真空系统(来源于V法铸造手册)

发布时间:2018-04-29浏览次数:

一、概述
很少有铸造工想知道和了解真空系统,因为他们在铸造生产中很少用到。但是,想很好的了解真空造型,关于真空系统的常识还是有必要的,所以让我们了解其中的一些内容。
地球上的所有东西都存在于常压下,这种压力来自于我们上方数英里空气的重量。在通常条件下,这个压力被称为是一个大气压。在美国单位中,这个压力是每平方英寸14.7磅。所以,你可以确信你生活在一个大气压力下或你身体的每平方英寸承受首14.7磅的压力。压力在海拔的变化时略有不同,在高山顶上压力会下降就是一个例子。因为任何低于1大气压或14.7psi的压力都可以看作真空,那么我们都有生活在其中的经历。
在应用中,真空系统用于把空气从封闭腔体中移除。一个普遍每日应用的例子是真空包装的咖啡,在密封前空气已经被从罐中移除。其它的日常例子有灯泡,收音机管或电视管。
我们都听过天气预报员在电视里报大气压力。如果他报的是29.92英寸汞柱,也就等同于1大气压或14.7psi。如果低的话,你就处在部分真空中了。
但是全世界的科学家通过使用不同方式描述压力是事情变得更为复杂。除了大气压,磅每平方英寸,英寸汞柱以外,他们还使用千克每平方厘米,英寸水柱,毫米汞柱,毫巴,微米汞柱,牛顿每平方米,达因每平方厘米等等,等等。忘记所有的这些,因为现在有一个新的单位托,是为了纪念E·托里切利而命名的。一大气压等于760托,这就是我们要用的单位。这取代了老标准毫米汞柱,但大致相等。
因此,如果我们有超过760托的压力,则超过常压。如果低于760托,则产生真空。
科学家定义760~25托的压力为低真空,25~0.01托为中真空,0.01~0.0000001托为高真空。低于此值叫超高真空。最后这种分类非常复杂,我们不太关心。我们在低真空的中间300~400托的范围内操作。因此,V法系统使用的是粗真空。
二、V法用真空
要在铸型中造一个真空,我们必须移走空气,这可以通过真空泵做到。真空泵是什么?它其实只不过是一个反向工作的空气压缩机,所有的铸造工都知道空气压力。我们用真空泵抽铸型中的气体时用的是单向通道。但是,气体还是试图从任何裂缝进入铸型。只要试图进入的空气量很小,真空泵就可以将其移除。同样,这也与压缩空气系统类似(仅仅相反)。裂缝太多时,用来保持空气压力的压缩机就无法保持压力。在真空系统中也是这样。 不要担心小的裂缝,但是大的裂缝是不能接受的。但是要仔细,因为检查裂纹是一道复杂的工序。
真空泵的目的是把空气从型内排出,并继续保持它的低压。
关于你的系统中真空泵的细节将在操作维护手册中学习。如果它的结构设计合理,在好的保养下也能够提供好的服务。
你的V法需要一个非常简单的真空形式。基本说来,就是下面的部分:
1、一个真空泵,通常用水密封;
2、一个电动机驱动真空泵,配有机座和联轴器等等。
3、一个砂尘分离器
4、过滤器
5、必要的软管,真空表和消音器
6、根据条件可能需要的其它设备。
砂箱中的砂受到300~400托的负压后,砂型立即变硬,只要负压维持,它的形状就不会变。在融熔金属的作用下,型腔表面的塑料薄膜熔化,铸型密封性降低,型腔内的负压就会发生变化。
因此,如果有人问你V法中的真空压力约为多少,你可以给出下面的任何一个答案。
1、一半的大气压
2、380mm汞柱
3、15英寸汞柱
4、7.35psi
5、380托
6、0.52kg/cm2
7、17英寸水柱
8、0.51bar
9、200,000(dyne per sq)达因每平方厘米
10、38cm汞柱
所有的答案都是对的——他们说的是一回事。
浇注过程中负压降低,但是只要在型腔和型内存在压差,铸型的形状就不会变。
在浇注前铸型中的抽气量是相对较小的。通常它只是来自薄膜和砂箱边缘接触的那一周。然而,浇注开始后它急剧增大,然后在浇注完毕后又一次减小,此时铸型被金属液再一次密封。使用的真空泵的容量决定于最大抽气量。
到目前为止我们只讨论了压力,让我们再考虑一下抽气量。抽气量受几个因素的影响:
1、一个较粗砂的粒度分布或只有一个目数的粒度分布需要更多的抽气量。
2、砂箱与薄膜间的密封效率会影响抽气量。
3、随着薄膜(铸件设计)表面区域的增大,所需抽气量也增多。
4、高的浇注温度需要更多的抽气量。
5、泵的磨损会影响效率,泵的抽气量会降低。
6、铸型涂层会减小需要的抽气量。
7、随着负压的增加,抽气量将减小。反过来也是对的。
8、在浇注过程中的抽气量需求处于最高水平。此时泵的抽气量必须能够维持足够压力。
9、核算抽气量时需加上安全因素。
真空系统必须认真设计,手册中的维护和操作工序可由设备生产商提供。
对于V法来说,抽气的最高速度不应该超过20m/s(65ft/s)。
在造型,等待和冷却的过程中压力低些(300mmHg)是可以的,但浇注时压力必须高些(450mmHg)
如果断掉真空,铸型形状可以维持30s。如果使用了单向阀,铸型形状可以维持到1min。
因为我们使用的是低真空,并且真空泵也有安全系数,所以我们不用担心小的漏洞,比如热金属在薄膜上灼烧的小洞。
真空压力可直接由熟悉的压力计测量:液柱压力表,膜盒压力计,波纹管压力表,波登管簧压力计。压力计测出的压力是所给压力和大气压力的差值。注意,仪器并不总是准确的。
三、真空泵
    真空系统的制造厂家应该提供真空泵的详细说明书。这里有关泵的常识讨论会帮助你理解泵的工作过程。
尽管真空泵对大多数铸造工来说是一件新设备,但它真的非常简单。任何真空泵设计出来主要是用于处理气体,比如空气。泵将气体从一个非常低的压力压缩,达到或接近大气压时放出。一些泵还受到空气中的液体的不利影响,但这不是V法铸造所担心的,因为我们抽的是干空气。有些泵如果气体中带有固体的话会受到严重影响,这在V法铸造中会出现,因为在真空系统中总会进入极少量的砂。因此一定要把这些砂过滤掉或者筛选出来。当然,少量砂没有什么危害,但要记住硅砂是一种高度耐磨材料,并且过量的硅砂将加速真空泵的磨损。
真空泵通过衡量入口处每分钟公称的立方英尺空气容量来区分大小。实际的容量由工作的真空压力决定。
泵的容量和转速直接相关,所有的生产商都绘制了真空泵的抽气量和真空压力的工作曲线(通常用英寸汞柱),这些曲线对应了不同的转速。(我们有水环泵的一些工作曲线图)
Herman-sinto推荐的泵需要水作为液体压缩驱动,这有时叫做液封或水封泵。不要误解,干式泵是很好的泵且适用范围广,但是我们好的老的铸造厂的环境是一个重要因素。有两个原因解释为什么推荐水封泵而不是干式泵。首先,对于干式泵,达到20英寸汞柱(500mmHg)需要泵的各部分加工至很小的公差,而硅砂粒进入泵后会影响此公差。这在水封泵中不会出现。水封泵公差相当大,因为实际密封是靠水,而不是金属和金属。第二,我们会抽热空气和热气体,温度升高会使泵产生热膨胀而影响干式泵转子的公差。这在水封泵中不会出现,因为水也扮演了冷却剂的角色,可以阻止升温。冷水一直有增大体积的趋势,因此推荐使用60°F或60℉以下的水。这些水可能使用后排放造成浪费,或者可以在密闭循环结构中使用,热量被带走而水再循环。水应清洁,无外来物或化学杂质,否则可能导致腐蚀。尽管生产商会提供精确的数据,但约每一马力需要0.25加仑/分的冷水(约每千瓦需要1.27升/分的水,与厂家提供数据一致。)还是需要的。注意!如果你的水质为硬水,发生结垢,要特别注意。如果在泵的工作面发生钙聚集结垢,泵就会被堵塞而停转。如果这种情况发生的话,排气口可能阻塞。这时可以在水中加入盐酸抑制结垢。预防方法就是联系一个水处理公司,比如加尔贡,它能安装一系列设备可定期加入化学试剂来防止结垢。所以,如果水中钙过多,是可以使用的,但必须引起注意。
正如你学到的,在实际浇注的过程中所需负压最大,为400~450托(-0.05~0.06Mp)。在其它时候,需要的压力较小,约仅为200mmHg(-0.027Mp,根据砂和铸型涂层而定)。既然压力直接与马力相关,而节能是当今所有人都关心的问题,那么可以使用鼓风机(与根鼓风机或北美类似)。换句话说,说是一个双重压力系统。这个细节可以与您的Herman—sinto工程师讨论。
以上是一个大致的常识性说明。更多的细节信息请查阅生产商提供的操作手册和维护手册。