基本介紹
砂型鑄造,基本材料,
砂型鑄造
由於砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型製造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，長期以來，一直是鑄造生產中的基本工藝。
砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質量，常在砂型和型芯表面刷一層塗料。塗料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩定性好的粉狀材料和粘結劑，另外還加有便於施塗的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。
砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質量，常在砂型和型芯表面刷一層塗料。塗料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩定性好的粉狀材料和粘結劑，另外還加有便於施塗的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。
基本材料
砂型製造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結劑。最常用的鑄造砂是矽質砂。矽砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使製成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結劑，將鬆散的砂粒粘結起來成為型砂。套用最廣的型砂粘結劑是粘土，也可採用各種幹性油或半幹性油、水溶性矽酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土乾砂型和化學硬化砂型3種。
粘土濕砂型以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑，製成砂型後直接在濕態下合型和澆注。濕型鑄造歷史悠久，套用較廣。濕型砂的強度取決於粘土和水按一定比例混合而成的粘土漿。型砂一經混好即具有一定的強度，經舂實製成砂型後，即可滿足合型和澆注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工藝因素。
粘土濕砂型鑄造的優點是：①粘土的資源豐富、價格便宜。②使用過的粘土濕砂經適當的砂處理後，絕大部分均可回收再用。③製造鑄型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的時間長。⑤砂型舂實以後仍可容受少量變形而不致破壞，對拔模和下芯都非常有利。缺點是：①混砂時要將粘稠的粘土漿塗布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂設備，否則不可能得到質量良好的型砂。②由於型砂混好後即具有相當高的強度,造型時型砂不易流動，難以舂實,手工造型時既費力又需一定的技巧，用機器造型時則設備複雜而龐大。③鑄型的剛度不高，鑄件的尺寸精度較差。④鑄件易於產生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。
20世紀初鑄造業開始採用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質量要求的提高，又出現了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機製造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序實現高速化和自動化。氣體衝擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現代工業要求的重要條件。因而這種傳統的工藝方法一直被用來生產大量優質鑄件。
粘土乾砂型製造這種砂型用的型砂濕態水分略高於濕型用的型砂。砂型制好以後，型腔表面要塗以耐火塗料，再置於烘爐中烘乾，待其冷卻後即可合型和澆注。烘乾粘土砂型需很長時間，要耗用大量燃料，而且砂型在烘乾過程中易產生變形，使鑄件精度受到影響。粘土乾砂型一般用於製造鑄鋼件和較大的鑄鐵件。自化學硬化砂得到廣泛採用後，乾砂型已趨於淘汰。
化學硬化砂型這種砂型所用的型砂稱為化學硬化砂。其粘結劑一般都是在硬化劑作用下能發生分子聚合進而成為立體結構的物質，常用的有各種合成樹脂和水玻璃。化學硬化基本上有3種方式。
①自硬:粘結劑和硬化劑都在混砂時加入。製成砂型或型芯後，粘結劑在硬化劑的作用下發生反應而導致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用於造型，但也用於製造較大的型芯或生產批量不大的型芯。
②氣霧硬化:混砂時加入粘結劑和其他輔加物，先不加硬化劑。造型或制芯後，吹入氣態硬化劑或吹入在氣態載體中霧化了的液態硬化劑，使其彌散於砂型或型芯中，導致砂型硬化。氣霧硬化法主要用於制芯，有時也用於製造小型砂型。
③加熱硬化:混砂時加入粘結劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。製成砂型或型芯後，將其加熱，這時潛硬化劑和粘結劑中的某些成分發生反應，生成能使粘結劑硬化的有效硬化劑，從而使砂型或型芯硬化。加熱硬化法除用於製造小型薄殼砂型外，主要用於制芯。
化學硬化砂型鑄造工藝的特點是：①化學硬化砂型的強度比粘土砂型高得多，而且製成砂型後在硬化到具有相當高的強度後脫膜，不需要修型。因而，鑄型能較準確地反映模樣的尺寸和輪廓形狀，在以後的工藝過程中也不易變形。製得的鑄件尺寸精度較高。②由於所用粘結劑和硬化劑的粘度都不高，很易與砂粒混勻，混砂設備結構輕巧、功率小而生產率高，砂處理工作部分可簡化。③混好的型砂在硬化之前有很好的流動性，造型時型砂很易舂實，因而不需要龐大而複雜的造型機。④用化學硬化砂造型時,可根據生產要求選用模樣材料,如木、塑膠和金屬。⑤化學硬化砂中粘結劑的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末狀輔料,如採用粒度相同的原砂，砂粒之間的間隙要比粘土砂大得多。為避免鑄造時金屬滲入砂粒之間，砂型或型芯表面應塗以質量優良的塗料。⑥用水玻璃作粘結劑的化學硬化砂成本低、使用中工作環境無氣味。但這種鑄型澆注金屬以後型砂不易潰散；用過的舊砂不能直接回收使用，須經再生處理，而水玻璃砂的再生又比較困難。⑦用樹脂作粘結劑的化學硬化砂成本較高,但澆注以後鑄件易於和型砂分離,鑄件清理的工作量減少，而且用過的大部分砂子可再生回收使用。
型芯為了保證鑄件的質量，砂型鑄造中所用的型芯一般為乾態型芯。根據型芯所用的粘結劑不同，型芯分為粘土砂芯、油砂芯和樹脂砂芯幾種。
粘土砂芯用粘土砂製造的簡單的型芯。
油砂芯用幹性油或半幹性油作粘結劑的芯砂所製作的型芯，套用較廣。油類的粘度低，混好的芯砂流動性好，制芯時很易緊實。但剛製成的型芯強度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然後在200～300℃的烘爐內烘數小時，借空氣將油氧化而使其硬化。這種造芯方法的缺點是：型芯在脫模、搬運及烘烤過程中容易變形，導致鑄件尺寸精度降低；烘烤時間長，耗能多。
樹脂砂芯用樹脂砂製造的各種型芯。型芯在芯盒內硬化後再將其取出，能保證型芯的形狀和尺寸的正確。根據硬化方法不同，樹脂砂芯的製造一般分為熱芯盒制芯和冷芯盒制芯兩種方法。①熱芯盒法制芯：50年代末期出現。通常以呋喃樹脂為芯砂粘結劑，其中還加入潛硬化劑(如氯化銨)。制芯時，使芯盒保持在200～300℃，芯砂射入芯盒中後，氯化銨在較高的溫度下與樹脂中的游離甲醛反應生成酸，從而使型芯很快硬化。建立脫模強度約需10～100秒鐘。用熱芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比較高，但工藝裝置複雜而昂貴，能耗多，排出有刺激性的氣體，工人的勞動條件也很差。②冷芯盒法制芯：60年代末出現。用尿烷樹脂作為芯砂粘結劑。用此法制芯時,芯盒不加熱,向其中吹入胺蒸汽幾秒鐘就可使型芯硬化。這種方法在能源、環境、生產效率等方面均優於熱芯盒法。70年代中期又出現吹二氧化硫硬化的呋喃樹脂冷芯盒法。其硬化機理完全不同於尿烷冷芯盒法，但工藝方面的特點，如硬化快、型芯強度高等，則與尿烷冷芯盒法大致相同。
粘土濕砂型以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑，製成砂型後直接在濕態下合型和澆注。濕型鑄造歷史悠久，套用較廣。濕型砂的強度取決於粘土和水按一定比例混合而成的粘土漿。型砂一經混好即具有一定的強度，經舂實製成砂型後，即可滿足合型和澆注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工藝因素。
粘土濕砂型鑄造的優點是：①粘土的資源豐富、價格便宜。②使用過的粘土濕砂經適當的砂處理後，絕大部分均可回收再用。③製造鑄型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的時間長。⑤砂型舂實以後仍可容受少量變形而不致破壞，對拔模和下芯都非常有利。缺點是：①混砂時要將粘稠的粘土漿塗布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂設備，否則不可能得到質量良好的型砂。②由於型砂混好後即具有相當高的強度,造型時型砂不易流動，難以舂實,手工造型時既費力又需一定的技巧，用機器造型時則設備複雜而龐大。③鑄型的剛度不高，鑄件的尺寸精度較差。④鑄件易於產生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。
20世紀初鑄造業開始採用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質量要求的提高，又出現了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機製造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序實現高速化和自動化。氣體衝擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現代工業要求的重要條件。因而這種傳統的工藝方法一直被用來生產大量優質鑄件。
粘土乾砂型製造這種砂型用的型砂濕態水分略高於濕型用的型砂。砂型制好以後，型腔表面要塗以耐火塗料，再置於烘爐中烘乾，待其冷卻後即可合型和澆注。烘乾粘土砂型需很長時間，要耗用大量燃料，而且砂型在烘乾過程中易產生變形，使鑄件精度受到影響。粘土乾砂型一般用於製造鑄鋼件和較大的鑄鐵件。自化學硬化砂得到廣泛採用後，乾砂型已趨於淘汰。
化學硬化砂型這種砂型所用的型砂稱為化學硬化砂。其粘結劑一般都是在硬化劑作用下能發生分子聚合進而成為立體結構的物質，常用的有各種合成樹脂和水玻璃。化學硬化基本上有3種方式。
①自硬:粘結劑和硬化劑都在混砂時加入。製成砂型或型芯後，粘結劑在硬化劑的作用下發生反應而導致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用於造型，但也用於製造較大的型芯或生產批量不大的型芯。
②氣霧硬化:混砂時加入粘結劑和其他輔加物，先不加硬化劑。造型或制芯後，吹入氣態硬化劑或吹入在氣態載體中霧化了的液態硬化劑，使其彌散於砂型或型芯中，導致砂型硬化。氣霧硬化法主要用於制芯，有時也用於製造小型砂型。
③加熱硬化:混砂時加入粘結劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。製成砂型或型芯後，將其加熱，這時潛硬化劑和粘結劑中的某些成分發生反應，生成能使粘結劑硬化的有效硬化劑，從而使砂型或型芯硬化。加熱硬化法除用於製造小型薄殼砂型外，主要用於制芯。
化學硬化砂型鑄造工藝的特點是：①化學硬化砂型的強度比粘土砂型高得多，而且製成砂型後在硬化到具有相當高的強度後脫膜，不需要修型。因而，鑄型能較準確地反映模樣的尺寸和輪廓形狀，在以後的工藝過程中也不易變形。製得的鑄件尺寸精度較高。②由於所用粘結劑和硬化劑的粘度都不高，很易與砂粒混勻，混砂設備結構輕巧、功率小而生產率高，砂處理工作部分可簡化。③混好的型砂在硬化之前有很好的流動性，造型時型砂很易舂實，因而不需要龐大而複雜的造型機。④用化學硬化砂造型時,可根據生產要求選用模樣材料,如木、塑膠和金屬。⑤化學硬化砂中粘結劑的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末狀輔料,如採用粒度相同的原砂，砂粒之間的間隙要比粘土砂大得多。為避免鑄造時金屬滲入砂粒之間，砂型或型芯表面應塗以質量優良的塗料。⑥用水玻璃作粘結劑的化學硬化砂成本低、使用中工作環境無氣味。但這種鑄型澆注金屬以後型砂不易潰散；用過的舊砂不能直接回收使用，須經再生處理，而水玻璃砂的再生又比較困難。⑦用樹脂作粘結劑的化學硬化砂成本較高,但澆注以後鑄件易於和型砂分離,鑄件清理的工作量減少，而且用過的大部分砂子可再生回收使用。
型芯為了保證鑄件的質量，砂型鑄造中所用的型芯一般為乾態型芯。根據型芯所用的粘結劑不同，型芯分為粘土砂芯、油砂芯和樹脂砂芯幾種。
粘土砂芯用粘土砂製造的簡單的型芯。
油砂芯用幹性油或半幹性油作粘結劑的芯砂所製作的型芯，套用較廣。油類的粘度低，混好的芯砂流動性好，制芯時很易緊實。但剛製成的型芯強度很低，一般都要用仿形的托芯板承接，然後在200～300℃的烘爐內烘數小時，借空氣將油氧化而使其硬化。這種造芯方法的缺點是：型芯在脫模、搬運及烘烤過程中容易變形，導致鑄件尺寸精度降低；烘烤時間長，耗能多。
樹脂砂芯用樹脂砂製造的各種型芯。型芯在芯盒內硬化後再將其取出，能保證型芯的形狀和尺寸的正確。根據硬化方法不同，樹脂砂芯的製造一般分為熱芯盒制芯和冷芯盒制芯兩種方法。①熱芯盒法制芯：50年代末期出現。通常以呋喃樹脂為芯砂粘結劑，其中還加入潛硬化劑(如氯化銨)。制芯時，使芯盒保持在200～300℃，芯砂射入芯盒中後，氯化銨在較高的溫度下與樹脂中的游離甲醛反應生成酸，從而使型芯很快硬化。建立脫模強度約需10～100秒鐘。用熱芯盒法制芯,型芯的尺寸精度比較高，但工藝裝置複雜而昂貴，能耗多，排出有刺激性的氣體，工人的勞動條件也很差。②冷芯盒法制芯：60年代末出現。用尿烷樹脂作為芯砂粘結劑。用此法制芯時,芯盒不加熱,向其中吹入胺蒸汽幾秒鐘就可使型芯硬化。這種方法在能源、環境、生產效率等方面均優於熱芯盒法。70年代中期又出現吹二氧化硫硬化的呋喃樹脂冷芯盒法。其硬化機理完全不同於尿烷冷芯盒法，但工藝方面的特點，如硬化快、型芯強度高等，則與尿烷冷芯盒法大致相同。
