详解砂型铸造工艺技术

•砂型铸造的基本过程•砂型铸造有六个基本步骤:

1) 把模样放入砂中制成一个模具。

2) 在浇注系统中把原型和砂子接合起来。

3) 把模样去掉。

4) 把模具的空隙用熔化了的金属填充起来。

5) 让金属冷却。

6) 把砂型模具敲掉取出铸件。

砂型铸造案例

项目导入：轴承座铸件的造型工艺方案。

铸件简图：轴承座如图2-1所示。

铸件材料：HT150。

体积参数：轮廓尺寸240mm´65mm´75mm，铸件重量约5kg。

生产性质：单件生产。

项目要求：确定铸件的造型工艺方案并完成造型操作。

图2-1 轴承座

将液体金属浇入用型砂捣实成的铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。套筒的砂型铸造过程如图2-2所示，主要工序包括制造模样型芯盒、制备造型材料、造型、制芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。

图2-2 套筒的砂型铸造过程

铸件生产前需根据零件图绘制出铸造工艺图，铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。其中包括：浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。铸造工艺图是指导模样(型芯盒)设计、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工艺文件。砂型铸造主要工序包括：

(1) 根据零件图制造模样和型芯盒；

(2) 配制性能符合要求的型(芯)砂；

(3) 用模样和型芯盒进行造型和造芯；

(4) 烘干型芯(或砂型)并合型；

(5) 熔炼金属并进行浇注；

(6) 落砂、清理和检验。

2.1.1 常用造型工模具

1. 砂箱

制造砂型时，需要用一种无底、无盖并围绕砂型的框架，以防型砂捣实时向外挤出，这种框架就叫做砂箱，砂箱的作用是便于造型，便于翻转砂型及搬运砂型。砂箱可紧固着在它里面所捣实的型砂，它的四壁可承受金属液对型砂的侧压力，砂箱附有合型时的对准装置及吊运翻箱和夹紧装置，如图2-3所示。

砂箱的结构和尺寸做得是否合理，对获得优质铸件、提高生产率、减轻劳动强度都有着重要的意义。在选择砂箱大小时，要根据模样的大小和数量来定。也就是说，模样应该有足够的吃砂量(模样边与砂箱内壁的距离)，吃砂量太小，舂不紧，砂型强度低，易造成冲砂、漏箱缺陷；吃砂量太大，则浪费人力及型砂，降低生产率。砂箱选用多大合适，应根据具体情况而定。

图2-3 砂箱

2. 模底板

模底板是一块具有光滑工作面的平板，如图2-4所示。造型时用来托住模样、砂箱和砂型。模底板通常是用硬木材料制成，也可采用铝合金或铸铁、铸钢铸成。

图2-4 木制模底板

3. 模样与型芯盒

用来获得铸件外形的模具称为模样，用来获得铸件内腔的模具称为型芯盒，如图2-2中所示。有时型芯盒制成的型芯，也可以用来获得铸件的外形。按制造模样和型芯盒所用材料的不同，可分为木模、金属模和塑料模3类。

l 木模。用木材制成的模样和型芯盒。木材质轻，易于加工成型，生产周期短、成本低。但不耐用、易变形，是单件或小批量生产中应用最广泛的模样材料。

l 金属模。用金属材料制作的模样和型芯盒。常用的金属材料有铝合金、铜合金和灰口铸铁等。铝合金具有质轻、易于加工成型、不易生锈等优点，是最常用的金属材料。

l 塑料模。塑料模的性能介于木模与金属模之间。

在实际生产中，木模的应用最为广泛。由于木模形成铸型的型腔，故木模的结构一定要考虑铸造的特点。如为便于取模，在垂直于分型面的木模壁上要做出斜度(称拔模斜度)；木模上壁与壁的连接处应采用圆角过渡；在零件的加工部位上，要留出切削加工时切除的多余金属层(称加工余量)，考虑金属冷却后尺寸变小，木模的尺寸要比零件尺寸大一些(称收缩余量)；而在零件上有孔的部位，木模上是实心无孔，且凸起一块(称型芯头)。可见木模与零件是有区别的，因此，木模一般不直接

按照零件图纸来制造，但须以零件图为基础，对零件进行铸造工艺设计，并绘制出铸造工艺图后，再制造木模和型芯盒。

以上工装(模样及芯盒等)在使用时须注意维护其精确度，如舂砂时避免捣着它们的表面；在起模或起芯盒后要立即用毛刷清理，并用棉纱擦干净，否则粘模的型(芯)砂风干后不好清除，用硬物清除时刮坏工作表面；用毕后整理好，放在架上防止受潮。

大型复杂件常靠多个砂芯及砂型分部组成其几何形状，下芯时需用样板来检验相互间位置尺寸是否正确。复杂的砂芯往往分块制造，有时须用下芯夹具使之装配好后一起下入型腔。

4. 造型工具

常用的造型工具有下列几种。

l 铁锹。又称铁锨，用来铲运和拌和型(芯)砂(图2-5)。

l 筛子。有方形和圆形两种；方形筛用来筛分原砂或型砂(图2-6)；圆形筛一般为手筛，用于将面砂筛到模样表面。

图2-5 铁锹图2-6 方形筛子

l 砂舂。用来舂实型砂，砂舂的头部分扁头和平头两种，一般将它们分别做在砂舂的两端，扁头用来舂实模样周围及砂箱靠边处或狭窄部分的型砂，平头用以舂平砂型表面(图2-7)。

l 刮板。又称刮尺，用平直的木板或铁板制成，长度应比砂箱宽度长些(图2-8)。在砂型舂实后，用来刮去高出砂箱的型砂。

(a) 地面造型用砂舂(b) 一般造型用砂舂

图2-7 砂舂图2-8 刮板

l 通气针。又称气眼针，有直的和弯的两种，用来扎出通气的孔眼，一般为f2～8mm，用铁丝或钢条制成(图2-9)。

l 起模针和起模钉。用来起出砂型中的模样。工作端为尖锥形的叫起模针，用于起出较小的模样；工作端为螺纹形的叫起模钉，用于起出较大的模样(图2-10)。

图2-9 通气针