砂型鑄造

砂型鑄造概述

為了保證鑄件的質(zhì)量，砂型鑄造中所用的型芯一般為干態(tài)型芯。根據(jù)型芯所用的粘結(jié)劑不同，型芯分為粘土砂芯、油砂芯和樹(shù)脂砂芯幾種。

砂型鑄造粘土砂芯

用粘土砂制造的簡(jiǎn)單的型芯。

砂型鑄造油砂芯

用干性油或半干性油作粘結(jié)劑的芯砂所制作的型芯，應(yīng)用較廣。油類的粘度低，混好的芯砂流動(dòng)性好，制芯時(shí)很易緊實(shí)。但剛制成的型芯強(qiáng)度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然后在200～300℃的烘爐內(nèi)烘數(shù)小時(shí)，借空氣將油氧化而使其硬化。這種造芯方法的缺點(diǎn)是：型芯在脫模、搬運(yùn)及烘烤過(guò)程中容易變形，導(dǎo)致鑄件尺寸精度降低；烘烤時(shí)間長(zhǎng)，耗能多。

砂型鑄造樹(shù)脂砂芯

用樹(shù)脂砂制造的各種型芯。型芯在芯盒內(nèi)硬化后再將其取出，能保證型芯的形狀和尺寸的公差。根據(jù)硬化方法不同，樹(shù)脂砂芯的制造一般分為熱芯盒制芯、殼芯和冷芯盒制芯三種方法。①熱芯盒法制芯：50年代末期出現(xiàn)。通常以呋喃樹(shù)脂為芯砂粘結(jié)劑，其中還加入潛硬化劑(如氯化銨)。制芯時(shí)，使芯盒保持在200～300℃，芯砂射入芯盒中后，氯化銨在較高的溫度下與樹(shù)脂中的游離甲醛反應(yīng)生成酸，從而使型芯很快硬化。建立脫模強(qiáng)度約需10～100秒鐘。用熱芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比較高，但工藝裝置復(fù)雜而昂貴，能耗多，排出有刺激性的氣體，工人的勞動(dòng)條件也很差。②殼芯采用覆模砂熱法制芯，砂芯強(qiáng)度高，質(zhì)量好；③冷芯盒法制芯：60年代末出現(xiàn)。用尿烷樹(shù)脂作為芯砂粘結(jié)劑。用此法制芯時(shí),芯盒不加熱,向其中吹入胺蒸汽幾秒鐘就可使型芯硬化。這種方法在能源、環(huán)境、生產(chǎn)效率等方面均優(yōu)于熱芯盒法。70年代中期又出現(xiàn)吹二氧化硫硬化的呋喃樹(shù)脂冷芯盒法。其硬化機(jī)理完全不同于尿烷冷芯盒法，但工藝方面的特點(diǎn)，如硬化快、型芯強(qiáng)度高等，則與尿烷冷芯盒法大致相同。

砂型鑄造水玻璃砂芯

用水玻璃做黏結(jié)劑 做的砂芯可分成以下幾種：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。

砂型鑄造總體概述

制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時(shí)則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使制成的砂型和型芯具有一定的強(qiáng)度，在搬運(yùn)、合型及澆注液態(tài)金屬時(shí)不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結(jié)劑，將松散的砂粒粘結(jié)起來(lái)成為型砂。應(yīng)用最廣的型砂粘結(jié)劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹(shù)脂作型砂粘結(jié)劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結(jié)劑及其建立強(qiáng)度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學(xué)硬化砂型3種。

粘土濕砂

以粘土和適量的水為型砂的主要粘結(jié)劑，制成砂型后直接在濕態(tài)下合型和澆注。濕型鑄造歷史悠久，應(yīng)用較廣。濕型砂的強(qiáng)度取決于粘土和水按一定比例混合而成的粘土漿。型砂一經(jīng)混好即具有一定的強(qiáng)度，經(jīng)舂實(shí)制成砂型后，即可滿足合型和澆注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工藝因素。

以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，液態(tài)金屬在重力下充填鑄型來(lái)生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。

砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結(jié)劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。

粘土濕砂型鑄造的優(yōu)點(diǎn)是：①粘土的資源豐富、價(jià)格便宜。②使用過(guò)的粘土濕砂經(jīng)適當(dāng)?shù)纳疤幚砗?，絕大部分均可回收再用。③制造鑄型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的時(shí)間長(zhǎng)。⑤砂型舂實(shí)以后仍可容受少量變形而不致破壞，對(duì)拔模和下芯都非常有利。缺點(diǎn)是：①混砂時(shí)要將粘稠的粘土漿涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂設(shè)備，否則不可能得到質(zhì)量良好的型砂。②由于型砂混好后即具有相當(dāng)高的強(qiáng)度,造型時(shí)型砂不易流動(dòng)，難以舂實(shí),手工造型時(shí)既費(fèi)力又需一定的技巧，用機(jī)器造型時(shí)則設(shè)備復(fù)雜而龐大。③鑄型的剛度不高，鑄件的尺寸精度較差。④鑄件易于產(chǎn)生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。

粘土干砂型制造這種砂型用的型砂濕態(tài)水分略高于濕型用的型砂。

粘土砂芯用粘土砂制造的簡(jiǎn)單的型芯。

砂型鑄造粘土干砂

制造這種砂型用的型砂濕態(tài)水分略高于濕型用的型砂。砂型制好以后，型腔表面要涂以耐火涂料，再置于烘爐中烘干，待其冷卻后即可合型和澆注。烘干粘土砂型需很長(zhǎng)時(shí)間，要耗用大量燃料，而且砂型在烘干過(guò)程中易產(chǎn)生變形，使鑄件精度受到影響。粘土干砂型一般用于制造鑄鋼件和較大的鑄鐵件。自化學(xué)硬化砂得到廣泛采用后，干砂型已趨于淘汰。

砂型鑄造化學(xué)硬化砂型

這種砂型所用的型砂稱為化學(xué)硬化砂。其粘結(jié)劑一般都是在硬化劑作用下能發(fā)生分子聚合進(jìn)而成為立體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，常用的有各種合成樹(shù)脂和水玻璃。化學(xué)硬化基本上有3種方式。

① 自硬:粘結(jié)劑和硬化劑都在混砂時(shí)加入。制成砂型或型芯后，粘結(jié)劑在硬化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用于造型，但也用于制造較大的型芯或生產(chǎn)批量不大的型芯。

② 氣霧硬化:混砂時(shí)加入粘結(jié)劑和其他輔加物，先不加硬化劑。造型或制芯后，吹入氣態(tài)硬化劑或吹入在氣態(tài)載體中霧化了的液態(tài)硬化劑，使其彌散于砂型或型芯中，導(dǎo)致砂型硬化。氣霧硬化法主要用于制芯，有時(shí)也用于制造小型砂型。

③ 加熱硬化:混砂時(shí)加入粘結(jié)劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。制成砂型或型芯后，將其加熱，這時(shí)潛硬化劑和粘結(jié)劑中的某些成分發(fā)生反應(yīng)，生成能使粘結(jié)劑硬化的有效硬化劑，從而使砂型或型芯硬化。加熱硬化法除用于制造小型薄殼砂型外，主要用于制芯。

化學(xué)硬化砂型鑄造工藝的特點(diǎn)是：

①化學(xué)硬化砂型的強(qiáng)度比粘土砂型高得多，而且制成砂型后在硬化到具有相當(dāng)高的強(qiáng)度后脫膜，不需要修型。因而，鑄型能較準(zhǔn)確地反映模樣的尺寸和輪廓形狀，在以后的工藝過(guò)程中也不易變形。制得的鑄件尺寸精度較高。

②由于所用粘結(jié)劑和硬化劑的粘度都不高，很易與砂粒混勻，混砂設(shè)備結(jié)構(gòu)輕巧、功率小而生產(chǎn)率高，砂處理工作部分可簡(jiǎn)化。

③混好的型砂在硬化之前有很好的流動(dòng)性，造型時(shí)型砂很易舂實(shí)，因而不需要龐大而復(fù)雜的造型機(jī)。

④用化學(xué)硬化砂造型時(shí),可根據(jù)生產(chǎn)要求選用模樣材料,如木、塑料和金屬。

⑤化學(xué)硬化砂中粘結(jié)劑的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末狀輔料,如采用粒度相同的原砂，砂粒之間的間隙要比粘土砂大得多。為避免鑄造時(shí)金屬滲入砂粒之間，砂型或型芯表面應(yīng)涂以質(zhì)量?jī)?yōu)良的涂料。

⑥用水玻璃作粘結(jié)劑的化學(xué)硬化砂成本低、使用中工作環(huán)境無(wú)氣味。但這種鑄型澆注金屬以后型砂不易潰散；用過(guò)的舊砂不能直接回收使用，須經(jīng)再生處理，而水玻璃砂的再生又比較困難。

⑦用樹(shù)脂作粘結(jié)劑的化學(xué)硬化砂成本較高,但澆注以后鑄件易于和型砂分離,鑄件清理的工作量減少，而且用過(guò)的大部分砂子可再生回收使用。

砂型鑄造用的是最流行和最簡(jiǎn)單類型的鑄件已延用幾個(gè)世紀(jì).砂型鑄造是用來(lái)制造大型部件，如灰鑄鐵，球墨鑄鐵,不銹鋼和其它類型鋼材等工序的砂型鑄造。其中主要步驟包括繪畫(huà)，模具，制芯，造型，熔化及澆注，清潔等。

制圖

傳統(tǒng)方法是取得鑄造圖紙然后把圖紙送往鑄造廠。這一過(guò)程可以在報(bào)價(jià)中完成。如今，越來(lái)越多的客戶及鑄造廠商使用電腦輔助設(shè)計(jì)以代替。

模具:

在砂型鑄造中模具是使用木頭或者其他金屬材料制成。在這個(gè)過(guò)程中，我們要求我們的工程師，使模具尺寸略大于成品，其中的差額稱為收縮余量。其中目的是熔化金屬向模具作用以確保熔融金屬凝固和收縮，從而防止在鑄造過(guò)程中的空洞。

制芯:

制芯只要通過(guò)把樹(shù)脂砂粒置于模具中，以形成內(nèi)部表面的鑄件。因此芯與模具之間的空隙最終成為鑄造。

成型

在熔煉成型過(guò)程中需要準(zhǔn)備一付模具。成型通常涉及模具的支承構(gòu)架，拉出模具使其在澆鑄過(guò)程中分離，在先前放置的芯在模具中融化然后關(guān)閉模具口。

清潔

清潔的目的是去除砂粒, 打磨以及鑄件中過(guò)剩的金屬。焊接, 除砂能夠改善鑄件表面外觀

被燒毀的砂土和規(guī)模都拆除，以改善表面外觀的鑄造。過(guò)量金屬及其他冒口被清除。再近一步焊接打磨等步驟。最后檢查其缺陷及綜合質(zhì)量。

整理

發(fā)運(yùn)前，再加工。根據(jù)不同客戶的要求我們可以為其再做熱處理，表面處理，額外的檢查等。

砂型鑄造澆注位置的選擇

（1）鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或位于側(cè)面。

（2）鑄件寬大平面應(yīng)朝下。

（3）面積較大的薄壁部分應(yīng)置于鑄型下部或垂直，傾斜位置。

(4 )容易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應(yīng)將斷面較厚大的部分置于上部或側(cè)面。

（5）應(yīng)盡量減小型芯的數(shù)量，且便于安放,固定和排氣。

砂型鑄造鑄型分型面的選擇

1）便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化。

（1）分型面的選擇應(yīng)盡量避免活塊和型芯，以簡(jiǎn)化制模，造型，合型工序。

（2）為了便于起模，分型面應(yīng)選擇在鑄件的最大截面出處。

（3）分型面應(yīng)盡量平直，且數(shù)量較少。

（4）盡量使鑄件只有一個(gè)分型面，以便采用造型工藝簡(jiǎn)便的兩箱造型。

2）盡量將鑄件重要的加工面或大部分加工面、加工基準(zhǔn)面放在同一個(gè)砂箱中

3）盡量使型腔和主要型芯位于下箱

鑄造行業(yè)的80%以上的產(chǎn)品都是砂型鑄造完成的,因此我們通常所講的鑄造一般就是指砂鑄,即砂型鑄造.

“八五”期間鑄造受到了原機(jī)電部高度重視，投入了建國(guó)以來(lái)最大的一次專項(xiàng)技改貸款和攻關(guān)費(fèi)用，扶持了鑄造機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和發(fā)展。“大型拋丸清理機(jī)的制造”，“垂直分型無(wú)箱射壓造型機(jī)”，“水玻璃砂舊砂再生設(shè)備的研制”，“金屬型鑄造設(shè)備”等等相繼被開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

“九五”期間，鑄造行業(yè)承擔(dān)并樹(shù)立完成了“轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術(shù)與裝備”的任務(wù)，“缸體高效連續(xù)拋丸清理線的開(kāi)發(fā)與研制”也取得圓滿成功，1999年完成了國(guó)家攻關(guān)高水平的氣沖造型線項(xiàng)目的成功。

“十五”期間，鑄造行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的年均增長(zhǎng)都在30%以上，高于機(jī)床工具全行業(yè)平均增長(zhǎng)水平，特別是利潤(rùn)增長(zhǎng)更快，年均利潤(rùn)增長(zhǎng)高達(dá)46%，同時(shí)也保持較高的市場(chǎng)銷售水平。另外，樹(shù)脂砂鑄造成套設(shè)備，基本可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，改變了過(guò)去主要依賴進(jìn)口的局面；已經(jīng)能夠生產(chǎn)出較高水平的鑄造自動(dòng)生產(chǎn)線，達(dá)到可部分替代進(jìn)口的水平，部分的解決了轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進(jìn)口的情況；高水平自動(dòng)制芯機(jī)、自動(dòng)鑄件清理機(jī)、自動(dòng)砂處理機(jī)、大型自動(dòng)壓鑄機(jī)以及精密鑄造設(shè)備等鑄造機(jī)械，國(guó)內(nèi)基本上都能生產(chǎn)制造。應(yīng)當(dāng)說(shuō)“十五”期間鑄造機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品水平有了很大提高，為中國(guó)鑄造機(jī)械行業(yè)今后的進(jìn)一步發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

“十一五”期間，鑄造業(yè)在巨大市場(chǎng)需求的刺激下，仍將繼續(xù)保持較高速度增長(zhǎng)。由于鑄造機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)水平仍然與市場(chǎng)需求差距較大，使行業(yè)的發(fā)展存在巨大的發(fā)展?jié)摿蛿U(kuò)展空間，為鑄造機(jī)械行業(yè)的快速增長(zhǎng)帶來(lái)機(jī)遇。

“十二五”時(shí)期，整個(gè)鑄造行業(yè)特別要在鑄造新工藝和新材料上下工夫，鑄造材料的價(jià)格居高不下，要求精密鑄造行業(yè)必須而且快速開(kāi)發(fā)出新的可替代的低價(jià)新材料；下游客戶的的要求的不斷提高，驅(qū)使我們必須提升工藝水準(zhǔn)；人力資源成本的不斷上升，我們必須在精密鑄造裝備上多下工夫，多開(kāi)發(fā)，多投資！例如，中國(guó)鑄造權(quán)威機(jī)構(gòu)中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)及國(guó)際鑄業(yè)咨詢網(wǎng)一致推薦的新材料精鑄專用剛玉及臺(tái)灣的鑄造手機(jī)器人等，都是精密鑄造下一步發(fā)展的方向。

制造砂型的材料稱為造型材料，用于制造砂型的材料習(xí)慣上稱為型砂，用于制造砂芯的造型材料稱為芯砂。通常型砂是由原砂（山砂或河砂）、粘土和水按一定比例混合而成，其中粘土約為9%，水約為6%，其余為原砂。有時(shí)還加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的 性能。

型砂和芯砂的質(zhì)量直接影響鑄件的質(zhì)量，型砂質(zhì)量 不好會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔、砂眼、粘砂、夾砂等缺陷。良好的型砂應(yīng)具備下列性能：

1)透氣性型

高溫金屬液澆入鑄型后，型內(nèi)充滿大量氣體，這些氣體必須由鑄型內(nèi)順利 排出去，型砂這種能讓氣體透過(guò)的性能稱為透氣性。否則將會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔、澆不足等缺陷。鑄型的透氣性受砂的粒度、粘土含量、水分含量及砂型緊實(shí)度等因素 的影響。砂的粒度越細(xì)、粘土及水分含量越高、砂型緊實(shí)度越高，透氣性則越差

2) 強(qiáng)度

型砂抵抗外力破壞的能力稱為強(qiáng)度。型砂必須具備足夠高的強(qiáng)度才能在造型、搬運(yùn)、合箱過(guò)程中不引起塌陷，澆注時(shí)也不會(huì)破壞鑄型表面。型砂的強(qiáng)度也不宜過(guò)高，否則會(huì)因透氣性、退讓性的下降，使鑄件產(chǎn)生缺陷。

3) 耐火性

高溫的金屬液體澆進(jìn)后對(duì)鑄型產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱作用，因此型砂要具有抵抗高溫?zé)嶙饔玫哪芰茨突鹦浴Ｈ缭煨筒牧系哪突鹦圆?，鑄件易產(chǎn)生粘砂。型砂中SiO2含量越多，型砂顆粒越大，耐火性越好。

4) 可塑性

指型砂在外力作用下變形，去除外力后能完整地保持已有形狀的能力。造型材料的可塑性好，造型操作方便，制成的砂型形狀準(zhǔn)確、輪廓清晰。

5) 退讓性

鑄件在冷凝時(shí)，體積發(fā)生收縮，型砂應(yīng)具有一定的被壓縮的能力，稱為退讓性。型砂的退讓性不好，鑄件易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或開(kāi)裂。型砂越緊實(shí)，退讓性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退讓性。

砂型鑄造的破碎機(jī)耐磨件在國(guó)內(nèi)還是非常普遍的，像顎板、高鉻板錘、破碎壁、軋臼壁等等，因?yàn)樵谄扑闄C(jī)設(shè)備中，作為一種比較大的耐磨鑄件，相對(duì)來(lái)說(shuō)精確度不是很高，特別如顎板，出來(lái)的成品幾乎不用車床打磨，破碎壁、軋臼壁、輥皮之類的也只是鑄件的部分地方需要車床打磨，所以特別適合用砂型鑄造，因?yàn)樯靶丸T造的顎板、高鉻板錘、破碎壁、軋臼壁、輥皮等等這些破碎設(shè)備的耐磨件比其他如消失模鑄造工藝的產(chǎn)品耐用20%以上。但是消失模鑄造具有尺寸精度高，加工余量小，干砂落砂方便，清理打磨工作量減少50%以上，節(jié)約勞動(dòng)成本，因此消失模鑄造的價(jià)格相對(duì)較低。

砂型鑄造是鑄造工藝中的一種，砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。目前，國(guó)際上，在全部鑄件生產(chǎn)中，60～70%的鑄件是用砂型生產(chǎn)的，而且其中70%左右是用粘土砂型生產(chǎn)的。

主要原因在于：砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短。所以像汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生產(chǎn)的。當(dāng)濕型不能滿足要求時(shí)再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤，而粘土干型生產(chǎn)的鑄件可重達(dá)幾十噸。因砂型鑄造具有以上的優(yōu)勢(shì)，所以，其在鑄造產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。未來(lái)，其將會(huì)在鑄造業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的角色。

由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。

砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結(jié)劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。