预防V法铸件气孔缺陷的措施

采用V法铸造工艺所生产的铸铁件、铸钢件，其最常见的缺陷之一就是气孔。防止V法铸造工艺气孔缺陷虽然有一定的难度，但只要措施得当，操作认真、规范，气孔缺陷是可以有效控制的。

1.卷入性气孔

所谓卷入性气孔，是指浇注时浇注系统的金属流里夹带着的气泡进入型腔，或液流冲击型腔产生的气泡进入型腔，当带入的气泡不能从型腔内排除时而产生的气孔。因V法铸造是用EVA塑料薄膜密封成型的，浇注过程中要尽力保护EVA薄膜不过早的烧坏，所以要求金属液充型时必须快速平稳，浇注系统必须设计成开放式的，保证金属流不产生紊流、涡流，不发生飞溅。但是开放式的浇注系统排除气体能力差，容易产生卷入气孔。

有研究者指出，V法铸造为了达到快速浇注的目的，要求浇道截面积比黏土砂、树脂砂、水玻璃砂加大30%，但浇注速度的加快，更加剧了气体的卷入，更易产生卷入气孔。

1）直浇道、内浇道截面积的选择。在开放式浇注系统中，直浇道是最小截面积，是控制浇注速度的枢纽，需首先确定尺寸。铸钢件多选用比传统铸造截面积加大30%这种形式。

在半封闭的浇注系统中，内浇道是最小的截面积，是控制浇注速度的枢纽，也需首先确定尺寸。铸铁件小件多选用比传统铸造截面积加大30%这种形式。

2）浇口杯的位置。浇口杯放在砂箱两侧或两端，距箱边300～400mm，目的是保证浇注时，包嘴距浇口杯的高度尽量小，以保证金属不浇到浇口杯外，不造成浇注断流。

3）浇口杯的形状。建议选择不同心的圆锥体（见图13-77）。

4）浇包嘴距浇口杯的最佳距离原则上是尽量靠近，应＜3D（其中D为直浇道的直径）。

5）浇口杯使用前应预热，浇口杯材质可以是CO₂硬化水玻璃砂或是自硬树脂砂。不论哪种型砂的浇口杯，在使用前必须烘干。

6）处理好浇口杯与上箱背膜间的密封（方法见图13-77）。浇口杯下尽管用软泥密封，但常常因金属液把背膜烧坏，造成从该处吸入气体。

图13-77 浇口杯与上箱背膜间的密封

7）在直浇道下安放缓冲窝砂芯。金属液从浇口杯进入，通过直浇道直接冲击底部，冲击力很大，很容易发生飞溅，卷入气体，为此设计一个缓冲窝砂芯，使金属液不发生飞溅。该砂芯用树脂砂或水玻璃砂均可，如图13-78所示。

图13-78 直浇道上安放缓冲窝砂芯

注：ф₁=1.5D，h=0.5D，H=h+20，ф₂=ф₁+40。

8）浇注操作。保证做到只要浇注开始，直浇道内就始终充满金属液，不得接包浇注。当铸件需要的金属液量大，一个浇包的金属液量不足时，可以设计两个或两个以上的浇包同时浇注。

2.侵入性气孔

所谓侵入性气孔，是指型砂、型芯的气体侵入液态金属后产生的气孔。尽管V法铸造是干砂造型，砂中无任何黏结剂，侵入气孔产生的可能性大大降低，但是EVA薄膜、涂料、砂芯仍然会产生气体，仍然会形成侵入性气孔。

（1）EVA薄膜 它是石油化工制品，是碳氢化合物，遇到高温金属液会热解产生气体。但EVA薄膜是真空密封造型必需的重要材料，没有省略的可能，因此防止气孔的方法是采取措施，选用质量优良的薄膜，并尽量把薄膜的厚度减小（用量少了发气量自然也就降低了）。

（2）涂料 尽管V法铸造工艺已选择了醇基快干涂料，但是其中的酒精（乙醇）是碳氢化合物，是可燃物，仍会产生气体，巨为了提高涂料的强度和涂料附着力，涂料中还加入酚醛树脂等附加物，而这些附加物多数是碳氢化合物，也会产生气体，形成侵入性气孔。

1）严格控制涂料质量，如果采购的是干粉涂料，则应严格控制乙醇或甲醇的质量。控制质量的重点是控制涂料中树脂的加入量、酚醛树脂中的水分和杂质。为了保证涂料质量，应定点采购，签订质量保证合同。

2）严格控制涂料的厚度。生产单位应通过生产实践，摸索出适合生产的铸件的涂料厚度，对容易产生粘砂的地方，可以涂料厚一点，反之可以薄一点。在保证不发生铸件粘砂的前提下，尽量少用涂料，少产生气体。另外，涂料质量好也是减少涂料用量的必要手段。

3）涂料烘干。这是保证V法铸件不发生侵入气孔的主要手段。烘干热风温度应低于50℃。热风应可以吹到型腔内的任何角落，以保证烘干质量。有的单位采用烤模器烘干涂料，但单靠辐射热量常常出现靠近电热管的EVA薄膜因温度太高粘到模样上，而远处涂料仍然没烘干的现象，所以流动热风是烘干涂料的主要手段。(www.xing528.com)

4）选用先进的喷涂设备，使涂料喷涂均匀，附着牢固，并巨易烘干。目前，许多单位用涂料喷枪喷，喷涂质量一般，尤其因涂料盛在不密封的壶桶内，操作不方便，而巨雾化严重，污染环境，浪费涂料。有的单位选用高压无气喷涂设备，效果不错，不过设备费用较高，但为提高效率及防止气孔，建议选用。

5）喷涂用压缩空气必须将空气中的水分分离。带水的压缩空气，常常使涂料难以烘干，有时也是造成V法铸造呛火的主要原因。在空气压缩机上装上汽水分离器，可防止压缩空气中混入水分。

（3）砂芯 V法制芯工艺复杂，尚在研究试验中，但目前V法铸造尚离不开砂芯，而巨制芯主要是采用自硬树脂砂、热芯盒覆膜砂和水玻璃砂，这些砂芯均能产生气体，巨所产生的气体是V法铸造产生侵入气孔的主要防范对象。

1）自硬树脂砂芯选用优质树脂砂，严格控制树脂的加入量。树脂砂用的型砂砂粒圆整度要好，角形系数应在1.35以下，泥量和细粉量（质量分数）要在0.5%以下，耗酸值要在7以下。铸钢件砂芯用含硅量（质量分数）97%以上，角形系数1.35以下的水洗砂。对树脂砂用的树脂，铸铁件可以用一般树脂，铸钢件必须用无氮或低氮的铸钢专用树脂。

2）CO₂水玻璃砂芯一定要选用质量合格的水玻璃。水玻璃砂芯通CO₂硬化，硬化后的水玻璃砂芯的残留水分仍有4%～5%，必须经250℃烘干方能排除。

3）树脂砂芯、水玻璃砂芯涂料的烘干。树脂砂芯、水玻璃砂芯的涂料必须用醇基的，喷涂涂料后，用火点燃，用燃烧产生的热量把涂料烘干。也可用烘干炉烘干，同时提高砂芯强度。

4）用40/70号的宝珠砂制芯。宝珠砂是将铝矾土熔化后用压缩空气吹制的，每个砂粒几乎都是球形，角形系数≤1.1，耐火度≥1790℃，属于中性材料，其细粉含量低，耗酸值低，所以树脂的加入量（质量分数）可节约30%～40%，水玻璃的加入量（质量分数）可节约40%～50%，制成的砂芯发气量很小，是理想的制芯材料。

5）将砂芯产生的气体引出铸型外。在V法铸造工艺中，一般发气量不大的中小砂芯，在真空系统的抽气下，不需要单设排气系统，也不会出现铸件气孔，但对一些大砂芯或发气量比较大的砂芯（如覆膜砂芯）就应该设计砂芯排气系统。一般将排气管放在芯头上，砂芯要有排气道，与排气管相通，因排气管只排气，不接触金属液，所以可以用钢管来制作，而巨可以反复使用，省工，省力，成本低，但应注意排气管与EVA薄膜的粘封和与PE膜的粘封。粘封方法如图13-79所示。

3.腔滞气孔

图13-79 粘封方法

这是V法铸造工艺独特的一种气孔型式，它不属于卷入气孔和析出气孔，也不完全属于侵入气孔。腔滞气孔的气源主要是型腔的原始气体，它是由型腔结构（铸造结构）造成的，其定义是：V法铸造的型腔因被塑料薄膜包裹密封，基本上是不透气的，在浇注中，型腔薄膜局部被金属液烧损，但金属液却成为密封体，型腔仍然是密封的，型腔内的气体受热急剧膨胀，加之型腔中可燃物燃烧产生的气体不能从型腔顺利排出，就会滞留在铸件内形成气孔，简称腔滞气孔。这种腔滞气孔危害很大，会造成呛火、塌箱、浇不足等缺陷，有时甚至会出现工伤事故。生产中总结的防止措施如下：

（1）掌握V法铸造浇注中砂型的气室腔的变化 浇注中随金属液上升，气室腔不断发生变化，开始时，整个铸型是1个大气室腔（有的铸型浇注始终都是1个气室腔），有的铸件因浇注位置和铸件结构等原因，随金属液的上升，变成数个气室腔，甚至出现多次变化。例如，汽车桥壳铸件，浇注开始时是1个气室腔，液面上升到一定高度（见图13-80中A线）时则变为3个气室腔1#、2#、3#。

实验中将2#去掉，结果铸件中间部分气室腔处出现塌箱，铸件报废。保留1#、2#通气孔，去掉3#，结果3#处出现塌箱，铸件报废。可见在气室腔设置通气口是正确的。

图13-80 汽车桥壳铸造件气室腔浇道

（2）合理设计通气口的截面积 这是V法铸造工艺设计重要的计算数据。当浇注系统是半封闭时，内浇道的总面积ΣF_内最小，是控制浇注速度的枢纽；当浇注系统是开放式时，直浇道的截面积F_直最小，是控制浇注速度的枢纽。应选择合适的通气口的总面积截面ΣF与内浇道总面积F_内或直浇道F_直之比值，如薄壁小件：ΣF_通:F_直=2:1；厚壁中大件：ΣF_通:F_直=3:1。

（3）保证通气口的数量 必须保证每个气室腔至少有一个通气口，还必须根据铸件材质的凝固特性来设计。对于铸钢件，因凝固特性是一缩到底，通气孔及冒口可以用气割切除，故通气口的截面积可以大些，一般通气口与冒口合为一体，形状以圆形为主，通气口的数量可以少一些。而铸铁件（球墨铸铁件），因其凝固特性是一次收缩→石墨化膨胀→二次收缩，通气口的截面积不宜过大，大了根部容易出现二次缩孔，造成铸件报废，而巨清除困难，所以通气口数量较多。通口孔形状以矩形居多，重点限制矩形的短边（也就是通气口厚度），一般以通气口安放处壁厚的2/3为宜。

（4）用芯头凸台法 将通气孔移到铸件本体之外，使通气口处在铸件的最高位置，不但通气效果好，提高了铸件表面质量，而巨清除方便，减少打磨通气口根部茬的工作量，如图13-81所示。

腔滞气孔的成因比较明确，只要合理设计通气系统是可以消除的。

图13-81 芯头凸台法通气系统

注：B为凸台高度。