砂型铸造

砂型介绍

制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂黏结剂。最常用的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的砂型和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂黏结剂，将松散的砂粒粘结起来成为型砂。应用最广的型砂黏结剂是黏土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂黏结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的黏结剂及其建立强度的方式不同分为黏土湿砂型、黏土干砂型和化学硬化砂型3种。

黏土湿砂

以黏土和适量的水为型砂的主要黏结剂，制成砂型后直接在湿态下合型和浇注。湿型铸造历史悠久，应用较广。湿型砂的强度取决于黏土和水按一定比例混合而成的黏土浆。型砂一经混好即具有一定的强度，经舂实制成砂型后，即可满足合型和浇注的要求。因此型砂中的黏土量和水分是十分重要的工艺因素。

以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，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。

砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和黏结剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。

黏土湿砂型铸造的优点是：①黏土的资源丰富、价格便宜。②使用过的黏土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用。③制造铸型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的时间长。⑤砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。缺点是：①混砂时要将粘稠的黏土浆涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备，否则不可能得到质量良好的型砂。②由于型砂混好后即具有相当高的强度,造型时型砂不易流动，难以舂实,手工造型时既费力又需一定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。③铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。④铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。

黏土干砂型制造这种砂型用的型砂湿态水分略高于湿型用的型砂。

黏土砂芯用黏土砂制造的简单的型芯。

黏土干砂

制造这种砂型用的型砂湿态水分略高于湿型用的型砂。砂型制好以后，型腔表面要涂以耐火涂料，再置于烘炉中烘干，待其冷却后即可合型和浇注。烘干黏土砂型需很长时间，要耗用大量燃料，而且砂型在烘干过程中易产生变形，使铸件精度受到影响。黏土干砂型一般用于制造铸钢件和较大的铸铁件。自化学硬化砂得到广泛采用后，干砂型已趋于淘汰。

化学硬化砂型

这种砂型所用的型砂称为化学硬化砂。其黏结剂一般都是在硬化剂作用下能发生分子聚合进而成为立体结构的物质，常用的有各种合成树脂和水玻璃。化学硬化基本上有3种方式。

① 自硬:黏结剂和硬化剂都在混砂时加入。制成砂型或型芯后，黏结剂在硬化剂的作用下发生反应而导致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用于造型，但也用于制造较大的型芯或生产批量不大的型芯。

② 气雾硬化:混砂时加入黏结剂和其他辅加物，先不加硬化剂。造型或制芯后，吹入气态硬化剂或吹入在气态载体中雾化了的液态硬化剂，使其弥散于砂型或型芯中，导致砂型硬化。气雾硬化法主要用于制芯，有时也用于制造小型砂型。

③ 加热硬化:混砂时加入黏结剂和常温下不起作用的潜硬化剂。制成砂型或型芯后，将其加热，这时潜硬化剂和黏结剂中的某些成分发生反应，生成能使黏结剂硬化的有效硬化剂，从而使砂型或型芯硬化。加热硬化法除用于制造小型薄壳砂型外，主要用于制芯。

砂型制造

制造砂型的材料称为造型材料，用于制造砂型的材料习惯上称为型砂，用于制造砂芯的造型材料称为芯砂。通常型砂是由原砂（山砂或河砂）、黏土和水按一定比例混合而成，其中黏土约为9%，水约为6%，其余为原砂。有时还加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的 性能。

型砂和芯砂的质量直接影响铸件的质量，型砂质量 不好会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。良好的型砂应具备下列性能：

1)透气性型

高温金属液浇入铸型后，型内充满大量气体，这些气体必须由铸型内顺利 排出去，型砂这种能让气体透过的性能称为透气性。否则将会使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。铸型的透气性受砂的粒度、黏土含量、水分含量及砂型紧实度等因素 的影响。砂的粒度越细、黏土及水分含量越高、砂型紧实度越高，透气性则越差

2) 强度

型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。型砂必须具备足够高的强度才能在造型、搬运、合箱过程中不引起塌陷，浇注时也不会破坏铸型表面。型砂的强度也不宜过高，否则会因透气性、退让性的下降，使铸件产生缺陷。

3) 耐火性

高温的金属液体浇进后对铸型产生强烈的热作用，因此型砂要具有抵抗高温热作用的能力即耐火性。如造型材料的耐火性差，铸件易产生粘砂。型砂中SiO2含量越多，型砂颗粒越大，耐火性越好。

4) 可塑性

指型砂在外力作用下变形，去除外力后能完整地保持已有形状的能力。造型材料的可塑性好，造型操作方便，制成的砂型形状准确、轮廓清晰。

5) 退让性

铸件在冷凝时，体积发生收缩，型砂应具有一定的被压缩的能力，称为退让性。型砂的退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。型砂越紧实，退让性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退让性。

相关特点

化学硬化砂型铸造工艺的特点是：

①化学硬化砂型的强度比黏土砂型高得多，而且制成砂型后在硬化到具有相当高的强度后脱膜，不需要修型。因而，铸型能较准确地反映模样的尺寸和轮廓形状，在以后的工艺过程中也不易变形。制得的铸件尺寸精度较高。

②由于所用黏结剂和硬化剂的粘度都不高，很易与砂粒混匀，混砂设备结构轻巧、功率小而生产率高，砂处理工作部分可简化。

③混好的型砂在硬化之前有很好的流动性，造型时型砂很易舂实，因而不需要庞大而复杂的造型机。

④用化学硬化砂造型时,可根据生产要求选用模样材料,如木、塑料和金属。

⑤化学硬化砂中黏结剂的含量比黏土砂低得多,其中又不存在粉末状辅料,如采用粒度相同的原砂，砂粒之间的间隙要比黏土砂大得多。为避免铸造时金属渗入砂粒之间，砂型或型芯表面应涂以质量优良的涂料。

⑥用水玻璃作黏结剂的化学硬化砂成本低、使用中工作环境无气味。但这种铸型浇注金属以后型砂不易溃散；用过的旧砂不能直接回收使用，须经再生处理，而水玻璃砂的再生又比较困难。

⑦用树脂作黏结剂的化学硬化砂成本较高,但浇注以后铸件易于和型砂分离,铸件清理的工作量减少，而且用过的大部分砂子可再生回收使用。

砂芯类型

为了保证铸件的质量，砂型铸造中所用的型芯一般为干态型芯。根据型芯所用的黏结剂不同，型芯分为黏土砂芯、油砂芯和树脂砂芯几种。

黏土砂芯

用黏土砂制造的简单的型芯。

油砂芯

用干性油或半干性油作黏结剂的芯砂所制作的型芯，应用较广。油类的粘度低，混好的芯砂流动性好，制芯时很易紧实。但刚制成的型芯强度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然后在200～300℃的烘炉内烘数小时，借空气将油氧化而使其硬化。这种造芯方法的缺点是：型芯在脱模、搬运及烘烤过程中容易变形，导致铸件尺寸精度降低；烘烤时间长，耗能多。

树脂砂芯

用树脂砂制造的各种型芯。型芯在芯盒内硬化后再将其取出，能保证型芯的形状和尺寸的公差。根据硬化方法不同，树脂砂芯的制造一般分为热芯盒制芯、壳芯和冷芯盒制芯三种方法。①热芯盒法制芯：50年代末期出现。通常以呋喃树脂为芯砂黏结剂，其中还加入潜硬化剂(如氯化铵)。制芯时，使芯盒保持在200～300℃，芯砂射入芯盒中后，氯化铵在较高的温度下与树脂中的游离甲醛反应生成酸，从而使型芯很快硬化。建立脱模强度约需10～100秒钟。用热芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比较高，但工艺装置复杂而昂贵，能耗多，排出有刺激性的气体，工人的劳动条件也很差。②壳芯采用覆模砂热法制芯，砂芯强度高，质量好；③冷芯盒法制芯：60年代末出现。用尿烷树脂作为芯砂黏结剂。用此法制芯时,芯盒不加热,向其中吹入胺蒸汽几秒钟就可使型芯硬化。这种方法在能源、环境、生产效率等方面均优于热芯盒法。70年代中期又出现吹二氧化硫硬化的呋喃树脂冷芯盒法。其硬化机理完全不同于尿烷冷芯盒法，但工艺方面的特点，如硬化快、型芯强度高等，则与尿烷冷芯盒法大致相同。

水玻璃砂芯

用水玻璃做黏结剂 做的砂芯可分成以下几种：水玻璃CO2法、酯硬化水玻璃自硬法、水玻璃甲酸甲酯冷芯盒法。

铸造优势

砂型铸造的破碎机耐磨件在国内还是非常普遍的，像颚板、高铬板锤、破碎壁、轧臼壁等等，因为在破碎机设备中，作为一种比较大的耐磨铸件，相对来说精确度不是很高，特别如颚板，出来的成品几乎不用车床打磨，破碎壁、轧臼壁、辊皮之类的也只是铸件的部分地方需要车床打磨，所以特别适合用砂型铸造，因为砂型铸造的颚板、高铬板锤、破碎壁、轧臼壁、辊皮等等这些破碎设备的耐磨件比其他如消失模铸造工艺的产品耐用20%以上。但是消失模铸造具有尺寸精度高，加工余量小，干砂落砂方便，清理打磨工作量减少50%以上，节约劳动成本，因此消失模铸造的价格相对较低。

砂型铸造是铸造工艺中的一种，砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，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。目前，国际上，在全部铸件生产中，60～70%的铸件是用砂型生产的，而且其中70%左右是用黏土砂型生产的。

主要原因在于：砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。所以像汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用黏土湿型砂工艺生产的。当湿型不能满足要求时再考虑使用黏土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。黏土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而黏土干型生产的铸件可重达几十吨。因砂型铸造具有以上的优势，所以，其在铸造产业中应用越来越广泛。未来，其将会在铸造业中扮演着越来越重要的角色。

铸造趋势

铸造行业的80%以上的产品都是砂型铸造完成的,因此我们通常所讲的铸造一般就是指砂铸,即砂型铸造.

“八五”期间铸造受到了原机电部高度重视，投入了建国以来最大的一次专项技改贷款和攻关费用，扶持了铸造机械行业产品的开发和发展。“大型抛丸清理机的制造”，“垂直分型无箱射压造型机”，“水玻璃砂旧砂再生设备的研制”，“金属型铸造设备”等等相继被开发应用。

“九五”期间，铸造行业承担并树立完成了“轿车铸件毛坯精化高效造型与清理成套技术与装备”的任务，“缸体高效连续抛丸清理线的开发与研制”也取得圆满成功，1999年完成了国家攻关高水平的气冲造型线项目的成功。

“十五”期间，铸造行业主要经济指标的年均增长都在30%以上，高于机床工具全行业平均增长水平，特别是利润增长更快，年均利润增长高达46%，同时也保持较高的市场销售水平。另外，树脂砂铸造成套设备，基本可以满足国内市场需求，改变了过去主要依赖进口的局面；已经能够生产出较高水平的铸造自动生产线，达到可部分替代进口的水平，部分的解决了轿车发动机缸体、缸盖等铸件毛坯也要进口的情况；高水平自动制芯机、自动铸件清理机、自动砂处理机、大型自动压铸机以及精密铸造设备等铸造机械，国内基本上都能生产制造。应当说“十五”期间铸造机械行业的产品水平有了很大提高，为中国铸造机械行业今后的进一步发展打下良好基础。

“十一五”期间，铸造业在巨大市场需求的刺激下，仍将继续保持较高速度增长。由于铸造机械产品的技术水平仍然与市场需求差距较大，使行业的发展存在巨大的发展潜力和扩展空间，为铸造机械行业的快速增长带来机遇。

“十二五”时期，整个铸造行业特别要在铸造新工艺和新材料上下工夫，铸造材料的价格居高不下，要求精密铸造行业必须而且快速开发出新的可替代的低价新材料；下游客户的的要求的不断提高，驱使我们必须提升工艺水准；人力资源成本的不断上升，我们必须在精密铸造装备上多下工夫，多开发，多投资！例如，中国铸造权威机构中国铸造协会及国际铸业咨询网一致推荐的新材料精铸专用刚玉及台湾的铸造手机器人等，都是精密铸造下一步发展的方向。

工艺流程

砂型铸造用的是最流行和最简单类型的铸件已延用几个世纪.砂型铸造是用来制造大型部件，如灰铸铁，球墨铸铁,不锈钢和其它类型钢材等工序的砂型铸造。其中主要步骤包括绘画，模具，制芯，造型，熔化及浇注，清洁等。

制图

传统方法是取得铸造图纸然后把图纸送往铸造厂。这一过程可以在报价中完成。如今，越来越多的客户及铸造厂商使用电脑辅助设计以代替。

模具:

在砂型铸造中模具是使用木头或者其他金属材料制成。在这个过程中，我们要求我们的工程师，使模具尺寸略大于成品，其中的差额称为收缩余量。其中目的是熔化金属向模具作用以确保熔融金属凝固和收缩，从而防止在铸造过程中的空洞。

制芯:

制芯只要通过把树脂砂粒置于模具中，以形成内部表面的铸件。因此芯与模具之间的空隙最终成为铸造。

成型

在熔炼成型过程中需要准备一付模具。成型通常涉及模具的支承构架，拉出模具使其在浇铸过程中分离，在先前放置的芯在模具中融化然后关闭模具口。

清洁

清洁的目的是去除砂粒, 打磨以及铸件中过剩的金属。焊接, 除砂能够改善铸件表面外观

被烧毁的砂土和规模都拆除，以改善表面外观的铸造。过量金属及其他冒口被清除。再近一步焊接打磨等步骤。最后检查其缺陷及综合质量。

整理

发运前，再加工。根据不同客户的要求我们可以为其再做热处理，表面处理，额外的检查等。

浇注位置的选择

（1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。

（2）铸件宽大平面应朝下。

（3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直，倾斜位置。

(4 )容易产生缩孔的铸件，应将断面较厚大的部分置于上部或侧面。

（5）应尽量减小型芯的数量，且便于安放,固定和排气。

铸型分型面的选择

1）便于起模，使造型工艺简化。

（1）分型面的选择应尽量避免活块和型芯，以简化制模，造型，合型工序。

（2）为了便于起模，分型面应选择在铸件的最大截面出处。

（3）分型面应尽量平直，且数量较少。

（4）尽量使铸件只有一个分型面，以便采用造型工艺简便的两箱造型。

2）尽量将铸件重要的加工面或大部分加工面、加工基准面放在同一个砂箱中

3）尽量使型腔和主要型芯位于下箱 1