易等优点，缺点是浇注温度难以调节和控制，一停弧后，金属液必须在3~5秒内全部从坩埚倒出，否则温度急剧下降，金属液过热度不高，使得液体流动性和补缩能力较差。自耗电极电弧熔炼对电极的质量要求很高，要求电极内部组织致密。熔炼过程中危险性较大，稍微操作不慎将会出现电弧损坏坩埚，造成坩埚外壁强制冷却的循环水进入坩埚，污染钛液，水蒸气损坏真空泵系统

上海知信循环水式真空泵7大特点

1、节水效果明显。由于采用水循环作业，加入水箱内的水可循环使用，克服了那种用直接冲放自来水方法获取真空时大量浪费水的现象。经实测，以一个工作日连续作业计算，在达到同样真空度的条件下，使用本产品可节水10吨以上，而且，一次加水，可长期使用，这在水源缺乏或水压不足的实验室尤其适用。

2、多功能综合作用。上海知信循环水式真空泵除可以提供真空条件外，还可同时进行外循环作业，为反应装置提供循环冷却水。循环水式真空泵与自来水源连接，通过适量补充注水源，可以在较长时间连续作业情况下，保持真空循环水温度和水质不变，既可确保真空度下降，又能实现循环冷却水的供应。

3、造型新颖，使用方便。上海知信循环水式真空泵泵头直接浸入水中，整机高度较低、体积小、重量轻、移动方便、可置于工作台上，便于操作观察，水箱上盖为活式安装，可以打开，便于加水和检修。

4、上海知信循环水式真空泵安装了两个抽气嘴，可单独或同时抽气作业。每个抽气嘴各装一个真空表，可以方便地观察真空度，抽气管路上装有止回阀，可防止抽真空作业意外停机时，循环水回流到被抽真空的设备中去。

5、耐腐蚀、无污染。循环水式真空泵水泵部件采用不锈钢，不受酸碱等腐蚀物的影响；同时不产生任何污染实验室的油污、杂质等。

6、上海知信循环水式真空泵工作稳定可靠，噪音低。

7、上海知信循环水式真空泵的Ⅲ真空泵，主要部件全部采用不锈钢材质，水箱采用新研制的一种透明水箱，可满足有机溶煤（丙酮、乙醚、氯仿）的溶解和腐蚀的损害。

上海知信循环水真空泵

凡是从设备中抽出气体，使设备内部达到真空的机械称为真空抽气机或真空泵。

从结构上真空泵大致可分为：往复式真空泵、回转式真空泵和射流式真空泵等。

1、往复式真空泵。往复式真空泵适用于抽送不含固体颗粒、无腐蚀性的气体。这种真空泵的抽气速率较大，真空度较高。故在化工厂中广泛应用。但其结构复杂，维修量大。

2、水环式真空泵。水环式真空泵是回转真空泵的一种。

3、射流式真空泵。射流式真空泵是利用一种压力较高的工作流体来输送另一种流体。

循环水真空泵广泛用于蒸发蒸馏、结晶、过滤、减压、升华等作业，低温冷却循环水真空泵是真空泵和低温冷却泵的结合。即可以抽真空，又可以提供低温冷却循环水，是减压蒸馏和减压浓缩的良好辅助设备，特别适应配备旋转蒸发器，不但减少了使用空间，而且降低了真空度，节省了水资源，被现代实验室广泛装备。