砂箱的基本构成和设计优化

1.砂箱的尺寸

砂箱的尺寸一般用内框的长度A、宽度B和高度H来表示，也称为砂箱的名义尺寸。专用砂箱的内框尺寸主要取决于铸件、砂芯及芯头、浇冒口系统、冷铁和附铸试样等的布置与尺寸，同时还要考虑吃砂量的大小。

（1）吃砂量 吃砂量是指铸型内腔表面至砂箱内壁、顶面和底面德距离，还包括型腔之间型砂的厚度、芯骨至砂芯表面、模样至箱带之间的砂层厚度。模样的最小吃砂量见表9⁃35，模样与浇注系统之间的吃砂量见表9⁃36，模样与模样之间的吃砂量见表9⁃37，模样到箱带之间的吃砂量见表9⁃38。

表9⁃35 模样的最小吃砂量 （单位：mm）

（续）

注：1.芯头处的尺寸a可以减小到0～60mm。

2.尺寸b、c的确定还必须考虑箱带高度，以保证砂箱有足够的刚度和寿命。

3.A和B分别为砂箱内框的长度和宽度。

表9⁃36 模样与浇注系统之间的最小吃砂量 （单位：mm）

注：1.如果用明冒口，上液面高出砂箱时，每高出100mm，m应增加10～20mm。

2.芯头的吃砂量可以减少，个别芯头较长时（横芯头）可以不留吃砂量。

表9⁃37 模样与模样之间的吃砂量 （单位：mm）

表9⁃38 模样到箱带之间的吃砂量 （单位：mm）

注：1.箱带不随模样的通用砂箱也可参照此表。

2.当箱带强度不够时，允许芯头到箱带距离小于所给数值的1/3～1/2。

3.当箱带横切模样时，E值不小于风冲头直径+30～50mm。

4.d一般取30～40mm，箱带距浇冒口距离一般应大于40mm。

（2）通用砂箱的尺寸 通用砂箱主要用于手工造型和普通机器造型，一般采用起重机搬运，其大小应能够适应各类铸件造型的需要。通用砂箱的尺寸见表9⁃39。

表9⁃39 通用砂

箱的尺寸 （单位：mm）

2.砂箱及配套构件材料

砂箱及配套构件的材料见表9⁃40。

表9⁃40 砂箱及配套构件的材料

3.砂箱壁

砂箱壁由主壁、上法兰、下法兰、加强筋、出气孔等结构体构成，其结构如图9⁃22和图9⁃23所示。铸铁和铸钢砂箱的箱壁断面尺寸分别见表9⁃41和表9⁃42。

图9⁃22 砂箱壁的结构

a）普通砂箱 b）高压造型整铸式砂箱 c）焊接式砂箱

图9⁃23 整铸式砂箱壁的结构

a）用于高度＜200mm，内框平均尺寸＜700mm的砂箱 b）用于高度＜400mm，机器造型（A+B）/2=500～2500mm，手工造型（A+B）/2=500～3500mm的砂箱 c）用于高度为450～600mm，机器造型（A+B）/2=500～3500mm，手工造型（A+B）/2=500～3500mm的砂箱 d）用于高度为700～1000mm的砂箱

图9⁃23 整铸式砂箱壁的结构（续）

e）高度＜600mm的中箱断面 f）高度＜600mm的地坑造型砂箱断面

表9⁃41 铸铁砂箱的箱壁断面尺寸 （单位：mm）

注：1.表中尺寸代号见图9⁃23。

2.球墨铸铁砂箱箱壁断面尺寸比铸铁砂箱断面尺寸小，比铸钢砂箱断面尺寸大。

3.当落砂采用手工方式时，除专设有锤击突块外，箱壁断面各处尺寸应扩大10%左右。

表9⁃42 铸钢砂箱的箱壁断面尺寸 （单位：mm）

注：表中尺寸代号见图9⁃23。

4.砂箱箱筋及过渡圆角

砂箱箱筋及过渡圆角的尺寸见表9⁃43。

表9⁃43 砂箱箱筋及过渡圆角的尺寸 （单位：mm）

（续）

注：L、L₁的确定，要考虑到箱把、箱耳、箱带等的分布。

5.砂箱的定位及紧固

砂箱的定位装置包括箱耳、箱销及销套。紧固方法及装置包括重力紧固法、弓楔箱卡、螺栓箱耳式箱卡、螺栓框钳式箱卡和专用紧固装置。

（1）箱耳 箱耳主要用于砂箱之间的定位，中小型砂箱的定位箱耳结构和尺寸见表9⁃44。与吊轴整铸在一起的箱耳尺寸见表9⁃45。

（2）箱销及销套 合箱销的类型和尺寸见表9⁃46。合箱销套分为定位销套和导向销套，其结构和尺寸见表9⁃47。

（3）重力紧固法 重力紧固法包括自重法、压铁法。自重法是利用上箱的重量来紧固砂箱，以防止抬箱、跑火等现象的发生，一般适合于镁合金和铝合金的铸造。对于砂箱的平均尺寸大于2500mm的情况，经计算核对后可以采用自重法紧固。压铁法包括压铁重量的计算和形状的设计。压铁重量的计算见前文2.3.12节。压铁的形状设计和使用可分为两种情况：即手工造型和机器造型。手工造型压铁一般设计成长条形的矩形块，可相互间通用；机器造型用压铁是为了提高生产率，往往针对特定的铸件，其形状设计应考虑铸件的工艺要求、浇冒口位置、压铁的搬运和运输，以及铸型的排气等因素。

（4）弓楔箱卡 弓楔箱卡的结构和尺寸见表9⁃48。

（5）螺栓箱耳式箱卡 螺栓箱耳式箱卡主要用于大中型砂箱的小批量生产，以及手工造型大砂箱。紧固砂箱用螺栓以及对应箱耳的结构和尺寸见表9⁃49。

表9-44 箱耳的结构和尺寸 （单位：mm）

注:相关的定位销套，Ⅰ、Ⅱ型导向销套的相关尺寸，请对照表9-47。

表9-45 与吊轴整铸在一起的箱耳尺寸 （单位：mm）

注：1.H₂=(0.55-0.6)H。当H＜150mm时,H₂=0.5H。

2.H₁、h尺寸点线只用于下箱。

3.吊链吊运砂箱，轴颈长度l对于＜1000mm的砂箱应为表中数值的1.5倍。

表9-46 合箱销的类型和尺寸 （单位：mm）

注：1.根据生产经验，销子直径小于30mm时按d10加工，大于30mm或在单件小批量生产时，按cll加工。

2.根据某厂经验，销子按公称尺寸加工稍微偏大，合箱时容易卡住，可根据下列经验公式将其适当缩小，表中d(h9)栏同时列出了公称尺寸，可酌情选用。

3.表中L₁、L值根据合箱要求选用，其值可供参考。

4.材料为20钢，表面渗碳淬火硬度为50-55HRC；材料为45钢，淬火硬度为40-45HRC。(www.xing528.com)

表9-47 合箱销套的结构和尺寸 （单位：mm）

注：1.d与D圆中心线对称度误差＜0.03mm。

2.销套另加压板等固定装置时，D可选n6或m6配合。

3.Ⅱ型导向销套的上部切口处在压入销孔时易变形，I型导向销套不易变形。

4.销套材料为20钢，表面渗碳淬火硬度为50-55HRC；材料为45钢，淬火硬度为40-45HRC。

5.镶入深度H适用于铸铁件，铸钢件可减少5mm，铝合金铸件加大5mm。

表9⁃48 弓楔箱卡的结构和尺寸 （单位：mm）

注：箱卡的材料牌号为HT200或QT450⁃5。

表9⁃49 紧固砂箱用螺栓以及对应箱耳的结构和尺寸 （单位：mm）

（续）

（6）螺栓框钳式箱卡 螺栓框钳式箱卡包括弓形钳箱卡和框钳箱卡，其结构和尺寸见表9⁃50。

表9⁃50 螺栓框钳式箱卡的结构和尺寸 （单位：mm）

（续）

注：1.Ⅰ型用于小型砂箱。Ⅱ、Ⅲ型卡体材料为ZG270⁃500和QT450⁃10，顶尖可用45钢，尖部按实际需要进行淬火。

2.卡高H可根据实际需要决定。

6.搬运和翻箱装置

搬运和翻箱装置包括手把、吊环、吊轴、吊把等。

（1）手把及吊轴 手把结构简单，主要用于小型砂箱，其结构和尺寸见表9⁃51。整铸式吊轴的结构和尺寸见表9⁃52。镶铸式吊轴的结构和尺寸见表9⁃53和表9⁃54。

表9⁃51 手把的结构和尺寸 （单位：mm）

表9⁃52 整铸式吊轴的结构与尺寸

注：1.L根据结构要求决定。

2.筋厚b₁=（0.8～1.0）t，t为壁厚。

3.结构Ⅰ和Ⅱ可结合定位箱耳来选择。

4.吊轴分箱面的高度等于0.55H，H为砂箱高度。

5.结构Ⅲ类砂箱，对于直径d=30mm、45mm、60mm的吊轴，在铸造时，d₀=12mm、18mm、22mm的孔内放内冷铁；对于直径d=80mm、100mm、120mm、160mm的吊轴，在铸造时，d₀=33.5mm、42mm、48mm、56mm、64mm的孔内镶铸直径为25mm、32mm、40mm、48mm、50mm的钢管。

表9⁃53 镶铸式吊轴的结构和尺寸 （单位：mm）

表9⁃54 镶铸式吊轴的结构和尺寸 （单位：mm）

（续）

（2）吊耳、吊环和吊把 吊耳的结构和尺寸见表9⁃55，吊环的结构和尺寸见表9⁃56。吊耳、吊环和吊把常用于大中型砂箱，以便于翻箱。相应的吊环和吊轴芯的结构和尺寸见表9⁃57。整铸式翻箱吊把的结构和尺寸见表9⁃58。

表9⁃55 吊耳的结构和尺寸 （单位：mm）

（续）

注：1.砂箱吊耳对称放置。

2.d孔内分别设置直径为50mm、60mm、70mm和80mm的圆钢内冷铁，材料为Q235A。

表9⁃56 吊环的结构和尺寸 （单位：mm）

表9⁃57 吊环和吊轴芯的结构和尺寸 （单位：mm）

注：1.吊轴、吊环的材料为15钢或Q235A。

2.b≤70mm的吊轴、吊环的铸入部分也可以打倒刺。

表9⁃58 整铸式翻箱吊把的结构和尺寸

注：1.砂箱材质为铸钢，未注铸造圆角R=10～20mm，R_n=R₁、R₂、R₃。

2.t为砂箱壁厚，其数值见表9⁃41和表9⁃42。

7.箱带

箱带一般设置在盖箱和底箱上，中箱根据需要可局部设置箱带。箱带的布置和尺寸见表9⁃59，结构和尺寸见表9⁃60，通用砂箱的箱带高度见表9⁃61。对于通用砂箱，盖箱箱带的布置常常因为明冒口的位置而发生变化，与冒口冲突的位置要将箱带切割掉，而对于无冒口的位置，当该处无箱带时，为了保证砂箱的强度和刚度，需要采用焊接的方法将箱带补焊上，或采用螺栓连接的组合箱带。

表9⁃59 箱带的布置和尺寸 （单位：mm）

注：1.确定箱带的布置时，要考虑浇冒口的位置，确保吃砂量不小于30mm。

2.可以取b=（1～2）a。

3.抛砂机造型用砂箱，a和b相应地要放大。

4.大中型砂箱最好采用棋盘式箱带，或交错丁字形箱带，以减缓铸造应力，防止变形裂纹。

5.大中型砂箱，即（A+B）/2＞1500mm，在砂箱四角箱带上开设收缩断口e，以防箱角缩裂，断口一般设2～4道。

表9⁃60 箱带的结构和尺寸 （单位：mm）

注：1.最小h数值参考本表选取，不得小于表中数值，一般取（0.25～0.3）H。

2.铸铁砂箱允许用拧合箱带（钢板、轧材、高强度铸铁），为减轻重量和增强衔砂能力，箱带可做出减轻孔，δ₁可不做。

3.部分数据可参考下式确定，δ=（0.8～1）t，δ₁=（1.2～1.5）t，c=t。当t＞15mm时，c=15～25mm。

表9⁃61 通用砂箱的箱带高度 （单位：mm）

注：铸钢砂箱强度较大，为了增加砂箱的适用范围，h的取值可以为：当H＜350mm时，h=40mm；当H＜500mm时，h=50mm；当H=800mm时，h=60mm。

8.排气孔

排气孔的形状一般为圆形和腰圆形。对于铸造砂箱，可直接铸出排气孔；对于焊接或组合式砂箱，可以采用机械加工或者气割方法做出排气孔。砂箱壁排气孔的布置和尺寸见表9⁃62。

表9⁃62 砂箱壁排气孔的布置和尺寸 （单位：mm）