真空铸造技术在现代钢琴产业中的应用

乐思华彩

                      秦敏静教授在《乐器》撰文阐述
           真空铸造技术对提升钢琴品质的重要作用

      2010年9月，沈阳音乐学院乐器工艺系副主任，中国音乐家协会钢琴调律师学会常务理事秦敏静副教授来到和声钢琴公司进行调研。期间，通过对和声钢琴技术工艺的认真研究，感受到真空铸造技术对现代钢琴品质的影响，特别编写了《真空铸造技术在现代钢琴产业中的应用》一文。该文被 《乐器》杂志刊登在2011年第三期。文章内容如下：

       编者按：秦敏静，女，现任沈阳音乐学院乐器工艺系副主任、副教授、硕士生导师、国音乐家协会钢琴调律师学会常务理事，国家劳动和社会保障部高级（一级）技师。1987年沈阳音乐学院钢琴调律专业毕业留校任教，硕士学位。多年来致力于钢琴调律的教学及研究工作，在《中国乐器》、《乐器》等杂志发表专业论文十余篇，为现代科学技术在钢琴制造中的应用作出了十分重要的贡献。还对钢琴零部件与钢琴音质、音色等关系的深入研究，为我们国内钢琴产品质量的提升具有借鉴作用。2010年9月，秦敏静教授率研究生到福州和声钢琴有限公司进行调研，为和声钢琴真空铸造技术工艺所吸引，经深入考察论证，发表此文，阐述真空铸造技术对升钢琴品质的重要作用。

                     

               真空铸造技术在现代钢琴产业中的应用
                               文/秦敏静

     导读：真空铸造技术，即真空密封造型铸造法，利用塑料薄膜抽真空使干砂成型的造型法，是目前较先进又非常具有发展前途的铸造技术。最早应用此技术的应该是日本的一些品牌钢琴，国内首家采用真空铸造技术“V”法（Vacuum）加工铸铁板的系福州和声钢琴有限公司生产的哈曼尼钢琴，因其铸件尺寸的稳定性、受力后不产生变形，其允许公差程度的保证，为钢琴的音准稳定，钢琴品质的提升，打下了坚实的基础。

     真空铸造技术即V法造型，来源于英文Vacuum（真空）一词，是一种物理造型法。在古代中国，就有利用真空铸造产品的记载。随着现代社会科技高速发展，工业化程度的提高，对真空环境的迫切需求，使得真空铸造技术被广泛使用。进入20世纪末期，已逐渐形成规模，铸造行业相继发展出各种以真空铸造技术为基础，从而提高逐渐品质与生产效率的工作方法。尤其在航空领域，通过使用计算机技术进行辅助模拟，能够预测铸造缺陷的产生，很大限度的节约了工作时间，降低了生产成本，提高铸件的生产效率。在中国的钢琴制造产业中，也将真空铸造技术开发应用于钢琴铸铁板的生产中，并已形成铸铁板的产品质量保证体系。

   一、真空铸造铸铁板的基本工艺流程

    1、真空铸造铸铁板的工艺与普通砂铸不同，它是由上箱模和下箱模两个独立的模板组成，上、下箱模的底部及高低变化处分布有1毫米的气孔，以便抽吸空气之用。

    2、用加热后的尼龙薄膜盖在模板上（该薄膜可以伸展8倍而不破裂），当箱模底部抽出真空，此时的薄膜就全部覆盖紧贴在模板上。完全呈现模板的形状，随后喷上耐高温的涂料，并用热风吹干涂料。

    3、模箱上放置空的砂箱，将其充满型砂（是细白的干砂）后，再覆盖上塑料薄膜（不需加热仅为隔绝空气）。此时，中间的砂箱接上真空管抽真空，在下箱关闭真空管，下箱的尼龙薄膜就脱在中箱上了。

    4、用同样的方法制作上箱的模板，最后上下两个箱扣在一块，留出浇注口和排气口，当铁水浇入后，保压3-5小时。再吊起两型箱，当关闭真空管，砂子全部散落，就会呈现出铸铁板。

    5、型砂通过砂筛过滤，去除杂质，流入冷却管道冷却，再重复使用。去掉铸铁板飞边毛刺摆好，时效静置，等到要使用前再进行对铸铁板的喷砂处理以及表面的光洁的处理。（用气体喷出小的钢珠，反复击打铸铁板表面清理杂质，使得铸铁板表面平整、光洁）。

  二、真空铸造铸铁板的工艺特点

     真空铸造铸铁板不足之处就是，相对传统砂型铸造而言，制造的成本较高，这部分成本的提高可以在产品的附加值中去抵消。因此与传统砂型铸造工艺相比，真空铸造铸铁板的优点还是很多的，总结如下：

     1、真空铸铁板的尺寸精度高，铸铁板表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确。铸型内腔表面覆有塑料薄膜，用较细干砂，使铸型硬度高且均匀，铸型面光滑无瑕疵。砂箱起模容易，型腔不易变形。浇注时，由于砂箱保持真空状态，有利于金属液充填型腔。

     2、真空铸铁板加工余量小，利用率高，省去有关粘合剂、附加物及混砂设备。由于金属液在型腔中冷却速度较慢，金属活动性较好，充填能力强，有利于金属的补给，提高金属的利用率，铸型硬度高、冷却慢，利用补缩，减少冒口的尺寸，减少了加工余量。模具及砂箱使用寿命长。

     3、各种运行维修费用减少，节约投资。除需要曾置真空泵和采用专用的砂箱外，其他设备较为简单。由于真空铸造使用干砂，落砂容易，可以省去落砂机、混砂机及一些辅助设备，投资费用少，设备维修方便；节约原材料和劳动力，砂子的回收率高。

     4、工具的使用寿命有效延长。因真空铸铁板有塑料薄膜保护，拔模力很小，只有微震且不受高温高压作用，所以模样不易变形和损坏。

    三、真空铸造技术与传统铸造技术的比较

   （一）传统的铸造工艺流程

     传统铸铁板的铸造工艺（也称为“翻砂”），首先要做一个铝模，在砂箱里造型，此时的砂子是湿的，先造型一半（分为上箱和下箱），用气锤击打型砂，形成一半，再将铝模提起翻个在下箱中再造型，形成另一半。在型箱里刷上涂料（耐高温），将型箱吊起对扣固定，留出浇注口和排气孔，当铁水溶化后将其浇注入口后，就基本完成了。此时的型箱要保持不动，等到第二天，铸件退温后，再将上下型箱吊起，取出工件，去掉飞边毛刺，铸件完成了，等待时效静置。传统的砂铸铸铁板，会因为铸造工艺的特点，砂箱造型困难，容易塌砂，使得铸件表面粗糙或者缺陷。不能实现精密铸造的精美造型要求。

   （二）传统铸造工艺存在的问题

     1、变形问题

       传统的普通砂铸工艺，尤其是钢琴的铸铁板铝模很容易变形损坏，因为每天都要由气锤击打型砂，承受压力大就很容易变形（铝模较软），一旦铝模变形，铸出的铸件也随之变形。铸铁板的变形将直接影响到装配的尺寸要求，如码桥的高度、击弦点位置等等，如果勉强调整尺寸装配起来，在后续的调试过程中还会出现击弦机的定位尺寸问题等。所以要保证铸铁板的安装尺寸，铸造的过程很重要，要求铸铁板不变形，如何解决预弯应力的变化，都是一个很重要的问题。在现场要做许多次的实验，要经常检查校对，避免弯曲变形。

     2、表面光洁度问题

        当铸铁板变形问题解决了，还有表面光洁、平整度问题，在后期的加工中会花费较多的时间和用材，如：需用角向砂轮机打掉多余的部分，用腻子修补凹陷的部分，再用底漆补平表面，砂平等等，有较大的工作量，将增加制造成本，也会影响到生产的进度。在许多的钢琴制造企业中都会遇到的这些问题，而且还是经常会出现的问题，这时就要及时对于铝模做调整、修补等等，耽误生产。

     3、铸件的强度问题

        传统的砂通常用冲天炉（烧焦炭的）来溶解铁水，制造成本低，虽然同样可以按照HT150的灰铸铁标准生产铸铁板，但焦炭中含有较多是杂质溶入水中，也会影响到铸件的硬度。所以也有改成用电炉来溶解铁水，但是由于砂铸工艺的特点，上述的铸件品质问题很难避免的。

   （三）钢琴铸铁板对铸造的要求

      立式钢琴的琴弦总拉力能达到15吨左右，三角钢琴的琴弦总拉力最大的九尺琴能达到26吨。如此大的拉力绝大部分是由铸铁板承担的，因此铸铁板是否有足够的抗压抗弯强度，是钢琴稳定的基本条件。

     模型的要求是铸造中的重要环节，铸铁板的形状尺寸设计非常重要，在制作时需注意各连接的断面之间厚薄尺寸相差不能过大，筋杆与板片的连接需要逐渐过渡，折角处不能形成钝角，应采用圆角过渡。这样可在琴弦拉力增加过程中，很少产生变形或避免断裂的可能性。为了使铝模易于出模，模型要有一定的脱模斜度，这样不至于损坏砂型。因此在浇铸铸铁板前，应将此种铁水按抗拉抗弯国际标准浇铸成试棒，进行测试，合格后才能进行正式浇铸。

     传统的铸铁板铸造材料为灰口铸铁和球墨铸铁。铸铁板制作时，板片处比筋杆处容易冷却。易于冷却的板片部分会析出少量的石墨，增加了铸铁板的碳化合物，形成硬性碳化铁。冷却较慢的筋杆部分，具有较充分的时间将铸件中的碳转变为石墨，而成为相对较软的铸铁。因此在筋杆与铁板的连接部分，要尽量采用均匀过渡的设计准则。

     铸铁板在浇铸时必须排除存在于其中的气体。铸铁板中一旦有气泡出现就形成空穴冷隔，并且可能产生断裂，避免的方法就是提高铁水的温度。铸铁板因浇铸时的冷却过程不均匀，可能产生收缩裂缝，这种现象的产生，还可能有其他的原因，如砂模太硬、过于潮湿或者出模过早等原因。

     砂模上浇铸口对浇铸铁板也很关键，浇铸口应在铁水不受阻的情况下顺利的流入砂模。而不良的浇铸口可能使铁板产生内应力，在挂弦拉紧时，铸铁板在强大的张力作用下产生变形而断裂。因此，要铸造出好的铸铁板，不但具有充分的理论依据，而且具有丰富的实践经验。

    四、真空铸造技术在现代钢琴中的应用

        笔者认为在国内真空铸造技术经过多年的实践，应用在钢琴制造中已日趋成熟。它突破了传统的砂铸工艺局限，使得钢琴铸铁板有许多的创新之处，建立了国产钢琴的创新理念，有力地推动了国产钢琴的技术进步。举例如下：

     1、真空铸造浮雕式编码技术

      在哈曼尼钢琴上可以看到每一片铸铁板都铸造有一个出厂编码号，清晰工整，一片一号不重复，它可以作为产品质量跟踪的一个编号，（已成为品质跟踪卡上的必备数字），也可以作为钢琴的防伪标识（无法涂改）。另外在铸铁板上铸出精美的浮雕式图案栩栩如生，是目前国内钢琴不多见的。

      2、真空铸造镶嵌式弦枕

      利用真空铸造技术，哈曼尼钢琴继而研发了镶嵌式弦枕、高音区双泛音装置、V型压弦条等三项专利技术，尤其是镶嵌式弦枕，在铸铁板上铸出一个凹槽，再镶嵌一根直径仅为2.5毫米的不锈钢作为弦枕，这样一旦钢琴用久了，弦枕磨损了就可以换一根，钢琴的基本尺寸还可以保持不变的。不锈钢条作为弦枕可以保证弦枕与琴弦交点的一致性。从铸出的凹槽来看，必须是很精确的，如果凹槽铸出后变形或者高低不平，那么，弦枕的安装就会出现问题，甚至整个铸铁板都报废的。通过采用不锈钢线镶嵌在铸件弦枕槽内，实现弦枕面的R度统一，保持与各弦之间的接触点一致，不会因弦枕锈蚀而产生误差。

      因此，这项工艺上的保证很重要。如果用普通的砂铸工艺是完全无法实现的，表面的光洁度也无法达到的。利用真空铸造技术，使得传统的钢琴制造得到一种创新，在高音处改善了音色，保证了音质。对于生产方面来说是新工艺新技术的成功应用，产品的差异化特点的体现。对于销售方面来说是产品的特点卖点，使得消费者有更多的选择。

  3、真空铸造加工孔位

     在应用真空铸造技术方面，为了解决钻孔靠模问题，哈曼尼钢琴利用真空铸造工艺的特点，将铸铁板上的所有孔位，都铸出鱼眼孔。如：弦轴钉孔、铁板钉孔、铸铁板四周的固定螺丝孔、压弦条的固定螺丝孔、击弦机的固定上婆螺丝孔等等。这样一来只要直接对着鱼眼孔就可以钻孔了，也不需要钻孔靠模，其钻孔 的速度要比数控钻床的速度要快，误差率很小，完全在允许的范围之内。这一创新是传统砂铸无法实现的。

     上述举例说明真空铸造工艺制造的“R版”浮雕式编码技术铸铁板、镶嵌式弦枕、高音双泛音装置、V型压弦条等四项专利技术，开创了真空铸造铸铁板的历史先河，为中国的钢琴制造产业产品质量的提升奠定了坚实的基础。

     结语

     真空铸造技术，不是新的铸造工艺，在许多的铸件中都有采用的，尤其是工业化水平先进的一些机床类的铸造，应用的较多，为使国产的钢琴与世界其他先进国家的钢琴水平相抗衡，福州和声钢琴有限公司生产的哈曼尼钢琴，将其开发应用于制造钢琴的铸铁板中。由于真空铸造技术具有能够适应生产形状非常复杂、厚度变化很大、铸件无缩孔及缩松现象等优点，它不使用粘结剂，落砂简便，使造型材料的耗量降到最低，减少了费砂，改善了劳动条件，提高了铸件表面质量和尺寸精度，降低了铸件的生产能耗。因此，在中国的钢琴制造产业中，一定会成为很有发展前途的先进的铸造工艺。

乐乐初学

好专业啊！

雅马哈专卖店

铸铁板的作用


        一架钢琴的琴弦约230根，每根的张力大约90公斤，所以背柱和铸铁板两者一起要承受约20吨的琴弦张力。背柱和铸铁板的强度直接影响到钢琴的质量，它们不单单承受和支持琴弦的张力，也关系到琴弦的震动。所以铸铁板自身和钢琴的音质有很大关联，硬度，形状，厚度对声音都会产生很大影响。

雅马哈铸铁板的特点

独自开发了世界上最新的V-Process铸造技术，采用优质铸铁，有自己的工厂生产高质量的铸铁板。铸铁板的铸造生产技术质量高，需要大规模的生产设备。像雅马哈一样能在自己工厂一条龙生产的制造商，全世界别无他家：




V-Process铸造技术：利用真空技术的最新铸造方法。一直以来的铸造方法是用砂，粘土，水来制造磨具。V-Process是将细沙用薄膜包起，真空状态下将沙固定成型。这样做的好处，铸造物的表面更光滑美观，品质也大幅度提高。不仅仅是外表好看，精密度也提高了很多。这样的铸铁板对钢琴的整体质量很有帮助，直接关系到音质。

目前国内杭州生产的雅马哈钢琴均采用这种铸铁板：









国产日韩的其他品牌钢琴，铸铁均为国内铸造厂代为加工，400元一块。400元用雅马哈的铸铁从日本运到国内，连运费都不够。而且这些铸铁厂不是专门生产钢琴铸铁板，很显然出来的产品比专业的要差很多。 所以雅马哈钢琴的铸铁，成本是很高的，但质量也是最好的。



转自乐器通https://blog.qingdaonews.com/v/12243/archives/2007/173600.html

AChong

好的钢琴一定是这些好的配件组合而成的，但问题是普通的购买者如何才能识别它的真偽呢？

雅马哈专卖店

可以先看看前面的帖子   浅谈如何选购钢琴

海知音琴行

英昌独有的V-PROCESS最新铁板铸造法，使音色增强铸造的铁板，成就了丰富而内涵深厚的完美音色

海知音琴行

https://www.youngchang.com.cn/index.asp

海知韵琴行

目前世界上的钢琴钢板生产工艺，主要分为“真空铸造”与“传统的翻砂铸造”两种——

    “真空铸造工艺”相对与“传统的翻砂铸造”更为先进，成型的钢板密度更为均匀。天津英昌是国内目前为止唯一有能力生产真空钢板的钢琴厂；天津英昌钢琴铸造厂成立与1991年，设备采用了最先进的V-PRO铸造设备，占地面积一万四千平方，建筑面积四千五百平方。（铸造厂的规模基本相当与国内一家中型钢琴厂的规模）

     目前国内绝大多数钢琴企业的钢板均为对外采购，并无自行能力生产钢琴钢板。(雅马哈目前YE系列部分型号在试用英昌制钢板，有大规模投入采购的倾向）


下面来和大家了解一下“真空铸造的钢板”

首先，任何成型的铸造物件都需要有模具，为了铸造钢板的框架完整，钢板铸造之前必须要先检查模具，剔除杂质，保证钢板成型的质量。





检查完模具没有问题，就开始最重要的一个环节，就是真空贴膜了。

真空铸造的原理就是，铁水铸入的时候，模具内是真空状态，这样，钢板铸造成型的过程中，密度是相当均匀的，尤其是表面的密度和光滑度好，内部不会有传统翻砂工艺所产生的气泡。



贴完膜，进行膜具的贴合并抽干内部的空气



最后进行铁水浇注，真空膜会自动溶化



在这要特别讲一下生产铁水的熔炉，英昌钢琴采用的是韩国进口的2.5T的电炉，而目前国内基本采用的是焦炭炉。
电炉相对与焦炭炉的优点是，铁水温度可以控制在最佳，而焦炭炉却无法控制，从而提高英昌铸造钢板的质量。
并且环保。


另外英昌钢琴的铁水成分检测仪器也是国内最先进的仪器之一，铁水的成分检测控制是时时进行的，这也保证了英昌钢板的品质质量。

钢板成型后，进行数控车铣



再对钢板的弦轴眼进行数控加工



以上为英昌钢琴真空钢板，大概的生产流程，整个生产都是以国际最先进的流水线作业方式进行，1995年英昌在中国天津设立全新厂房 ，英昌在今天已是全球最大钢琴制造厂之一。