1實驗與結果
經過多年長期的實驗研究，瀋陽真空技術研究所在該領域的工藝與設備已趨於成熟，以下列舉幾臺設備的研製過程以供參考。
1.1真空脫氣澆注爐第一號設備實驗內容
抽真空加熱，首先實驗各系統的性能：脫氣澆注爐的真空度及漏氣率均達到要求。
脫氣澆注爐的加熱效率。設備實測數據為：
- 在空爐、室溫9℃時，對導熱油加熱從12℃~120℃，加熱時間1h50min；
- 在室溫10℃、導熱油預先達到120℃後，在料倉注入8.5℃的原料260kg，罐子加滿料後，大約3h，三個測溫點溫度達到120℃；
- 將原料加熱到120℃，加熱時間為4h50min；經加熱後做蠟液脫氣實驗，將蠟液加熱到115℃，並開始攪拌15min，觀察攪拌效果；
- 開始抽真空，5s後大量氣泡上升至吸氣口高度，立即停止抽真空，約2min後，氣泡漸漸下降，可以看到部分液麵露出；
- 繼續抽真空，氣壓下降到7.0×103Pa~7.5×103Pa，停止抽真空，氣壓上升到1.0×104Pa；
- 完成了蠟液的抽真空實驗，初步達到預期效果。
1.2真空脫氣澆注爐第二號設備實驗內容：加熱、抽真空、灌裝
在第一號設備實驗基礎上，改進後重新做蠟液實驗及設備檢測實驗。
- 將原料加熱到115℃，待原料融化成液體後，加入顏料，並同時開始攪拌，耗時15min，觀察攪拌效果；
- 抽真空，打開主抽空閥3s後大量氣泡上升，液麵消失在視線中，立即停止抽真空，約5min後，氣泡高度漸漸下降，直到露出液麵；
- 再次開啟主抽空閥3s後氣泡再次大量出現，停止抽真空約3min後，氣泡漸漸下降，表面開始露出一半液麵；
- 如此循環20min後，主抽空閥保持開啟，約5min後氣泡基本消失，氣壓保持在8.6×10Pa。這時關閉主抽空閥、停止真空泵，加入香精，攪拌10min後停止攪拌機，緩慢放氣；
- 開始直接灌裝產品，第一批8只，胎膜預熱至45℃左右，使用灌注閥直接灌裝。其餘胎膜沒有預熱，胎膜溫度約12℃。
實驗結果：預熱的胎膜中間蠟液上有極少氣泡，沒有預熱的胎膜內壁上有少量氣泡。第二次蠟液脫氣實驗成功。
原因分析：通過正確控制抽真空速度的方法，解決了堵塞管路的問題，確保了實驗的繼續進行。
設備操作過程：
- 對爐體進行加熱，在室溫10℃時，將導熱油加熱到120℃，1h後鎧甲外層溫度為25℃（保溫鎧甲使用不鏽鋼材質，邊角經過壓邊處理）；
- 操縱電控面板自動打開爐蓋，爐蓋上升前，需要手動打開罐蓋鎖緊螺栓，上升到上限位最高點；
- 加入石蠟和顏料；
- 下降時，需要手扶罐蓋來確保它降落在正確的位置；
- 然後進行抽真空；
- 觀察電子儀表顯示，在未啟動攪拌器時，電子溫控儀比機械指針式溫度表的顯示值高9℃~10℃，啟動攪拌器約6min後，設備上的這兩種溫度顯示器顯示差值為1℃；
- 機械指針式真空表為相對真空度顯示，電子真空儀顯示為絕對真空度，電子真空儀顯示更精確；
- 測試抽真空速度與氣密性，當原料倉清空時，抽真空從1.03×105Pa至5.3×101Pa，耗時3min；
- 在真空度達到5.3×101Pa時，關閉主抽空閥、停止真空泵，5min後儀表顯示值上升到6.0×102Pa，1h後儀表顯示值上升到8.2×103Pa；
- 查看真空管道過濾器，在原料260kg，香精等添加劑10kg，執行一次連續抽真空操作後，原料在過濾器內沉積5kg。
從表1中可以看出：蠟液沉積到過濾器內與第一次抽真空時間，和蠟液數量有關。
澆注時，打開澆注閥，原料流速過快，不易控制，關閥時無法立即截流，並且隨著原液位的變化，原料留出的速度也不同，澆注口目前只能用於放出原料，不能直接澆注產品；
罐體內蠟液放空後，打開閥門，可以自動將蠟液吸入脫氣爐內，但因吸力過大，罐內會產生大量的氣泡，堵塞真空管路前打開放氣閥；
在平臺上觀察窗觀看罐內情況。
1.3真空脫氣澆注爐第三號設備實驗
在第二號設備性能良好的基礎上，我們又進行了第三號設備的研製，保證設備抽真空效果良好，可以達到良好的真空度。
氣密性可滿足產品生產需求，一次抽真空操作約需要25min完成；
手動打開罐蓋鎖緊螺栓，在上升到2/3以上高度後，停止上升，再次啟動上升時，電動機表現為動力不足，無法驅動吊件上升，需要加大電動功率；
機械開關罐蓋裝置的上、下限位開關安裝效果經調試穩定，特別是上限位，確保準確而有效；
經改進，攪拌機中軸輸料器，提升原料效果好，提升量多，抽真空時可以觀察原料中含有的氣泡；
真空泵更換動密封后，運行良好。
1.4蠟製品設備生產線
在脫氣澆注爐一號、二號、三號設備研製的基礎上，
做成了適合批量生產蠟製品的成型的生產線，投入生產中使用，用戶反映良好。1.4.1真空脫氣澆注爐工藝流程
對罐體進行加熱，30min可以將罐加熱到120℃，在罐體加滿料後，大約3h後，測溫點溫度達到120℃，閥門出料口加熱棒與熱電偶，溫度達到120℃，蠟液流動性非常好，容易出蠟；
攪拌速度採用200r/min，攪拌2h，使蠟液攪拌均勻；脫氣時能看到脫氣傘上的液體均勻流下；
觀察真空表，顯示在1×103Pa以下時；控制系統正常運行。
1.4.2真空脫氣澆注爐的檢驗
剛出爐時熱態澆注檢測；
澆口杯位置上、下移動時檢測其澆注效果；
冷卻後檢測產品內有無氣泡；檢測真空與非真空產品對比；
檢測方法為目測與儀器檢測。
1.4.3透明果凍臘產品的實驗結果
目測的結果，設備安裝到生產線上，澆注出的果凍蠟產品，氣泡較少，色澤光鮮，一共澆注了50多杯。
澆口杯位置上下移動時，距離閥門出口位置最近處效果最好，隨著距離的增大，蠟液自重影響越來越大，效果稍差。
同樣原材料，真空脫氣澆注爐生產的產品與非真空生產線生產的產品對比：熱態時同為液體，效果相近，冷卻後非真空生產線生產的產品氣泡多，外觀不好；真空脫氣澆注爐出來的產品氣泡很少，甚至無氣泡，外觀保持非常好。
儀器檢測結果：真空脫氣澆注爐出來的產品，內部結構質密，不受溫度影響。非真空生產線上的產品則受溫度影響較大；熱態時良好，冷態時較差，這主要是由於蠟液內氣泡沒有被抽出。
真空脫氣澆注爐剛安裝到生產線上後，配合不好，但生產的產品比非真空生產線好。真空脫氣澆注爐澆注蠟液到美國澆注保溫箱內，再由澆注保溫箱對澆口杯進行澆注。
脫氣澆注爐與生產線為同一電控系統，則配合問題可以解決，但製造成本會增加。由於蠟製品銷售價格不可能太高，只能靠數量贏得經濟效益，所以不論是脫氣澆注爐還是生產線，在製造上均要求降低製造成本，儘量使用原有生產線，縮短製做工期，儘快佔領市場。改進後的脫氣澆注爐生產線在國內獲得成功，投入使用和推廣，生產線遠銷越南等地。
結論：真空脫氣澆注爐大大改善了以往制蠟生產線設備的不足，原材料石蠟內部的微小氣泡等雜質得以抽出，改善了產品的內部結構。使產品品質提高，未來發展前景廣闊。
真空在制蠟工業中的應用還處於初級階段，如果未來能在真空度控制方面更加準確，真空澆注蠟液與生產線的配合無需人為操作，增加設備的自動化操作程度，效果會更好。
2技術難題與解決辦法
2.1真空管路及泵被凝固蠟液堵塞
解決辦法：改進電控及真空管路結構。通過改進PLC程序，控制主抽閥在抽真空初期階段，間歇性開啟。一段時間後，常開主抽閥。具體間歇時間需要進一步測試；同時改進過濾器結構，加大容積；在過濾器頂部吸氣，在過濾器上方1/5處增加過濾網材料、中間部位進氣（進氣管沿過濾器內壁切線方向，向下傾斜10°角進入過濾器）。
2.2實驗中還發現，真空管路存有少量蠟液，在自動進料時，罐內會產生大量的氣泡，澆注不理想。
蠟液換顏色時是否需要清洗，設備結構上，兩側踏板平臺無防護圍欄，在平臺上不能從觀察窗觀看罐內情況。
解決辦法：繼續修改PLC程序，增加一套預抽真空的功能，間歇性開啟主抽閥。20min後，自動切換成常開啟主抽閥；同時調整過濾器吸氣與進氣口方向，設置為過濾器上部排氣、底部進氣。這樣需要將過濾器真空泵端調整到上端、主抽閥端調整到下端，再向下延長過濾器。
進一步改進自動進料的裝置操作，使得在需要進料時，開啟分壓放氣閥，以降低吸力，因為
吸力過大，罐內會產生大量的氣泡，嚴重時會堵塞真空管路設施。（培訓操作者注意這部分操作！）由於脫氣澆注爐內的蠟液最好往生產線上的模具裡澆注，所以本系統關鍵點在於閥門的溫度是否與罐體溫度一致，經過市場調研，選擇帶夾套加熱的閥門。實測該閥門閥體部分溫度滿足要求，而閥口部分溫度稍低，可用增加加熱棒與熱電偶解決。只要溫度一致，就能使石蠟液體流動性良好，又不破壞材質。在採用導熱油加熱過程時，設備方面需要考慮的問題也不少，因為受空間限制，閥門及泵部分需要螺紋連接，不適合導熱油密封。經過技術人員與工人師傅努力，採用聚四氟乙烯端部密封，圓滿地解決了這一問題。
澆注口只用於放出原料，不直接澆注產品；由於高溫時液體原料放出速度較快，無需清洗。改進設備結構：在兩側平臺上增加圍欄；在平臺上增加一層腳踏板。
操作自動化主要由電控系統及裡面的PLC完成，如下圖，電控面板上有操作按鈕，電控櫃裡面有PLC，將手動操作時總結出來的工藝曲線時間，轉化成程序輸入到PLC裡面。完成後，只要操作者一按按鈕，餘下的動作自動完成，這樣只要一個操作者，便可以操作三臺設備。
2.3實驗所遇到的技術難題還有：
3號脫氣澆注爐提升罐蓋時，電動機表現為動力不足，無法驅動吊件上升；機械開關罐蓋裝置的限位開關安裝效果不穩定，特別是上限位；攪拌機中軸輸料器，提升原料效果不好，提升量極小。
解決辦法：將罐蓋提升滑輪重新機械加工，保證運轉間隙大，克服偏心阻力；調整上限位行程開關位置；將攪拌機中軸輸料器拆下，調整角度與間隙，使輸料器與外筒間隙均勻，重新裝上；拆真空泵，更換動密封，而動密封損壞的原因為香精腐蝕作用太強，真空泵的密封材料應全部換成氟橡膠；重新裝好後，真空泵運轉正常。
2.4其他技術問題
在操作中所遇技術問題，真空脫氣澆注爐安裝到生產線上後，配合不好。製造成本高。
解決辦法：在澆注方面又增加了美國澆注保溫箱，完成後續澆注過程，產品達到要求。同時在製造上降低製造成本，發揮各廠優勢，儘量使用原有生產線，縮短製造工期。另外，積極做申報專利工作，儘快佔領市場。
整套制蠟生產線除了有真空澆注設備，還需要配一臺加熱去表面氣泡裝置，如圖7，在真空脫氣爐下面：
在收集了相關的基礎資料的基礎上，通過對該生產線中的真空脫氣澆注爐的設計製造，安裝調試，並多次改進，製造出滿足用戶要求的設備，大大提高了生產效率，降低成本，可做到批量生產，並且生產線已遠銷越南等國，受到用戶的好評。
本文首發於《真空》雜誌2016年第2期
原文標題：真空在制蠟工業中的應用研究
本文作者：艾春江1，楊洪帥1，艾博元2
作者單位：1.瀋陽真空技術研究所；2.遼寧工業大學機械工程與自動化學院
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