砂型鑄造是最常見(jiàn)的金屬鑄造工藝之一，其模具由兩半組成。在砂型鑄造 中，熔融金屬通過(guò)重力或力倒入一次性砂型型腔中，凝固形成型腔形狀零件。通過(guò)此過(guò)程形成的 3D 物體也稱為鑄造。最常見(jiàn)的砂鑄件包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和氣缸蓋。它是使用最廣泛的金屬鑄造制造工藝，占鑄件總重量的很大一部分。

鑄造工藝

在砂型鑄造過(guò)程中，材料被加熱到正確的溫度以熔化，有時(shí)會(huì)進(jìn)行處理以改變化學(xué)成分，以獲得所需的材料性能。然后將熔融金屬倒入具有所需形狀型腔的模具中冷卻凝固。

為了以盡可能低的成本生產(chǎn)出最優(yōu)質(zhì)的砂型鑄件，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)考慮多種工藝要求并了解砂型鑄造的局限性。砂型鑄造有8 個(gè)關(guān)鍵要素，即拔模角、分型線、底切和型芯、橫截面、壁厚、拐角和角度、連接設(shè)計(jì)和鑄造余量，需要考慮以避免機(jī)械工程師在砂型鑄造過(guò)程中面臨的常見(jiàn)陷阱。

只有當(dāng)缺陷或缺點(diǎn)影響零件的功能時(shí)，它才會(huì)成為問(wèn)題。因此選擇合適的制造工藝對(duì)于滿足零件的功能要求至關(guān)重要。

砂型 鑄造是最通用的制造方法，使工程師可以自由地用無(wú)限數(shù)量的金屬和合金設(shè)計(jì)復(fù)雜的零件。

·       超過(guò) 70% 的金屬鑄件是通過(guò)此工藝生產(chǎn)的

·       砂型鑄造可以生產(chǎn)各種尺寸，從小型雕像到重量超過(guò) 100 噸的零件

·       非常復(fù)雜的零件可以輕松地一體生產(chǎn)

·       尺寸精度低

·       表面光潔度差

·       適應(yīng)性強(qiáng)，可應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)

砂型鑄造工藝是如何進(jìn)行的？

澆注系統(tǒng)的要素

金屬鑄造澆注系統(tǒng)

砂型鑄造是最常見(jiàn)的金屬鑄造工藝之一，其模具由兩半組成。燒瓶箱內(nèi)裝有兩半部分，上半部分稱為上半部分，下半部分稱為下部分。下圖顯示燒瓶被分成兩半。將兩半分開(kāi)的線稱為分型線。

以下是砂型鑄造周期的七個(gè)主要步驟

砂型鑄造步驟

1.     制模步驟，其中由合適的材料制成待鑄造物體的復(fù)制品。模型通常尺寸過(guò)大，以允許金屬在冷卻階段收縮

2.     在 制模步驟中，通過(guò)將砂填充到模型周圍的模具中來(lái)形成砂模。砂型分為兩半，上半部分稱為“上”，下半部分稱為“下”。當(dāng)模型從型腔中取出時(shí)，它會(huì)形成用于澆注熔融金屬的殘留物。模具還會(huì)有其他特征，如主流道、流道、澆口、澆注杯、冒口等，這些將在后面詳細(xì)討論。

3.     夾緊步驟涉及兩個(gè)半模（Cope 和 Drag），牢固地夾緊在一起，準(zhǔn)備澆注金屬。

4.     澆注熔融金屬保持在設(shè)定溫度。熔融金屬快速注入以避免過(guò)早凝固

5.     澆注的熔融金屬一旦進(jìn)入型腔就會(huì)開(kāi)始 冷卻并凝固。大多數(shù)可能的砂型鑄造缺陷都是在這個(gè)凝固階段引入的

6.     一旦冷卻期結(jié)束，模具就可以被 搖出/折斷并鑄造

7.     修邊涉及清理和去除與主要部件連接的部分，如流道、澆道等

砂型鑄造的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

要了解任何制造工藝，首先，不僅必須仔細(xì)考慮其優(yōu)點(diǎn)，而且尤其要考慮其潛在的局限性和工藝?yán)щy。

砂型鑄造的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

·       設(shè)計(jì)靈活性—— 零件的尺寸和重量范圍可以從幾毫米和克到幾米和許多噸。鑄件的尺寸和重量?jī)H受熔融金屬處理和供應(yīng)所施加的限制。因此可以生產(chǎn)大型零件。

·       高復(fù)雜性形狀—— 沒(méi)有任何其他工藝能夠像鑄造一樣提供塑造復(fù)雜特征的可能性，從而生產(chǎn)出近凈形部件。

·       更廣泛的材料選擇—— 幾乎所有工程合金只要能熔化就可以鑄造。

·       低成本模具—— 與其他金屬制造工藝相比，模具和設(shè)備成本較低。因此使其成為實(shí)現(xiàn)近凈形部件最便宜的方法之一

·       交貨時(shí)間短—— 與其他交貨時(shí)間相比，交貨時(shí)間短是短批量生產(chǎn)的理想選擇。

·       減少浪費(fèi)——廢金屬可以回收利用

缺點(diǎn)

·       材料強(qiáng)度低——與機(jī)加工零件相比，由于孔隙率高，零件的材料強(qiáng)度低。

·       尺寸精度低—— 收縮和表面光潔度尺寸精度很差。

·       表面光潔度差—— 由于內(nèi)部砂模壁表面紋理。

·       不可避免的缺陷—— 與任何其他冶金工藝一樣，缺陷或質(zhì)量變化（例如收縮、孔隙率、澆注金屬缺陷、表面缺陷）是不可避免的。砂型鑄件的孔隙率高于其他鑄造工藝（例如壓鑄和熔模鑄造）。

·       后處理—— 如果需要更嚴(yán)格的公差來(lái)與其他配合部件連接，通常需要進(jìn)行二次加工操作。與模具和材料成本相比，加工成本較高

·       更高的風(fēng)險(xiǎn)——對(duì)人類的安全危害和環(huán)境問(wèn)題

·       生產(chǎn)問(wèn)題——去除薄小部件的圖案具有挑戰(zhàn)性

【譯自：https://engineeringproductdesign.com/knowledge-base/sand-casting/】