关于V法铸造在铸铁件生产上的应用进展

发布时间:2017-11-17浏览次数:

关于V法铸造在铸铁件生产上的应用进展

V法铸造发展至今,无论国内还是国外,都在铸铁件的生产上取得了显著的进步;以工程机械、农用机械配重,浴缸,钢琴骨架,锅炉散热片,减速机壳体为代表的铸铁件先后在数家企业取得成功,并陆续凸显出一些在质量,环保,成本和劳动力等方面的优势。

一 V法铸造在铸铁件生产上的应用现状

总体来讲,V法铸造在国内铸铁件方面的应用主要集中和局限于一些尺寸重量大,材质要求低(HT250以下和混合基体的球墨铸铁),少无加工和装配,内部质量和机械性能要求低的铸件产品。当然,也有诸如钢琴骨架,浴缸等对表观质量要求极高的薄壁铸件,但是由于质量控制和生产控制上的难度应用仍然受到局限。

二 V法铸造生产铸铁件所面临的一些问题

低端过剩。低端过剩高端不足这是目前整个国内铸造行业面临的突出性问题,尤其在铸件市场持续低迷的今天,这种问题更加集中性的暴露出来;以叉车配重为代表的各类平衡块,肆意拉动各类炼铁高炉转型短流程V法铸造工艺生产,进一步加重了这一领域的产能过剩,以至于原本已经欠缺的市场更加分散。(如图1,图2分别是V法短流程工艺生产的叉车配重和石油减速机机体)

  

图一  V法短流程工艺生产的叉车配重和石油减速机机体   图二中高端铸件研究不足但拓展盲目性很强      图三某大型球铁壳体铸件表面           


V法铸造工艺在类似于锅炉散热片,钢琴骨架这样无论是表观质量还是内部致密性要求都比较严格的高端铸铁件上的应用还是不够广泛,很大一部分还是采用传统的粘土砂树脂砂工艺生产。好多企业在应用V法铸造生产这类高端铸件过程中无法解决诸如砂眼,气孔,渣孔,冷隔,裂纹等一系列质量问题,或者由于生产控制过程的不到位造成铸件废品居高不下,但归根结底,还是因为国内企业对V法铸造的研究不足,认识肤浅,过分的将这种特种铸造工艺

“传统”化,与原先的粘土砂树脂砂工艺思路生搬硬套。图为某大型球铁壳体铸件上端面块状渣气坑缺陷,主要原因在于生产当中使用过高的振幅破坏了涂料层,致使浇注过程涂料层片状掉落并上浮形成该缺陷。

客观性,潜在性的质量问题和效率问题避而不谈

  

图4 小孔渗透性粘砂                     图5 球铁车桥端头                       图6  某模具产品上表面

小孔渗透性粘砂是由于国内对V法铸造研究、认识等方面的不足,再加上单纯的局限于配重等简单铸件生产实践方面的总结和分析,致使国内对V法铸造客观存在或潜在性的质量问题,效率问题等避而不谈。实际上,V法铸造应用于铸铁件的生产所面临的问题既有普遍性,又有特殊性,简述几例如下:

(1)容易渗透;强大的真空吸力作用会促使铁水向铸型和砂芯渗透,造成机械粘砂和包芯等现象;因此砂芯和铸型涂料的处理以及真空度的合理使用是防止这类缺陷的生产关键。图为某铸件小孔内的渗透性粘砂。

(2)砂眼缺陷;铁水流动过程中很容易在浇道或者铸件拐角部位形成涡流,进而造成该处散失压力差和强度造成冲砂,最后表现

在铸件上则是砂眼;再加上干砂本身容易滚动,很容易顺着浇冒口进入铸型型腔,加剧这种缺陷的产生。当然,这种缺陷在加工类铸件的上端面和冷铁面尤其普遍。(图5,图6分别为某球铁车桥端头砂眼问题和某模具铸件上表面砂眼缺陷)

(3)气孔缺陷:原本来说铸铁件对气孔缺陷的敏感性是很差的,但是V法铸型在浇注过程中伴随着真空的拉动往往顺着浇冒口和通气孔强烈的吸气,很容易卷气,一旦不能及时排除则会在表面甚至皮下产生大量的气孔。再加上V法强调涂料的使用,涂层堆积也常常引发表面蜂窝状气孔的产生。图7、图8分别为某基座板件上表面和某轮式铸件上表面气孔缺陷。

 

某基座板件上表面                      某轮式铸件上表面


(4)渣孔缺陷:常规铸造中渣子往往是在上表面或者上表面皮下位置,但是对于V法铸造而言,真空的吸力作用和强烈气流激冷作用会将渣子定格在铸件表面任何位置或者皮下。而渣子的来源,不仅有铁水中的原始渣,还有伴随着铁水流动EVA薄膜形成的残渣及涂料冲刷形成的渣子。德国HWS公司在自己的内部资料《V-process technique know-how book》中曾多次强调V法铸造的浇注需要更高温、更纯净的铁水以及更快的速度。其意义需要我们在实践中不断去检验和思考。

上述几例只是冰山一角,其他缺陷也往往频繁而常见,像冷隔,铁豆等缺陷经常会在薄壁铸件或使用冷铁的铸件出现,而石墨漂浮,胀箱等问题也会在低牌号厚大铸件经常遇到。

定位与认识上的问题

目前,国内对于V法铸造的认识错误的定位在V法工艺只能做一些类似于配重的低端中大件,而生产效率也受到国内现有简易两工位生产线的影响,认为生产效率很低。关于这个问题,笔者曾在多篇稿子谈到:一、V法铸造是一种精密成形的特种铸造工艺,对铸件大小并无绝对性的限制。二、现在普遍使用的双工位造型生产线不代表高端V法铸造装备,更不代表V法铸造生产线的发展方向。图为新东公司在近期新罗列的关于V法铸造在黑色合金应用上的典型案例,既有大的球铁隧道支撑板(近1吨),也有小的变速箱壳体甚至涡轮蜗杆。图10 V法造型在铸件单重上及生产产量要求的角度与潮模砂,树脂砂工艺做的对比。不难看出,其应用的重量范围非常宽泛。

 

9 V法铸造在黑色合金应用上的举例(新东)         图10 V法铸造和潮模砂树脂砂适应范围的对比


三 V法铸造生产铸铁件的发展方向

根据V法铸造的金属学特性,尤其是流动充型和凝固冷却特点,以及V法铸型刚度较强等特性,该工艺在铸铁件上的应用仍有很大的潜力值得挖掘;在与安徽合力股份有限公司合肥铸锻厂和北京菲美得机械制造有限公司总工程师等行业技术专家充分沟通和交流的基础上,普遍认为V法铸造今后的发展需要在下述方面着手努力。

复杂件和薄壁件;V法铸造生产该类铸件首先需要克服覆膜成形和浇注成形问题,而芯子的使用势必成为必不可少的部分,因此如何协调树脂砂芯子与V法铸型的结合也是需要特别注意的方面。当然,也需要面对铸造冷却过程中面临的结构变形甚至开裂,以及冷隔和金相组织异常。图11,图12分别为某大型减速机壳体铸件(拥有复杂内腔)和某球铁材质三防井盖铸件(最薄壁厚6mm)。

  

    图11 某大型减速机壳体          12 某球铁井盖铸件       13某合金铸铁模具铸件覆膜现场


中小件;如何提高中小铸件的效率问题,是该类铸件走向V法铸造工艺

必须要面临的课题。由于薄膜的存在,V法铸型的透气特点极为特殊,尤其是浇注初期的密封不透气特性,不得不对任何铸件不管大小都得设置专门排气通道,致使生产过程通气孔缠结繁琐,影响效率,同时也降低了工艺出品率。当然,国内现有V法造型装备在造型速度方面还比较局限,因此这类铸件的发展势必也要依赖自动化机械化水平高的生产设备实现。图13为某合金铸铁模具铸件为了提高效率,通气孔与铸件整体覆膜成形,但形成明显的薄膜桥接,影响涂料喷涂效果。

力学性能件;内部致密性和组织结构是满足力学性能要求的基本条件。V法铸造在配重等简单铸件上的应用让行业并没有充分重视有力学性能要求的铸件的特殊性,而仅仅满足于一个漂亮的外表。实际上V法铸造铸型冷却的特殊性(包括浇注期间和浇注结束相当短的时间里冷却的急剧性以及浇注完成后整体冷却的缓慢性)会对铸铁件内部石墨形态和基体组织产生深刻的影响,而必要的时候甚至需要对化学成分做出相应的调整。图14,图15分别为某薄壁球铁件V法工艺外表面和粘土砂外表面的球化状态,明显看出V法工艺外表面的球化存在异常。

     


14 V法工艺外表面球化金相                                      15 粘土砂工艺外表面球化金相


机加工件;长期以来,行业对V法铸造优势的渲染降低了应用者对V法铸造缺陷的警惕性,尤其是前期在少无加工铸件上的应用使得光洁的表面质量掩盖了皮下和内部的铸造缺陷,越来越多的实践证明V法铸造过程中砂眼,渣孔,气孔,冷豆等缺陷非常容易发生,而这些缺陷往往在加工后暴露出来。因此,V法铸造的进一步应用需要客观而理性的分析潜在性的质量缺陷并主动上升到主动防控也方便防控的层面,否则盲目的应用将会是企业的灾难。

功能性特种铸铁件(合金成分调整及金相组织问题)

近年来一些耐热耐蚀等特种性能的铸铁件如泵体,玻璃模具等铸件开始探索应用V法铸造工艺。而这类铸件对合金成分的要求极高,当然本质上是对金相组织的要求极高,包括基体组织和石墨形态或者只是针对里面的一些特殊相。但是正如前述所言,V法铸造的冷却特性会对内部结晶组织产生很大的影响。另外,V法铸造用的EVA薄膜在浇注过程中的性态变化也往往对表皮组织产生干扰。目前这种情况已经在多家企业的应用中得到证实。图16、图17分别为某玻璃模具铸件V法工艺和砂型工艺内部A形石墨状态。显然,V法铸造工艺的A形石墨片更长,将对该模具在玻璃成形过程中的散热产生有利的影响。

 


16 V法工艺A形石墨                                                         17 粘土砂工艺A形石墨

总之,V法铸造工艺在国内国外走过的路相比传统铸造还很短,有待进一步挖掘和探索的空间依旧很大,但是这要基于目前所呈现的一些客观性的问题的解决之上。我们关注的目光也需要从铸件的表面深入到皮下,从单纯的外观过渡到内部组织金相,从简单的重量公差深及相应的机械性能要求。具体问题具体对待,认真对待每一个铸件产品V法生产的特殊性,方能集思广益;望同行加强交流,为V法铸造在铸铁件生产方面更好的应用创造条件。

张建满 13545239290 zhangjianman66@163.com

华中科技大学

全国消失模与V法铸造技术委员会