高效节能自动化V法造型线在耐热钢领域的应用实践

张志强，朱晓霞，宋仲荣

（1.青岛盛美机械有限公司，山东青岛 266400；2.海尔卡奥斯物联生态科技有限公司，山东青岛 266400）

1 V法工艺简介

V法铸造也就是真空密封造型法，也称负压造型法或减压造型法，起源于日本。国外取真空英文单词VACUUM的头一个字母，而简称为V法。它是利用塑料薄膜抽真空使干砂成型，所以誉为第三代造型法，即物理造型法[1]。V法铸造的原理是：在特制的砂箱内，填入无任何粘结剂的干砂，利用塑料薄膜密封砂箱，采用真空泵抽出型内空气，在铸型内外形成压力差，使干砂紧实，形成所需型腔的一种物理造型方法。

V法铸造与其他铸造技术相比具有以下优点:

（1）铸件表面光洁,轮廓清晰，尺寸精度高，铸件表面质量好；

（2）不加粘结剂和附加物，不用混砂设备，减少运行和维修费用，减少环境污染；

（3）旧砂回用可达95%以上，解决了废砂处理问题；

（4）V法铸造金属流动性好，充填能力强，金属利用率高，工艺出品率高，加工余量少[2]；

（5）模具花费及维护费用减少，模具和砂箱使用寿命长；

（6）需要抛丸清理量减少，与其他工艺生产的铸件相比，V法铸件所需的抛丸时间减少了50%；

（7）没有难闻的气味和烟。

2 生产线简介

该生产线（图1）主要生产高附加值的耐热钢铸件（图2），部分产品替代了精铸（蜡模）工艺，解决了精铸工艺做中大件的弊端。该生产线为高效节能环保的V法自动化生产线。目前已投入正常使用四年，效果良好。扣空砂箱、起模、翻箱、合箱均采用机械手完成，造型区工作时解放了行车。

该生产线主要参数：造型效率：10整型/h（双造型工位）；砂处理生产能力：20t/h；旧砂回用率≥95%；系统用水量：80m3/h；供气压力≥0.5MPa；砂型型腔表面硬度≥90g/mm2。

3 生产线四大特点

该生产线四大特点：效率高，自动化程度高，节能，环保。

图1 自动化V法生产线

图2 耐热钢铸件

3.1 效率高

铸钢件单造型工部造型效率最高达6箱/h。国内大多数此类铸钢V法线造型在2～4箱/h。

烤膜覆膜慢和涂料烘干时间长是影响V法造型效率的重要因素，本条生产线打破常规，上下箱分别采用独立的覆膜器和涂料烘干设备，加热采用高效加热管。涂料烘干利用加热管烤膜后的余热，轴流风机送热风，涂料烘干罩上下移动，确保热量损耗最低。烤膜覆膜在1min之内，涂料烘干2min之内。

3.2 自动化程度高

造型区工作时不采用行车，扣空砂箱、起模、翻箱、合箱均采用机械手（图3）完成。A线目前正常生产效率为6箱/h，造型区仅需要3人即可轻松完成。国内大多数厂家扣空砂箱多采用行车，效率低，不安全，且需要多人合作才能完成。大多数厂家采用顶杆起模，翻箱机翻箱，行车合箱，自动化程度低。

图3 机械手

3.3 节能

（1）每个机械手均采用独立的液压站控制，电机变频控制。动作时开，不动作时关，比采用一个大液压站节能百分之五十。

（2）考虑到此类产品比较小，冷却时间短，开箱砂温比较低，采用立式砂温调节器代替冷却床，节电37kW/h。

（3）烤膜和涂料烘干是本线的重要能耗，通过流程图，根据生产节拍优化，将上下箱的覆膜器不同时使用，避开最大用电峰值。如：所有设备总功率为425kW，但通过PLC优化生产节拍，避开大功率设备同时开启，实现最大峰值功率不到350kW,可以实现节能百分之二十。

（4）真空泵采用变频节能控制，用压力传感器将使用需要的真空度反馈到PLC，通过变频器调节真空系统的压力。造型时只开一台泵，浇注时根据PLC的控制再根据需要自动开启另一台泵。单线生产时也是如此，节能百分之三十以上。

3.4 环保

采用世界上先进的旁插脉冲扁袋除尘器，除尘效果好，排放远小于国家标准。除尘管道连接处密封性好，在各个主要除尘点布置电动阀门，除尘风机变频控制，结合除尘点电动阀门的开启情况自动调整风机转速，更加节约能源，节能25%以上。良好的除尘系统可以达地面无砂，空中无尘的效果，粉尘排放≤20mg/m3。

4 总结

近年来，V法铸造在简单的铸铁件上的应用相对成熟，如叉车配重、石油机械平衡块等，产品质量稳定，相关企业纷纷产生了较好的效益。但是，产品质量要求较高的高档铸钢件，由于工艺设计不合理、生产过程控制不严，设备粗制滥造等原因导致产品缺陷较多，不能达到客户及使用要求。因此我公司开发的高效节能自动化V法造型线在高档耐热钢领域的成功使用有着重要的现实意义。设备是为工艺服务的，设备可实现的功能要考虑其过程中会不会对工艺造成影响。V法造型是一种特殊的铸造工艺，不同于砂型铸造，要充分发挥其工艺优越性，必须有好的设备来实现。