绿色铸造-消失模铸造与V法铸造

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1、“ 绿色铸造 ”消失模铸造与V 法铸造学生：朱若星学号： 2013260712 “绿色铸造”消失模铸造与V 法铸造 摘要：本文在简略介绍传统砂型铸造工艺的基础上再介绍了两种目前为止较为先 进的铸造工艺， 消失模铸造工艺和V法铸造工艺。 这两种工艺相对传统铸造工艺 的不同是，考虑了对于环境的负担。分别对消失模铸造，V 法铸造的基本原理， 优缺点，工艺流程以及目前所存在的问题进行阐述，最后对两种工艺流程及特点 进行比较。 关键字：铸造；绿色铸造；消失模铸造；V法铸造1. 我国铸造业的现状和环保问题1992 年，联合国在里约热内卢召开的“环境与发展大会”上提出了人类环 境与发展问题的可持续发展新思路

2、。此后不久，这一新的发展理念就被具体化于 铸造行业之中。于是“绿色铸造”的概念应运而生。中国作为人口最多，飞速发 展的国家， 因其现代化进程的迅速推进，企业对于铸件的需求就很大。 因此我国 是目前世界上铸件需求量最大的国家。在钢铁、汽车、飞机、船舶、机械等关乎 国计民生的支柱产业中，铸造业起到举足轻重的作用。2005 年我国铸件总产量 大约为 24 420 000t ，与 2000 年相比，增长了 75% 。1、2、32007年，全球铸件产 量达 1 亿吨，其中，中国铸件产量为2 900多万吨，以几近全球总产量30% 的情 状居世界第一。4虽然我国的铸造行业不论是在制造还是应用上需求量很大，

3、但是以我国目前的铸造业现状来看还是存在很多问题，尤其是技术落后带来的环 境问题。在我国手工造型为主的铸造厂占90%95%，制造技术落后，粗放式生产 的铸造企业占 90% 以上。有这么一个数据可以说明我国铸造行业带来环境问题的 严重。 每生产 1t 铸件， 大约散发 50kg 粉尘， 熔炼和浇注工序排放废渣大约300kg， 废气 1000 立方米，造型和清理工序排废砂1.31.5t 。每年排污总量：废渣300 万 t ，废砂 1 650 万 t ，废气 110 亿立方米。5 、6因此，如何提高铸造技术，淘 汰旧的，落后的，不环保的铸造技术以达到改善铸件性能的同时解决所带来的环 境问题就提上了工作

4、日程。 作为环境负荷过重的铸造产业, 绿色铸造有其具体的 内涵, 即是将合理利用资源和综合预防污染的环境策略, 持续应用于铸造生产 过程和产品之中 , 实现企业的环境自净, 尽可能多的自行消纳本企业产生的废 弃物, 尽可能少的向外界排出废弃物, 以减少对环境的影响。 这无疑是 21 世纪 铸造生产与可持续发展的根本战略在党中央不断申述的加强生态文明建设的重 要性和迫切性， 推进生态文明建设， 人与自然和谐发展这一大环境下，各种绿色 铸造技术，如应运而生12。2 . 绿色铸造技术2.1 砂型铸造工艺13 、 14传统的铸造工艺主要采用砂型铸造工艺，砂型铸造所用的造型材料价廉 易得，铸型制造简便，

5、对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应， 长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺，它占据了整个铸造工艺的绝大部 分，大概在85% 左右。但是，砂型铸造也有一些不足之处：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的 生产效率较低；又因为砂的整体性质软而多孔，所以砂型铸造的铸件尺寸精 度较低，表面也较粗糙。最主要的是砂型铸造工艺所带来的环境问题也是十 分严重的，其中，粉尘污染，空气污染及固体污染最为严重。图 1 砂型铸造流程图 工艺流程为首先制作木模然后通过翻砂进行造型；造型完后在冲天炉中进行熔化 然后进行浇注最后再落砂，去浇冒口清理方可检验入库。 这其中就

6、说到了冲天炉， 冲天炉由于工艺上具有综合优越条件, 仍将作为铸 铁件生产的首选熔炼设备, 这是人们的普遍共识。 我国冲天炉数量很大 , 约近万 台, 但设置除尘系统的较少 , 能达到国家排放标准的更少。 图 2 为铸造工艺普遍 应用的冲天炉的实例， 可以看出由此带来的污染问题很严重，普遍的共产是无法 达到清洁生产的。 因此，为达到清洁生产， 在砂型铸造工艺中解决冲天炉的污染 问题就十分迫切。 可以从冲天炉的除尘设备， 净化系统上下功法来达到解决污染 的目的。袋式除尘器 , 是目前最稳妥、用的最多的方式, 其效率高于以上任何一 种, 且比较稳定 , 设备费用较高 , 但运行费用较低。烟气冷却是该

7、技术的关键, 在诸多冷却方法中 , 热交换器法尽管设备结构复杂, 造价较高 , 但它是最稳妥 可靠和有发展前景的方法12。热风冲天炉流程还可以按除尘器及冷却器的形式、 风机位置、排烟控制方式的不同作出各种各样组合。热风冲天炉除尘技术从国外 多年及国内近几年使用情况来看, 是一种比较成熟可靠的方法。 其突出的优点在 于: 由于采用炉气再燃烧技术和热交换技术, 使余热得以回用 , 同时提高了熔炼 的工艺性能。图 2 冲天炉实例2.2 消失模铸造工艺消失模铸造工艺也叫做“干砂实型铸造”“负压实型铸造”等。它具有无与 伦比的优势，被国内外铸造界称为“21 世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色 革命” 。

8、它是先用高分子材料制作成与零件完全一样的实型模具，再经过耐火涂 料并烘干后， 在干石英砂中经三维振动造型， 再通过负压状态下浇入熔化的金属 液，使高分子材料模型受热气化抽出，进而被液体金属取代冷却凝固后形成的一 次性成型铸造新工艺生产铸件的新型铸造方法。 消失模铸造工艺在室温下的泡沫模样材料对环境无害，浇铸后燃烧产物经净 化后对环境无公害， 旧砂回用率在 95% 以上。这是消失模铸造工艺最显著的特点， 能够很好的提高对环境的保护力度。除此之外， 它还有其他优异特点， 不像砂型 铸造需要无飞边毛刺，使得清理打磨工作量减少50% 以上，节省了成本。同时， 不合箱，不取模，无需制芯、下芯，简化了造型

9、工艺，消除了工艺过程中的缺陷 和废品6。下图为消失模铸造工艺的流程图。图 3 消失模铸造工艺流程图 首先选用原始泡塑珠粒通过发泡成型，制作泡塑白模， 组合浇注系统， 在气 化模表面刷、喷特制耐高温涂料并烘干。 然后将特制隔层砂箱置于振动工作台上， 填入底砂（干砂）振实，刮平，将烘干的气化模放于底砂上，填满干砂，微振适 当时间刮平箱口。用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，接真空系统吸真空，干砂紧固 成型后，进行浇注，白模气化消失，金属液取代其位置。最后释放真空，待铸件 冷凝后翻箱，从松散的干砂中取出铸件。 消失模铸造工艺还可以细分为如下几种工艺8：压力消失模铸造技术是消失 模铸造技术与压力凝固结晶技术相

10、结合的铸造新技术，它是在带砂箱的压力灌中， 浇注金属液使泡沫塑料气化消失后，迅速密封压力灌，并通入一定压力的气体， 使金属液在压力下凝固结晶成型的铸造方法。这种铸造技术的特点是能够显著减 少铸件中的缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷， 提高铸件致密度，改善铸件力学性能。 真空低压消失模铸造技术， 真空低压消失模铸造技术是将负压消失模铸造方法和 低压反重力浇注方法复合而发展的一种新铸造技术。该方法是将上涂料的泡沫塑 料模样埋入干砂， 振动紧实造型， 然后将砂箱迅速和带升液管的低压浇注系统连 接密封，并向坩埚炉中通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升 液管上升， 进入砂箱底部浇道， 此时打开消

11、失模砂箱上的真空装置，金属液在低 压作用下上升使泡沫模样气化而填充模腔，模样分解气体被真空负压抽走， 浇注 完成后保持压力一定时间至铸件完全凝固，解除金属液面上的气体压力， 使升液 管中的未凝固金属液流回坩埚中，推出砂箱，关闭真空，取出铸件。主要特点是 在可控气压下完成充型过程， 提过了铸件的铸造冲型能力，同时，铸件还可以热处理强化，这是与压铸不同的地方，与砂型铸造不同的是，铸件的精度高、表面 粗糙度小、生产率高、性能好。振动消失模铸造技术，是在消失模铸造过程中施 加一定频率和振幅的振动， 使铸件在振动场的作用下凝固， 由于消失模铸造凝固 过程中对金属溶液施加了一定时间振动，振动力使液相与固相

12、间产生相对运动， 而使枝晶破碎，增加液相内结晶核心，使铸件最终凝固组织细化、补缩提高，力 学性能改善。 目前我国的消失模铸造工艺存在的问题是1. 稳定生产的厂家少； 2 生产规模 小，实际年产量在 5000T以上的厂家几乎没有； 3. 很多厂家的铸件质量根本上不 去。铸件成品率低，未能显示出这一公益的先进性；4，我国的这一工艺有些关 键技术达不到或者铸件精度达不到， 致使我国的消失模铸造工艺主要生产的都是 简单的，档次低的产品， 高难度铸件还不能够生产； 5. 消失模制造工艺设备和关 键技术依赖国外引进， 使得这一工艺成本很高， 根本无法降下来， 失去了行业竞 争力。2.3 V 法铸造工艺6V

13、 法造型又称真空造型，它是一种全物理的造型方法。其基本原理是在特制 的砂箱内，填入无水无粘结剂的干石英砂，用塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空， 借助铸型内外的压力差使型砂紧实和成型。 V 法铸造与传统的砂型铸造相比，具有以下优点：（1）采用负压浇注，铸件 砂眼气孔少、密实度高、表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确。（2）采用负压造型、 浇注，砂型的强度较高， 能够保证薄壁工件的直线度。（3） 节能高效、清洁生产。 采用 V法铸造， 造型用干砂可反复利用， 虽然真空机长期作业， 耗电量稍有增加， 但大大地减少了粉尘， 节约了人力资本， 降低了劳动强度， 使得铸造工作更加有 效。另外，在浇注过程中产生的有害气

14、体较少，真正实现了环保生产9。图 4 V 法铸造工艺 工艺流程101）造型：模具及型板薄膜加热覆膜成型（抽负压）喷涂料及烘干 配砂箱及加造型砂振动紧实及覆背膜（抽负压）起模、下芯及合箱（保持负 压） 。 2）浇注与落砂：浇注及冷却（保持负压）开箱溃散落砂（解除负压）。 3）砂处理：落砂过渡转运输送冷却调温筛分过滤磁选分离净砂回用。 V 法铸造工艺目前存在的问题11有：1） 由于受到薄膜拉伸的限制，V 法很 难铸造形状复杂的小型铸件，其在中小型铸件的生产应用受到制约。2）受真空 造型的限制，如果不能做到造完型后立即浇注，需长时间的抽真空，耗能大。尤 其对于利用晚间电力峰谷熔炼浇注的企业，V 法成

15、本更是难以控制。 3)生产现场 粉尘多。由于 V 法所用干砂很细，一般为100 目以上石英砂，在车间空气中会 弥漫很多粉尘， SiO2 含量高，造成作业环境差。2.4 消失模铸造工艺与V法铸造工艺的比较表 1 消失模铸造与 V法铸造的比较 特性消失模铸造V法铸造 铸件特点复 杂 内 腔 的 中 小 型铸件少无内腔的中大型铸件模样由 发 泡 成 型 模 具 批 量 生 产 泡 沫 模 样在带有抽气箱的模板上安装模样砂箱底 面 或 五 面 抽 气 的砂箱砂箱四面抽气或带抽气管砂处理消除负压，翻箱落 砂，旧砂再生循环 使用消除负压，干砂溃散，旧砂再生循环使用铸件清理铸 件 内 外 干 砂 都 易清理

16、铸件外表易清理，内腔砂芯需机械辅助清理使用干砂充填，振动紧实，采用塑料密封砂箱，真空抽气固型以及负压浇注3. 结束语通过上文对两种绿色铸造工艺的描述，阐明了铸造行业向着绿色行业发展还 是有很大前的。绿色制造、发展循环经济是21 世纪国家关注的重点，因此发展 绿色铸造迫在眉睫。 21 世纪，消失模铸造、 V 法铸造等绿色铸造方法将得到长 足的发展。 根据工厂的实际情况合理地选择绿色铸造、清洁生产工艺方法， 对国 家发展循环经济、 工厂降低成本、 提高利润都具有重大的意义。这两种方法都较 彻底的解决砂型铸造对环境的污染问题，实现真正意义上绿色铸造。参考文献： 1 中国铸造年册 2005. 中国铸造协会 , 2005: 3-79. 2 黄天佑 . 中国铸造行业可持续发展思路与策略 J . 铸造技术 , 2007, 28( 10) : 1 277-1 280. 3 郭景杰 . 中国铸造行业发展现状及未来J. 特种铸造及有色合金， 2008 （s） -0001-05. 4