砂型铸造工艺、应用、材料-产业园区

砂型铸造工艺、应用、材料

所属地区：信息补充中发布日期：2025年07月01日

砂型铸造是制造业中最古老、最常用的金属铸造工艺之一。它使用混合砂制作模具，然后将熔融的金属倒入模具中，从而制造出复杂的金属零件。由于其适应性强，砂型铸造广泛应用于汽车、航空航天、建筑、农业等众多行业。
砂型铸造的工作原理?
砂型铸造是在耐高温的砂型混合物中制作凹模或型腔。该工艺首先制作一个模型，通常由木材、金属或塑料制成，用于模拟成品部件的外部形状。将模型放入砂箱（一种类似盒子的容器）中，并用混合了粘合剂的砂子将其包裹。取出模型后，砂子会保留一个与所需部件形状相符的型腔。
为了使熔融金属流动，模具中设计了浇口和冒口系统。这些通道将液态金属从浇口杯引导至型腔，并有助于排出空气。当熔融金属倒入模具中时，它会随着冷却和凝固而呈现出型腔的形状。
最后，通过破碎或分离砂型取出铸件。浇口或冒口区域多余的金属则通过切割或打磨去除。最终结果是与原始模型几何形状相匹配的金属部件。砂型铸造概念虽然简单，但需要注意细节并控制砂型成分、温度和浇注速率等变量，才能获得始终如一的良好效果。控制变量等于成功。
砂型铸造
什么是砂型铸造工艺？
以下是一般流程：
模式：创建或获取最终部件的样板。可采用单件或分件（如果复杂）。
模：将模型放入烧瓶中，并在其周围填充特制沙子。沙子含有二氧化硅、粘土或其他粘合剂以及水分，用于保持形状。取出模型后，会留下空腔。
核心（如果需要）：如果需要内部空腔或复杂的几何形状，则将由树脂砂或其他材料制成的型芯放置在模具中以形成内部通道。
浇注系统：设计并添加浇注系统、浇口杯、流道和冒口，以保证金属流动并排出空气。合适的浇注系统可以减少紊流和缺陷。
熔炼和浇注：将金属（铝、铁、钢或青铜）放入熔炉中熔化。达到合适的温度和成分后，通过浇注系统将其倒入模具中。
冷却凝固：让金属在砂型中冷却凝固。冷却速度会影响晶粒结构和机械性能。
抖落和整理：清除砂粒，露出铸件。通过切割、打磨或机械加工去除浇口材料和多余的金属。如有需要，进行表面处理或热处理。
这就是砂型铸造的工作原理。
使用的材料
砂型铸造可采用多种不同的金属和合金，每种金属和合金的选择取决于特定的性能或成本。常用的金属包括铝、铸铁、球墨铸铁、钢、青铜和黄铜。铝合金用于汽车零部件等轻量化应用，而铁和钢则用于发动机缸体和齿轮等重型部件。
砂子本身通常是高纯度硅砂，并混合了粘土、硅酸钠或合成树脂等粘合剂。这些粘合剂有助于砂子在压力和高温下保持形状。砂子的类型也会影响表面光洁度和透气性，从而影响最终铸件的质量。
还可以在砂型中添加添加剂来增强特定性能。煤粉可以改善表面光洁度，各种化学物质可以控制水分含量或减少膨胀缺陷。整体材料的选择是获得理想铸造效果的关键。
工具和设备
您需要一个砂箱来盛放砂型，一个与零件匹配的模型，以及一个芯盒（如果需要芯子）。夯锤和气动工具会将模型周围的砂型压实，以获得精确的型腔。浇口和冒口切割器会形成金属流动和排气的通道。
熔炉（感应炉）将金属熔化到合适的温度。铸造浇包将熔融的金属从熔炉输送到铸模。合适的安全装备（耐热服、面罩、手套）可以保护工人免受高温金属和烟雾的伤害。
诸如落砂台、磨床和喷丸机等附加工具将有助于完成精加工过程，并使铸件获得一致的表面效果。
技术
砂型铸造有多种类型，可满足不同的需求。湿砂铸造使用粘土粘合的湿砂，制造成本低廉。干砂铸造烘烤模具以增加强度和精度。树脂砂使用合成粘合剂来获得更稳定的模具和更精细的表面。免烘烤成型使用室温下硬化的化学粘合剂。每种方法在成本、精度和速度方面各有优势，因此砂型铸造在许多应用中被广泛使用。
应用与行业
砂型铸造的灵活性和成本使其成为许多行业必不可少的工艺。在汽车工业它生产气缸盖、发动机缸体和其他轻质铝部件。航天工业界使用砂型铸造来制造特种合金的原型和小批量零件。农业设备和工程机械使用大型铸铁和铸钢件以提高耐用性和强度。
船舶, 轨和发电还使用砂型铸造来铸造小型和大型零件。艺术家和雕塑家使用砂型铸造制作金属艺术品和雕像。砂型铸造能够制造复杂的形状，且材料易得，因此广泛应用于工业、商业和艺术领域。
随着新型合金和粘合剂的出现，砂型铸造仍将在许多行业中成为关键工艺。
低碳钢的优势和劣势
优势:
适应性：可以制造从小支架到大型发动机缸体的任何尺寸和形状的零件。
廉价工具：图案可以用相对便宜的木材或塑料制成。
多种材料：可以铸造多种金属和合金以满足机械或热要求。
适应：通过对砂型和浇口系统的简单改变可以实现快速变化，适合低到中等产量运行。
可回收砂：使用的大部分沙子可以回收利用，从而减少浪费和成本。
劣势:
粗糙表面处理：与压铸或熔模铸造相比，砂铸表面粗糙，可能需要后期处理。
较低的尺寸精度：模具的压缩性和膨胀性可能导致尺寸变化或更严格的加工余量。
更长的生产周期：每个模具都是一次性使用的，冷却时间可能很长，对于大批量生产来说很慢。
劳动密集型：尽管实现了机械化，但模型设置、模具准备和落砂仍需要熟练的劳动力，这会增加成本。
通过权衡这些因素，您可以决定砂型铸造是否符合您的预算、质量和产量要求。好好考虑一下吧。
公差和质量控制
由于模具膨胀、砂型移动和热变形等因素，砂型铸造很难达到严格的公差要求。铸造厂采用受控的砂型混合、一致的捣打和精确的浇注温度，以最大程度地减少偏差。CAD 和仿真工具可以预测材料流动和凝固过程，并帮助在生产前识别问题区域。铸件制造完成后，可以使用 X 射线、超声波和渗透探伤等无损检测方法检测缺陷。工艺控制和检测规程可确保铸件满足最终性能要求。
常见缺陷及预防
常见的砂型铸造缺陷有多孔性, 热泪, 误运行和夹杂物气孔是由滞留气体引起的，因此适当的排气和除气是关键。热裂是由金属凝固不均匀引起的，因此控制冷却速度和使用冷铁会有所帮助。浇注不足是由于流动性不足或浇注温度低，因此需要炉子控制和浇口设计。夹杂物是由熔体中的污染物引起的，可以通过过滤和清洁熔炼方法将其最小化。彻底的缺陷分析可以提高砂型铸造的效果。
关于砂型铸造的最终思考
砂型铸造因其灵活性、材料范围和成本优势，仍然是一种可行的制造工艺。通过了解该工艺及其优势和局限性，制造商可以优化生产，并获得服务于全球各行各业和应用的高质量金属零件。

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