砂型铸造工艺及注意事项-金工实习

砂型铸造的主要造型材料有型砂和芯砂两种，型砂用于造型，芯砂用于制芯，都是由原砂（山砂或河砂）、黏土、水按一定比例混合而成。型砂中的黏土约为9%，水约为6%，其余为原砂。有时还可加入少量煤粉、植物油、木屑等附加物，以提高型砂和芯砂的性能。

型砂的质量直接影响铸件的质量，通常型砂应具备良好的透气性、足够的强度、较高的耐火性、必要的退让性和可塑性。如果型砂的质量差，将会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。例如，透气性不好的型砂会使铸件产生气孔、浇不足等缺陷；强度不足的型砂易在造型、搬运、合箱、浇注过程中因垮塌破坏铸型表面，造成夹砂缺陷；耐火性不好的型砂在高温高热作用下易产生熔化导致粘砂；退让性不好的型砂，铸件易产生内应力导致工件变形或开裂，等等。

制造模样和芯盒的常用材料有木材、金属和塑料，单件、小批生产时采用木模，大批量生产时采用金属模或塑料模。金属模的使用寿命长达10~30万次，塑料模的使用寿命可达几万次，而木模的使用寿命仅1 000次左右。

为了保证铸件的质量，在制造模样和芯盒时，必须先设计出铸造工艺图，然后根据铸造工艺图上工件的形状和大小，制造模样和芯盒。在设计铸造工艺图时，要充分考虑分型面的选择、拔模斜度、加工余量、收缩量、铸造圆角等问题，采用砂芯时还必须在模样上制出相应的芯头。图2-2是压盖零件的铸造工艺图及相应的模样图，从图2-2中可以看出，模样的形状与零件图样往往是不完全相同的。

图2-2　压盖零件的铸造工艺图及模样图

（a）零件图；（b）铸造工艺图；（c）模样图；（d）芯盒

手工造型的操作比较灵活，使用图2-3所示的手工造型常用工具，即可进行整模两箱造型、分模两箱造型、挖砂造型、活块造型、刮板造型、三箱造型等多种操作。

图2-3　手工造型常用工具

（a）浇口棒；（b）砂冲子；（c）通气针；（d）起模针；（e）墁刀：修平面和挖沟槽用；（f）秋叶：修凹曲面用；（g）砂勾：修深的底部或侧面和勾出砂型中散砂用；（h）皮老虎

当铸件的最大截面在零件端部时，可选用最大截面作为分型面，将模样做成整体，采用整模两箱造型。整模两箱造型的操作过程如图2-4所示。

图2-4　齿轮坯零件的整模两箱造型过程

（a）造下砂型；（b）造上砂型；（c）开外浇口、扎通气孔；（d）起出模样；（e）合型；（f）落砂后带浇口的铸件

整模两箱造型时，型腔位于同一个砂箱内，可以有效避免错箱等缺陷，所得铸件的形状精度和尺寸精度较高，模样制备和造型过程都比较简单，常用于最大截面位于端部、形状比较简单的铸件生产。

当铸件不适宜采用整模两箱造型时，通常可以选取工件的最大截面为分型面，把模样分成两半，采用分模两箱造型；也可以将模样分成几部分，采用分模多箱造型。分模两箱造型的操作过程如图2-5所示。

图2-5　套筒类零件的分模两箱造型过程

（a）零件；（b）分模；（c）用下半模造下砂型；（d）用上半模造上砂型；（e）起模、放砂芯、合型；（f）落砂后带浇口的铸件

分模造型的方法比较简单，应用较广。但分模造型时，若砂箱定位不准或夹持不牢，很容易产生错箱，影响铸件的形状精度；铸件沿分型面可能产生披缝，影响铸件的表面质量；此外，分模造型的铸件清理也比较费时。

当铸件的最大截面不在端部，且模样又不便分成两半时，可采用挖砂造型。如图2-6所示，即为手轮零件的挖砂造型过程。挖砂造型时，要将下砂型中阻碍起模的型砂挖掉，以便起模。由于要准确挖出分型面，挖砂造型的操作比较麻烦，对工人的操作技术水平要求较高，故挖砂造型方法只适用于单件或小批量生产。

图2-6　手轮零件的挖砂造型过程

（a）手轮零件；（b）放置模样，开始造下砂型；（c）反转，最大截面处挖出分型面；（d）造上砂型；（e）起模样；（f）落砂后带浇口的铸件(www.xing528.com)

当铸件的侧面有局部凸块阻碍起模时，可将此局部凸块做成与模样主体分离的活动模块，起模时先把模样主体起出，再设法取出活动模块，这种造型方法称为活块造型。活块造型主要用于侧面带有突出部位结构铸件的单件生产或小批量生产。图2-7所示为侧面带有局部凸块零件的活块造型操作过程。

图2-7　侧面有局部凸块零件的活块造型过程

（a）零件；（b）铸件；（c）模样；（d）造下砂型；（e）取出模样主体；（f）取出活块

当生产大型回转体铸件时，为了节约生产成本，有时可以采用刮板造型方法。刮板造型不必制作模样，而是采用与铸件轴截面形状相适应的刮板来替代模样进行造型，其操作方法如图2-8所示：造型时刮板绕固定轴回转，分别将上型与下型的型腔逐步刮出，然后合箱成型。刮板造型方法可以节省制作模样的大量工时及材料，但造型时的操作比较复杂，对工人的技术要求高，生产效率低，多用于回转直径较大的飞轮、圆环等铸件的单件小批量生产。

图2-8　带轮零件的刮板造型过程

（a）带轮铸件；（b）刮板（图中字母表示与铸件的对应部位）；（c）刮制下砂型；（d）刮制上砂型；（e）合型

使用三个砂箱制造铸型的工艺过程，称为三箱造型。当铸件两端的截面尺寸大于中间的截面尺寸时，需要采用三个砂箱造型，由两个方向分别起模。图2-9所示为槽轮零件的三箱造型过程。三箱造型的特点是：模样必须是分开的，中型的上面、下面都是分型面，且中箱的高度应与中型的模样高度相近，以便由中型内起出模样。三箱造型的操作过程较复杂，生产效率较低，容易产生错箱缺陷，只适用于单件小批量生产。

图2-9　槽轮零件的三箱造型过程

（a）铸件；（b）模样；（c）造下砂型；（d）造中砂型；（e）造上砂型；（f）起模、放砂芯、合型

型芯的作用是预埋于砂型内，以求获得所需的铸件内部空腔。因为浇注时型芯受高温液态金属的冲击和包围，所以除要求型芯具有铸件内腔相应的形状外，还必须具有较好的透气性、耐火性、退让性、强度等性能，故应当选用杂质极少的石英砂和采用植物油、水玻璃等黏结剂来配制芯砂，并应当在型芯内放入金属芯骨和扎出通气孔，以提高型芯的强度和透气性。型芯是用芯盒制造而成的，制芯的工艺过程如图2-10所示，与造型过程相似。需要特别注意的是：制作好的型芯在使用前必须彻底烘干，以防止型芯内的残留水汽在浇注时产生猛烈蒸发，引起液态金属爆炸事故。

图2-10　开式芯盒的造芯过程

（a）检查芯盒是否配对；（b）夹紧两半芯盒，分次加入芯砂，分层捣紧；（c）插入刷有泥浆水的芯骨，其位置要适中；（d）继续填砂捣紧，刮平，用通气针扎出通气孔；（e）松开夹子，轻敲芯盒，使砂芯从芯盒内壁松开；（f）取出砂芯，上涂料

造型时必须开出引导液态金属进入型腔的通道，这些通道称为浇注系统。典型的浇注系统如图2-11所示，由冒口、外浇口、直浇道、横浇道和内浇口组成。冒口的作用是排气、浮渣和补缩，它是为了保证铸件质量而增设的。对于厚薄相差较大的铸件，通常要在材料较厚实部位的上方适当开设冒口，排渣补缩。外浇口的形状多为池形，它的作用是减轻金属液流对型腔的冲击，使液态金属平稳地注入直浇道。直浇道是一个倒圆锥形的垂直通道，其作用是使液态金属产生一定的静压力，并引导液态金属迅速充填型腔。横浇道是断面为梯形的水平通道，位于内浇口的上方与内浇口相连，其作用是挡渣及分配金属液进入内浇口，比较简单的小铸件有时可以省去横浇道。内浇口是与型腔相连接的金属液通道，其作用是控制金属液流入型腔时的方向和速度。内浇口开设的位置和方向对铸件的质量影响很大，它一般不应开在铸件的重要部位，以免造成内浇口附近的金属冷却变慢、组织粗大、力学性能变差。

图2-11　浇注系统及冒口

1—冒口；2—外浇口；3—直浇道；4—横浇道；5—内浇口

将制作好的砂型和砂芯按图样的工艺要求装配成铸型的过程，称为合型。合型前要检查型腔内和砂芯表面的浮砂与脏物是否清除干净，检查各出气孔道、浇注系统各部分是否畅通，然后再合型。合型时先将上型垂直抬起，找正位置后垂直下落，按原有的定位方法和记号准确合型。合型之后必须紧固砂箱，紧固砂箱的方法如图2-12所示：小型铸件的抬型力不大，可使用压铁压牢砂箱；中、大型铸件的抬型力较大，可使用螺栓或卡子紧固砂箱。

图2-12　紧固砂箱的方法

（a）压铁紧固；（b）螺栓紧固；（c）卡子紧固