1.7 砂型铸造技术

砂型铸造技术制作：张世忠一、砂型铸造介绍◆

砂型铸造：用型砂制成铸型并进行浇注而生产铸件的铸造方法。当铸件从砂型中取出时，砂型便被破坏，故砂型铸造又称一次性铸造，俗称翻砂。◆

造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为：手工造型、机器造型；二、造型材料与工艺装备1.型砂与芯砂

砂型铸造的造型材料由原砂、粘结剂、附加物等按照一定的比例和制备工艺混合而成，它具有一定的物理性能，能满足造型的需要。

型砂：铸造铸型的造型材料；芯砂：制造型芯的造型材料；

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型砂与芯砂的组成

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原砂：硅砂资源丰富，价格便宜，是铸造生产中应用最广的原砂，含85%以上的SiO2和少量的其他物质，粒度50-140目。

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粘结剂：砂粒之间是松散的，且没有粘结力，显然不能形成一定形状的整体，必须使用粘结剂。粘结剂按组成可分为：有机粘结剂（植物油类、合成脂、合成树脂类粘结剂）、无极粘结剂（黏土、水玻璃、水泥）。黏土是最常用的一种粘结剂，廉价而丰富，可重复使用。用黏土作为粘结剂的型（芯）砂称为黏土砂。二、造型材料与工艺装备1.型砂与芯砂

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型砂与芯砂的组成

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涂料：对于砂型、砂芯，常使用一些防粘砂的材料（如石墨粉、石英粉）制成悬浊液，涂刷在型腔或型芯上，以提高铸件的表面质量，称为涂料。

除此之外，还加入某些附加物，如煤粉、重油、锯木屑，以增加砂型、砂芯的透气性和提高铸件的表面质量。

二、造型材料与工艺装备1.型砂与芯砂

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型砂与芯砂的性能要求

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强度：若强度不够，生产过程中铸型易损坏，会使铸件产生砂眼、夹砂、冲砂等缺陷；若强度太高，会使铸型的透气性和退让性降低；型砂中的粘土含量越高，砂型的紧实度越高，砂粒越细，强度越高。

◆透气性：砂型透气性不好，易在铸件内形成气孔，甚至出现浇不足现象。随粘土含量的增多，型砂的透气性通常会降低。

◆耐火度：型砂在高温下不熔化、不烧结、不软化，保持原有性能的能力。原砂中的SiO2含量越高，杂质含量越少，则耐火度越好；砂粒越粗，耐火度越好。圆形砂粒的耐火度好。

◆退让性：在铸件冷却收缩时，型砂能相应的被压缩变形，而不阻碍铸件收缩的性能。型砂的退让性差，易使铸件产生内应力、变形或裂纹等缺陷。使用无机粘结剂的型砂，高温时发生烧结，退让性差；有机粘结剂型砂退让性好；二、造型材料与工艺装备2.模样、芯盒与砂箱

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模样

是与铸件外形及尺寸相似并且在造型时形成铸型型腔的工艺装备。模样的结构应便于制作加工，具有足够的刚度和强度，表面光滑，尺寸精确。

◆设计模样时，要考虑的铸造工艺参数包括：

①收缩率

②

加工余量

铸件的加工表面必须留有适当的加工余量，机械加工时，只有切去这层加工余量，才能使零件达到图样要求的尺寸和表面质量。

③

起模斜度

为了使模样从铸型中顺利取出，在平行于起模方向的模样上留出的向着分型面逐渐增大的斜度称为起模斜度。

④

铸造圆角

为了便于金属溶液充满型腔和防止铸件产生裂纹，把铸件转角处设计为过渡圆角。

⑤芯座

造型时，在型腔中留出的用于安放芯头以支撑型芯的空洞。

二、造型材料与工艺装备2.模样、芯盒与砂箱

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模样

根据制造模样材料的不同，常用的模样分为：

◆木模：铸造生产中应用最广泛的一种，具有廉价、质轻和易于加工的优点。

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金属模：强度大、刚度大、表面光洁、尺寸精确、使用寿命长，适用于大批量生产。二、造型材料与工艺装备2.模样、芯盒与砂箱

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芯盒

铸件的孔及内腔（内部轮廓）是由型芯形成的，型芯又是由芯盒制成的。芯盒的材质和结构尺寸应以铸造工艺图、生产批量和现有设备为依据，大批量生产：金属芯盒；小批量生产：木质芯盒；

图6-7整体式芯盒制芯图6-8可拆式芯盒制芯二、造型材料与工艺装备2.模样、芯盒与砂箱

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砂箱

砂箱是铸造生产常用的工装，造型时，用来容纳和支撑砂型；浇注时，砂箱对砂型起固定作用。合理选用砂箱可以提高铸件质量和劳动生产率，减轻劳动强度。

三、手工造型1.手工造型常用工具

a)捣砂锤b)直浇道棒c)通气针d)起模针

e)墁刀f)秋叶:修凹面g)砂勾

h)皮老虎

三、手工造型2.砂型的组成

三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（1）整模造型

型腔全在一个砂箱里，避免错箱，铸件形状、尺寸精度较高。

模样和造型简单，多用于最大截面在端部、形状简单的铸件，如齿轮坯、轴承座等。三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（1）分模两箱造型造型方法简单，应用较广，分模造型时，易错箱，影响铸件精度，分型面产生披缝。

三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（3）分模三箱造型中型的上、下两面都是分型面，中箱高度应与中型的模样高度相近，操作较复杂，生产率较低，易错箱，只适于单件小批量生产。

三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（4）挖沙造型用于铸件最大截面不在端部，且模样又不便分成两半时；挖砂造型时，将下砂型中阻碍起模的砂挖掉，以便起模；要求操作技术水平较高，只适用于单件或小批生产。

三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（5）活块造型当铸件侧面有局部凸起阻碍起模时，可将此凸起部分做成活块。起模时，先把模样主体起出，然后再取出活块。主要用于单件、小批量生产带有凸出部分、难以起模的铸件。

三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（5）假箱造型

模样是整体，但铸件分型面是曲面。为了起模方便，造型时需挖去阻碍起模的型砂。每造一件，挖砂一次，费工、生产率低。用于单件或小批量生产，分型面不是平面的铸件。三、手工造型3.手工造型方法（按模样的特征分）

（6）刮板造型

用刮板代替模样造型。可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高。用于单件或小批量生产等截面的或回转体的大、中型铸件。

三、手工造型4.分型面与浇注位置

（1）分型面：上砂型与下砂型之间的分界面。

◆选择原则：

①分型面应尽可能取在铸件的最大截面处，以便于造型时起模；

三、手工造型4.分型面与浇注位置

（1）分型面：上砂型与下砂型之间的分界面。

◆选择原则：

②尽量把铸件放在同一个砂箱内；

三、手工造型4.分型面与浇注位置（1）分型面：上砂型与下砂型之间的分界面。

◆选择原则：③应使型芯和活块数量尽量减少；

④分型面尽量选择平面，并且尽量采用

水平的分析面；

⑤分型面的选择应尽量方便砂芯的定位

与安放。

三、手工造型4.分型面与浇注位置（2）浇注位置：

◆选择原则应尽可能做到：

①尽量将铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜的位置。三、手工造型4.分型面与浇注位置（2）浇注位置：浇铸时铸件在铸型内所处的空间位置。

◆选择原则应尽可能做到：

②应保证金属液能顺利进入型腔并且能充满型腔，避免产生浇不足、冷隔等现象。

③应保证型腔中的金属液凝固顺序为自下而上，以便于补缩。三、手工造型5.浇注系统、冒口与冷铁

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浇注系统：为保证铸件质量，金属液需按一定的通道进入型腔，金属液流入型腔的通道成为浇注系统。典型的浇注系统包括：浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。三、手工造型5.浇注系统、冒口与冷铁

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冒口：是砂型中与型腔相通并用来储存金属液的空腔，其中的金属液用来补充铸件冷却凝固引起的收缩，以消除缩孔。冒口应设置在铸件厚壁处，且应比铸件凝固的晚，冒口与铸件被补缩部位之间的通道应畅通。◆

常用的冒口分：明冒口、暗冒口；三、手工造型5.浇注系统、冒口与冷铁

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冷铁：是为了增加铸件局部的冷却速度，而在相应的部位的铸型型腔或型芯中安放的用金属制成的激冷物。它可以加快铸件厚壁处的冷却速度，调节铸件的凝固顺序。◆

常用的冷铁材料：铸铁、钢、铝合金、铜合金等。四、机器造型

机器造型一般为两箱造型，采用模底板和砂箱在专门的造型机上进行。模底板是将铸件与浇注系统的模样与底板装配成一体，并附设有砂箱定位装置的造型工装。

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1.机器造型的特点：（1）生产效率高，劳动强度低，对操作者的技术水平要