金属砂型铸造技术砂型铸造.docx

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金属砂型铸造技术砂型铸造

金属砂型铸造技术-砂型铸造

前言金属砂型铸造技术

砂型铸造是一种最基本的铸造方法，其工艺过程有制造模型和芯合、混砂、造型和造芯、烘干合箱、熔化…等等。

砂型铸造在砂型中生产铸件的铸造方法。

钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。

由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。

最常用的铸造砂是硅质砂。

硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。

为使制成的砂型和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂，将松散的砂粒粘结起来成为型砂。

应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。

砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。

金属砂型铸造技术-造型方法

1、各种造型方法的特点和应用

造型是砂型铸造的重要工序，大体分手工和机器造型两大类。

手工造型主要用于单件或小批量铸件的生产，而机器造型则主要用于大批量的铸件制造。

1．手工造型：

手工造型操作灵活、大小铸件均能适应。

在实际生产中，由于铸件的结构特点、批量大小、使用要求及生产条件的不同，所用的造型方法也不一样，如表1为常用手工造型方法的特点和应用范围。

手工造型对模型的要求不高，一般采用成本较低的木模。

对于尺寸较大的回转体或等截面的铸件，还可以采用成本更低的刮板造型法。

因此，尽管手工造型的生产率较低、获得铸件的尺寸精度及表面质量也较差，但对工人的技术水准要求较高，且在实际生产中很难完全以机器造型取代。

尤其是对于单件、小批铸件的生产。

表1常用手工造型方法的特点和应用范围

造型方法

名称

特点

适用范围

按砂箱特征区分

两箱造型

铸型由上箱和下箱构成，操作方便

属造型的最基本方法，适用于各种生产批量和各种大、小的铸件

三箱造型

铸型由上、中、下三箱构成，中箱的高度须与铸件两个分型面间距相适应。

三箱造型操作费工时、需有适合的砂箱

主要用于手工造型中，生产有两个分型面的铸件

地坑造型

利用车间的地面砂床作为铸型的下箱，大铸件需在砂床下面铺焦碳、并埋上出气管，以便浇注时引气。

地坑造型仅用上箱便可造型，减少了制造专用下箱的生产准备时间，减少了砂箱的投资，但要求的技术较高

常用于砂箱不足的条件和制造批量不大的大、中型铸件

脱箱造型

采用活动砂箱造型。

在铸型合箱后可将砂箱脱出，继续造下一个型。

所以一个砂箱可制许多铸型

金属浇注时，为防止错箱，需用型砂将铸型周围填紧，也可在铸型上加套箱

常用于生产小铸件，因砂箱无箱带，所以砂箱多小于400mm

按模型特征区分

整模造型

模型是整体，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错箱缺陷

适用于铸件最大截面靠一端且为平面的铸件

挖砂造型

模型虽是整体的，但铸件的分型面为曲面，为了起出模型，造型时用手工挖出阻碍起模的型砂，其造型费工，生产率低

用于单件、小批生产，分型面不是平面的铸件

假箱造型

为克服上述挖砂缺点，在造型的预先作个假箱，再在假箱上制下箱，假箱不参加浇注，此种造型比挖砂操作简便，且分型面整齐

用于成批生产需要挖砂的铸件

分模造型

将模型沿截面最大处分为两半，型腔位于上、下两个半型内，其造型简单，节省工时

常用于铸件最大截面在中部（或圆形）的铸件

活块造型

铸件上有防碍起模的小突台、筋条等，制模时将这些作成活动部分，造型起模时，先起出主体模型，然后再从侧面取出活块，其造型费时要求工人技术水准高

主要用于单件、小批生产带有突出部分，使之难以起模的铸件

刮板造型

用刮板代替木模造型，它可大大降低模型成本，节约木材，缩短生产周期，但造型生产率低、要求工人的技术水准高

主要用于有等截面的或回转体大、中型铸件的单件、小批生产。

如带轮、飞轮、齿轮、弯头等

2．机器造型

机器造型是将手工造型中的紧砂和起模工步实现了机械化的方法。

与手工造型相比，不仅提高了生产率、改善劳动条件而且提高了铸件精度和表面质量。

但是机器造型所用的造型设备和工艺装备的费用高、生产准备时间长，只适用于中、小铸件成批或大量的生产。

1） 根据紧砂原理的不同，机器造型分为以下几种：

（1）震压造型

  以压缩空气为动力的震压造型机最为常用，如图1.1为其工作过程。

其原理是通过震击使得砂箱下部的型砂在惯性力作用下紧实，再用压头将砂箱上部松散的型砂压实。

   震压造型机的结构简单、价格较低使其应用普遍，但它噪声大、砂型紧实度不高，因而又有了其它一些机械化程度更高的造型机。

如微震压实造型机、高压造型机、射砂造型机和抛砂造型机等。

（2） 微震压实造型

微震压实造机的紧砂原理是在型砂压实的同时进行微震，所以其紧实度比震压造型的高而且均匀。

（3） 高压造型

高压造型机的压头采用液体加压，每个小压头的行程可随模型的高度自行调节，使砂型各部位的紧实度均匀，且在压实的同时还可进行微震，它制得的砂型紧实度高、能获得表面粗糙度低、尺寸精度高的铸件、且噪音小，生产率高。

（4）射砂造型采用射砂和压实联合的紧砂方法将砂型紧实，其过程见图1.4。

这种方法不易产生错箱缺陷，获得铸件的尺寸精度高；生产率高，易于实现自动化。

适合于中小铸件成批大量的生产。

（5）    抛砂紧实造型

抛砂紧实造型是利用电动机驱动抛砂机头的叶片，连续地将传送带运来的型砂在机头内初步紧实、再靠离心力的作用将已呈团状的型砂快速（30～60m/s）地抛到砂箱中，如此将型砂逐层紧实。

也就是在完成填砂同时进行紧实，其效率高、型砂紧实度均匀，可用于任何批量的大、中型铸件或大型芯子的制造。

✓起模方法   

型砂紧实以后就要进行起模，以获得完整的型腔。

大部分机器造型机均带有起模机构。

大体有顶箱起模、漏模和翻箱起模三类。

✓机器造型的特点

（1）采用模板的两箱造型。

所谓模板就是将模型、浇注系统沿分型面与底板联结成一体的专用工装，一般采用金属材料制造。

有单面模板和双面模板之分。

（2）  不能采用三箱造型和活块造型。

金属砂型铸造技术-铸造优势

砂型铸造的破碎机耐磨件在国内还是非常普遍的，像颚板、高铬板锤、破碎壁、轧臼壁等等，因为在破碎机设备中，作为一种比较大的耐磨铸件，相对来说精确度不是很高，特别如颚板，出来的成品几乎不用车床打磨，破碎壁、轧臼壁、辊皮之类的也只是铸件的部分地方需要车床打磨，所以特别适合用砂型铸造，因为砂型铸造的颚板、高铬板锤、破碎壁、轧臼壁、辊皮等等这些破碎设备的耐磨件比其他如消失模铸造工艺的产品耐用20%以上。

但是消失模铸造具有尺寸精度高，加工余量小，干砂落砂方便，清理打磨工作量减少50%以上，节约劳动成本，因此消失模铸造的价格相对较低。

砂型铸造是铸造工艺中的一种，砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。

由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

目前，国际上，在全部铸件生产中，60～70%的铸件是用砂型生产的，而且其中70%左右是用粘土砂型生产的。

主要原因在于：

砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。

所以像汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用粘土湿型砂工艺生产的。

当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。

粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。

因砂型铸造具有以上的优势，所以，其在铸造产业中应用越来越广泛。

未来，其将会在铸造业中扮演着越来越重要的角色。

金属砂型铸造技术-铸造趋势

铸造行业的80%以上的产品都是砂型铸造完成的,因此我们通常所讲的铸造一般就是指砂铸,即砂型铸造.

“八五”期间铸造受到了原机电部高度重视，投入了建国以来最大的一次专项技改贷款和攻关费用，扶持了铸造机械行业产品的开发和发展。

“大型抛丸清理机的制造”，“垂直分型无箱射压造型机”，“水玻璃砂旧砂再生设备的研制”，“金属型铸造设备”等等相继被开发应用。

“九五”期间，铸造行业承担并树立完成了“轿车铸件毛坯精化高效造型与清理成套技术与装备”的任务，“缸体高效连续抛丸清理线的开发与研制”也取得圆满成功，1999年完成了国家攻关高水平的气冲造型线项目的成功。

“十五”期间，铸造行业主要经济指标的年均增长都在30%以上，高于机床工具全行业平均增长水平，特别是利润增长更快，年均利润增长高达46%，同时也保持较高的市场销售水平。

另外，树脂砂铸造成套设备，基本可以满足国内市场需求，改变了过去主要依赖进口的局面；已经能够生产出较高水平的铸造自动生产线，达到可部分替代进口的水平，部分的解决了轿车发动机缸体、缸盖等铸件毛坯也要进口的情况；高水平自动制芯机、自动铸件清理机、自动砂处理机、大型自动压铸机以及精密铸造设备等铸造机械，国内基本上都能生产制造。

应当说“十五”期间铸造机械行业的产品水平有了很大提高，为中国铸造机械行业今后的进一步发展打下良好基础。

“十一五”期间，铸造业在巨大市场需求的刺激下，仍将继续保持较高速度增长。

由于铸造机械产品的技术水平仍然与市场需求差距较大，使行业的发展存在巨大的发展潜力和扩展空间，为铸造机械行业的快速增长带来机遇。

“十二五”时期，整个铸造行业特别要在铸造新工艺和新材料上下工夫，铸造材料的价格居高不下，要求精密铸造行业必须而且快速开发出新的可替代的低价新材料；下游客户的的要求的不断提高，驱使我们必须提升工艺水准；人力资源成本的不断上升，我们必须在精密铸造装备上多下工夫，多开发，多投资！

例如，中国铸造权威机构中国铸造协会及国际铸业咨询网一致推荐的新材料精铸专用刚玉及台湾的铸造手机器人等，都是精密铸造下一步发展的方向。

各种常用金属材料的比重参考表

材料名称

比重

（克/厘米3）

材料名称

比重

（克/厘米3）

灰口铸铁

6.6～7.4

白口铸铁

7.4～7.7

可锻铸铁

7.2～7.4

工业纯铁

7.87

钢材

7.85

铸钢

7.8

低碳钢（含碳0.1%）

7.85

中碳钢（含碳0.4%）

7.82

高碳钢（含碳1%）

7.81

高速钢（含钨9%）

8.3

高速钢（含钨18%）

8.7

不锈钢（含铬13%）

7.75

纯铜（紫铜）

8.9

纯镍

8.85

硅

2.33

铅

11.34

工业纯铝

2.71

锌板

7.2

锌阳极板

7.15

铅板

11.37

锡

7.3

锇

22.5

铱

22.4

铂

21.45

金

19.32

钨

19.3

钽

16.6

汞

13.6

钍

11.5

银

10.5

钼

10.2

铋

9.8

钴

8.9

镉

8.65

铌

8.57

锰

7.43

铬

7.19

铈

6.9

锑

6.68

锆

6.49

碲

6.24

钒

6.1

钛

4.51

钡

3.5

铍

1.85

镁

1.74

钙

1.55

钠

0.97

钾

0.86

砷

5.73

硒

4.84

硼

2.34

各种合金金属比重表

H96黄铜合金

8.8

H90黄铜合金

8.7

H68黄铜合金

8.5

H62黄铜合金

8.5

HPb74-3铅黄铜

8.7

HPb63-3铅黄铜

8.5

HPb59-1铅黄铜

8.5

HSn90-1锡黄铜

8.8

HSn70-1锡黄铜

8.54

HSn62-1锡黄铜

8.5

HSn60-1锡黄铜

8.5

HAl77-2铝黄铜

8.6

HAl67-2.7

8.5

HAl60-1-1铝黄铜

8.5

HAl66-6-3-2铝黄铜

8.5

HMn58-2锰黄铜

8.5

HMn57-3-1锰黄铜

8.5

HMn55-3-1锰黄铜

8.5

HFe59-1-1铁黄铜

8.5

HSi80-3硅黄铜

8.5

HNi65-5镍黄铜

8.5

QSn4-3锡青铜

8.8

QSn4-4-2.5锡青铜

8.75

QSn4-4-4锡青铜

8.9

QSn6.5-0.1磷青铜

8.8

QSn6.5-0.4磷青铜

8.8

QSn7-0.2磷青铜

8.8

QSn4-0.3磷青铜

8.9

QAl5铝青铜

8.2

QAl7铝青铜

7.8

QAl9-2铝青铜

7.6

QAl9-4铝青铜

7.5

QAl10-3-1.5铝青铜

7.5

QAl10-4-4铝青铜

7.5

QBe2铍青铜

8.3

QBe2.15铍青铜

8.3

QSi1-3硅青铜

8.6

QSi3-1硅青铜

8.4

QCd1.0镉青铜

8.80

ZQSn3-12-5铜合金（锡青铜）

8.69

ZQSn3-7-5-1铜合金（锡青铜）

8.7

ZQSn5-5-5铜合金（锡青铜）

8.84

ZQSn6-6-3铜合金（锡青铜）

8.82

B5铜合金

8.9

B19铜合金

8.9

B30铜合金

8.9

BMn3-12锰白铜

8.4

BMn40-1.5锰白铜

8.9

BMn43-0.5锰白铜

8.9

BFe30-1-1铁白铜

8.9

BFe5-1铁白铜

8.9

BZn15-20锌白铜

8.6

BAl6-1.5铝白铜

8.7

NSi0.19镍合金

8.85

NGu28-2.5-1.5

8.85

NMg0.1钛合金

8.85

NGr9镁合金

8.7

LF2铝合金

2.68

LF3铝合金

2.67

LF5铝合金

2.65

LF6铝合金

2.64

LF10铝合金（铝镁）

2.65

LF11铝合金

2.65

LF12铝合金

2.63

LF21铝合金

2.73

LY1铝合金

2.76

LY2铝合金

2.75

LY6铝合金

2.76

LY7铝合金

2.76

LY8铝合金

2.8

LY9铝合金

2.8

LY10铝合金

2.8

LY11铝合金

2.8

LY12铝合金

2.78

LY16铝合金

2.84

LY17铝合金

2.84

LD2铝合金

2.7

LD5铝合金

2.75

LD6铝合金

2.75

LD7铝合金

2.8

LD8铝合金

2.77

LD10铝合金

2.8

LC3超硬铝合金

2.85

LC4超硬铝合金

2.85

LC6超硬铝合金

2.89

LC9超硬铝合金

2.85

ZL101铝合金

2.66

ZL102铸造铝合金（铝硅）

2.65

ZL103铝合金

2.7

ZL104铝合金（铝硅）

2.65

ZL105铝合金

2.68

ZL201铝合金（铝铜）

2.78

ZL203铝合金

2.8

ZL301铝合金（铝镁）

2.55

ZL401铝合金

2.95

ZZnAl10-5锌合金

6.3

ZZnAl9-1.5锌合金

6.2

ZZnAl4-1锌合金

6.7

ZZnAl4锌合金

6.6

ZChSnSb12-4-10锡合金

7.52

ZChSnSb11-6锡合金

7.38

ZChSnSb8-4锡合金

7.39

ZChSnSb4-4锡合金

7.34

ZChPbSb16-16-2锡合金

9.29

ZChPbSb15-5-3锡合金

9.6

ZChPbSb15-10锡合金

9.73

ZChPbSb15-5锡合金

10.04

ZChPbSb10-6锡合金

10.24

YG3X钨钢

15～15.3

YG4C钨钢

14.9～15.2

YG6X钨钢

14.6～15

YG6A钨钢

14.6～15

YG6钨钢

14.6～15

YG8N钨钢

14.5～14.9

YG8钨钢

14.5～14.9

YG8C钨钢

14.5～14.9

YG11C钨钢

14～14.4

YG15钨钢

13～14.2

YW1钨钢

12.6～13.5

YW2钨钢

12.4～13.5

YT5钨钢

12.5～13.2

YT14钨钢

11.2～12

YT30钨钢

9.3～9.7

YN10硬质合金钢

≥6.3