翻砂铸造知识(铸造木模、金属铝模)

金属模是用金属做的模子,翻砂模是翻砂用的模型，即造型用的模型，包括木模、金属模、树脂模，塑料模。

金属模又包括铝模、铁模、钢模等等。

铸件模具主要分为金属模、塑料模、木模具、泡沫模四大类，这是按照使用寿命排列的顺序，价格也是依次降低。

砂型铸造，如果零件表面要求高，批量大，一般会采用金属模具进行造型，其次会选用塑料模（树脂模具）造型，这两种模具成本较高，但零件尺寸能的以有效保证；假如零件表面要求不是很高，或属于小批量单件生产的，一般采用木模具造型，成本低！泡沫模主要用于消失模铸造，尺寸精度很高，但是一次性投入较大，泡沫不能回用。

而对于复杂铸件内腔来说，如柴油机缸盖水腔、排气管等等，一般的金属模是无法保证的，这个要根据工艺特点制作特殊的用于热（冷）芯盒生产的专用金属模具。

翻砂是将熔化的金属浇灌入铸型空腔中，冷
却凝固后而获得产品的生产方法。

在汽车制
造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，
约占全车重量的60％左右，如气缸体、变速
器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、
各种支架等。

制造铸铁件通常采用砂型。

砂
型的原料以砂子为主，并与粘结剂、水等混
合而成。

砂型材料必须具有一定的粘合强度，以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不会崩塌。

为了使砂型内塑成与铸件形状相符的空腔，必须先用木材制成模型，称为木模。

炽热的铁水冷却后体积会缩小，因此，木模的尺寸需要在铸件原尺寸的基础上按收缩率加大，需要切削加工的表面相应加厚。

空心的铸件需要制成砂芯子和相应的芯子木模(芯盒)。

有了木模，就可以翻制空腔砂型。

在制造砂型时，要考虑上下砂箱怎样分开才能把木模取出，还要考虑铁水从什么地方流入，怎样灌满空腔以便得到优质的铸件。

砂型制成后，就可以浇注，也就是将铁水灌入砂型的空腔中。

浇注时，铁水温度在1250—1350度，熔炼时温度更高。

然后还要经过除砂、修复、打磨等过程，才能够成为一件合格铸件。

铸造砂
铸造砂
铸造生产中用来配制型砂和芯砂的一种颗粒状耐火
材料。

在用粘土作为型砂粘结剂的情况下，每生产1吨合
格铸件，大约需要补充1吨新砂，因此在砂型铸造生产中
铸造砂的用量最大。

简史
中国在公元17世纪已使用硅砂作造型材料，用于制造钟、镜、锅和火炮等铸件。

但早期使用的多为含粘土的天然硅砂即山砂和河砂，它有较好的可塑性，可直接用于制造铸型和型芯，适于
当时手工生产的条件。

铸件进入工业化的大规
模生产后，特别是造型机械化后，这种含粘土
的天然硅砂性能的均一性差，型砂的质量难以
控制，不能满足工艺要求，因此开始建砂厂，
对天然硅砂进行水洗、擦洗、精选，得到各种
高质量硅砂。

或将硅石破碎制成的人工硅砂。

同时，也扩大了各种非硅质砂的使用。

树脂砂造型造芯工艺的应用和发展，对铸造用砂的质量又提出了更高的要求，如细粉少，比表面积小，耗酸值低等。

此外，对砂粒大小形状和粒度分布状况也有了新的要求。

一些缺乏优质砂源的国家还发展了硅砂浮选技术，以提高硅砂的品位和质量。

基本要求
铸造砂应满足以下的要求：①较高的纯度和洁净度，以硅砂为例，铸铁用砂要求SiO2含量在90%以上，较大的铸钢件则要求SiO2含量在97%以上；②高的耐火度和热稳定性;③适宜的颗粒形状和颗粒组成;④不易被液态金属润湿；⑤价廉易得。

颗粒形状和组成
铸造砂的颗粒形状和颗粒组成对型砂的流动性、紧实性、透气性、强度和抗液态金属的渗透性等性能有影响，是铸造砂质量的重要指标。

颗粒形状
铸造砂的形状一般分3种。

①圆形砂:颗粒为球形或接近于球形，表面光洁，没有突出的棱角。

②多角形砂:颗粒成多角形，且多为钝角。

③尖角形砂：颗粒成尖角形，且锐角较多。

铸造砂的颗粒形状一般以角形系数（砂粒实际比表面积/球形砂粒理论比表面积之比）来表示。

（见图）
颗粒组成
砂子的颗粒组成是用筛号来表示的，测定的方法是将经水洗去泥分烘干后的干砂倒入标准筛，再放到筛砂机上筛分，筛分后将各筛子上停留的砂子分别称重，通常用标准筛筛分后砂粒最集中的3个相邻筛子的头尾筛号表示颗粒组成。

种类和用途
铸造砂按矿物组成不同分为石英砂和特种砂两大类，石英砂俗称硅砂。

硅砂
主要矿物组成为石英，主要化学成分为SiO2。

①天然硅砂：因其化学成分，粒度组成不同，分别用于有色合金铸件、铸铁件及中小型铸钢件的型砂和芯砂。

②精选天然硅砂：用于以有机物作为粘结剂的各种铸钢件型砂和芯砂。

③人工硅砂：用于精铸、打炉衬或铸钢件的型砂和芯砂。

非硅质砂
非硅质砂种类较多，用途各异。

①石灰石砂：由石灰岩破碎而成，主要矿物组成是CaCO3，用于铸钢件的型砂和芯砂。

②锆砂:主要矿物组成是ZrO2·SiO2，用于大型铸钢件及合金钢件的芯砂或砂型的面砂，或将其粉料用作涂料。

③镁砂：主要矿物组成是MgO，用于高锰钢铸件的面砂、芯砂，其粉料可用作涂料。

④铬铁矿砂：主要矿物组成是铬铁矿FeO·Cr2O3，用于大型或特殊铸钢件的面砂、芯砂，其粉料可用作涂料。

⑤刚玉砂：主要矿物组成是刚玉α-Al2O3，用于熔模、陶瓷型铸造的制壳材料。

⑥橄榄石砂：主要矿物组成是橄榄石(MgFe)2SiO4，用于铸铁件、有色合金铸件以及高锰钢铸件的型砂和芯砂。

资源
自然界中硅砂资源充足，但适合铸造用的SiO2含量高的天然硅砂并不太多。

中国于1951年开始，对境内的铸造砂资源陆续进行了普查，但主要限于交通干线和主要工业城市附近。

普查结果表明，中国可用于铸造的天然硅砂资源十分丰富，分布范围很广。

内蒙古哲里木盟，天然硅砂储藏量达数亿吨，其颗粒形状接近圆形，SiO2含量为90%左右，非常适合工业铸造。

福建晋江、东山的海砂，SiO2含量为94～98%。

江西的都昌、星子、永修县均有大量第四纪河湖相积沉硅砂，SiO2含量为90%左右，含铁量低，碱性氧化物少，粒度均匀，是较好的湖砂。

广州、湖南等地有丰富的易破碎的风化砂岩，可加工成人工硅砂，其SiO2含量在96%以上，可用于铸钢件的生产。

型芯
俗称“泥芯”、“芯子”。

铸造时用以形成铸件
内部结构，常由原砂和粘结剂（水玻璃、树脂等）
配成的芯砂，在芯盒中手工或机器（如吹芯机、
射芯机等)制成。

芯盒用木材或金属制成。

在浇铸
前装置在铸型内，金属液浇入冷凝后，出砂时将
它清除，在铸件中即可形成空腔。

为增加型芯强
度，通常在型芯内安置由铁丝或铸铁制成的骨架，
称“芯骨”（俗称“泥芯骨”或“芯铁”）。

在
金属型铸造中，常用金属制的型芯，在金属凝固
后及时拔除。

在成批或大量生产较复杂的铸件（如气缸头等）、生产大型铸件时，型芯亦用以组成铸型，即称“组芯造型”。

过去常用黏土、植物油、合脂作型芯黏结剂，现已组逐步被淘汰。

现在，小批量生产铸件用自硬树脂、自硬水玻璃组作型芯黏结剂，大批量生产铸件用热芯盒、冷芯盒、覆膜砂工艺做型芯。

图中，23为斜型芯。

砂芯
core sand 铸造生产中用于制造型芯的材料，一般由铸造砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。

型芯在铸型中大部分被高温的液态金属所包围，而支撑定位部分的尺寸一般较小，因此芯砂除应具有一般型砂的性能外，还要求有较高的强度、透气性、退让性和溃散性。

芯砂按所用粘结剂不同分为粘土芯砂、水玻璃芯砂、油芯砂、合脂芯砂、树脂芯砂等。

形状简单的型芯，一般可用粘土芯砂制成；形状复杂、断面较细较薄、要求干强度高、溃散性好的型芯，则使用油芯砂、合脂芯砂或树脂芯砂。

植物油砂芯可获得十分光洁的铸件，但所用的桐油、亚麻仁油、改性米糠油等，货源稀缺，价格昂贵。

因此中国自1963年开始广泛采用制皂工业制取合成脂肪酸后的残渣(简称为合脂)作粘结剂。

这种芯砂具有近似油芯砂的干强度、退让性和溃散性。

使用油芯砂和合脂芯砂制造砂芯时，有硬化前芯子强度相当低、易变形、硬化速度慢、生产周期长、需要烘干
等问题，影响铸件的尺寸精度和生产效率。

用树脂作为粘结剂的芯砂，包括：自硬树脂芯砂、酯硬化水玻璃芯砂、覆膜砂芯砂、热芯盒芯砂、冷芯盒芯砂。

小批量铸件生产可采用自硬粘结剂芯砂，大批量铸件生产应采用热芯盒芯砂、冷芯盒芯砂，特殊要求铸件可采用覆膜砂芯砂。

冷芯盒法制芯在汽车、拖拉机等大批量生产的工厂中获得广泛应用。

型砂粘结剂
将松散的铸造砂粘结在一起使之成为型砂或芯砂的造型材料。

简介
粘结剂和砂粒混合后包覆砂粒成为粘
结剂膜，使砂粒互相粘连起来（见图），
从而赋与砂型和型芯以足够的强度，使其
在搬运、组装和浇注过程中不致变形和破
碎。

简史
中国古代铸造所用泥型（古代称为陶
范）的基本材料是粘结能力很强的粘土。

随着技术的发展，泥型中夹有大量砂粒，并逐渐以砂子为主要材料，则粘土就成了粘结剂。

粘土至今仍在广泛使用。

后来相继出现各种无机和有机粘结剂，如植物油、松香、糊精、水玻璃及合成树脂等。

1943年德国J.克罗宁发明用酚醛树脂作粘结剂制造薄壳砂型。

1947年捷克斯洛伐克L.彼德热拉用水玻璃作为型砂粘结剂，吹CO2气体使其硬化,制成砂型和型芯。

这两种粘结剂的应用开辟了砂型和型芯以化学方式硬化的新途径。

化学硬化就是将少量硬化剂加入到某些有机或无机粘结剂中，通过它们之间的化学物理作用，达到使砂型和型芯在短时间内硬化的目的。

化学硬化砂型浇出的铸件尺寸精度、表面光洁度和生产率都大为提高，很快得到广泛使用。

自50年代后期起，各国陆续采用呋喃树脂粘结剂，在加热的芯盒中制芯1～2分钟后，型芯即能硬化。

种类
型砂粘结剂按化学组成可分为无机粘结剂
和有机粘结剂两大类。

主要的无机粘结剂有粘
土、水玻璃和水泥、磷酸盐等，其中以粘土、水
玻璃应用较多。

有机粘结剂主要有植物油、糖浆、
糊精、羧甲基纤维素、松香、合脂、减压渣油、
沥青、纸浆废液、合成树脂等，以植物油、合成
树脂应用较多。

粘土
使用最广，用量最大的型砂粘结剂。

粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物组成，如高岭石和蒙脱石等。

粘土依含有的粘土矿物种类和性能的不同，主要分为普通粘土和膨润土两类。

普通粘土通常又称白泥，是由高岭土类的粘土矿物组成，其中含Ａl2O3较多,耐火性较高的称为耐火粘土。

普通粘土多用于干砂型。

膨润土主要是由蒙脱石类矿物组成，根据吸附的阳离子不同又可分为钙膨润土和钠膨润土。

钙膨润土吸附的阳离子以Ca为主；钠膨润土吸附的阳离子以Na为主。

膨润土的湿态粘结力比普通粘土高，一般用于湿砂型。

水玻璃
常用的是硅酸钠或硅酸钾的水溶液。

它们在液态时具有粘性，并在一定条件下能转变成凝胶状态，因而可用来作型砂或芯砂的粘结剂。

以水玻璃为粘结剂的砂型和型芯中如吹入CO2气体,只需几秒到几十秒钟就能硬化。

在水玻璃型砂中加入硅酸二钙或有机酯，能使砂型和型芯自行硬化。

水玻璃的价格低、无气味，对环境污染少。

水玻璃砂的溃散性差和旧砂回用较困难等问题，已开始得到解决。

植物油
最常用的有桐油、亚麻仁油等。

主要用于配制芯砂，习惯称为油砂。

油砂的流动性好，硬化后强度高，浇铸后溃散性好，适合制造形状复杂、截面细薄的型芯，曾大量用于汽车、拖拉机、水暖器材等的铸件生产。

植物油的来源不足，价格较昂贵，而且需要长时间加热才能硬化，多已被树脂粘结剂所代替。

合成树脂
常用的有酚醛树脂、呋喃树脂、异氰酸脂、尿脘树脂等。

用合成树脂作粘结剂，一般应结合硬化方法加入适当的硬化剂。

常用的硬化方法有 3
种。

①加热硬化：以酚醛树脂为粘结剂，用加热的金属模样或芯盒制造薄壳砂型或型芯，或者以呋喃树脂为粘结剂在加热的芯盒中制造型芯，硬化速度快,生产效率高,铸件的形状和尺寸精度以及表面质量都很好。

在大量生产的汽车、拖拉机等工业中被普遍应用。

②气雾硬化：以异氰酸酯、尿脘树脂和酚醛树脂为粘结剂，吹入胺类气雾；或者以呋喃树脂为粘结剂,混砂时加入过氧化物,吹入SO2气体。

用这种硬化方法可以使型芯在几秒至30秒以内迅速硬化。

型芯生产速度快，铸件形状和尺寸精度高，而且节省能源，在汽车、拖拉机工业和其他成批生产铸件的工业中使用日益增多。

③常温自硬：以呋喃树脂、甲阶酚醛树脂或异氰酸脂和有羟基的树脂为粘结剂，同时在型砂中加入液体硬化剂，制成的砂型和型芯在常温下放置可逐渐自行硬化。

由于砂型和型芯不需要加热烘干，硬化后强度高，浇注后溃散性能好,铸件表面质量好,可制造小型、中型及大型砂型和型芯，在机床、矿山机械、动力机械、冶金机械等工业生产中使用较多
性能要求
较理想的型砂粘结剂应具有的特性是：①液体粘结剂的粘度低,混砂时轻易与砂粒混合均匀,而且混好的型砂流动性好，可以制成外形复杂的、准确反映模样表面外形的砂型和型芯。

②硬化速度快，最好不经加热就能硬化，以节约能源和使用价格低廉的非金属或铝合金模样和芯盒。

如能采取先硬化、后脱模的方法，就可显著提高铸件的外形和尺寸精度。

③硬化后强度高，能用来制造外形复杂、截面细薄的型芯，并可减少粘结剂加入量，以便降低铸件生产成本和减少浇注过程中气体发生量，减少铸件产生气孔缺陷的可能性。

④发气量少，要求粘结剂受热发气缓慢、量少。

对于和等类铸件还要求粘结剂的含氮量低，以防止产生皮下气孔、针孔等缺陷。

⑤溃散性好，粘结剂受到高温作用能自行分解溃散，以防止铸件凝固后产生内应力、裂纹，并使铸件轻易清砂。

此外，还要求粘结剂不易吸潮或变质，混砂后可使用时间长，不粘附模样和芯盒，对人体无害，对环境无污染，来源丰富，价格低廉等。