用粘土粘结砂作造型材料生产铸件，是历史悠久的工艺方法，也是应用范围最广的工艺方法。说起历史悠久，可追溯到几千年以前；论其应用范围，则可说世界各地无一处不用。

值得注意的是，在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天，粘土湿型砂仍是最重要的造型材料，其适用范围之广，耗用量之大，是任何其他造型材料都不能与之比拟的。据报道，美国钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占80%以上；日本钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占73%以上。

适应造型条件的能力极强，也是粘土湿型砂的一大特点。1890年震压式造型机问世，长期用于手工造型条件的粘土湿型砂，用于机器造型极为成功，并为此后造型作业的机械化、自动化奠定了基础。近代的高压造型、射压造型、气冲造型、静压造型及无震击真空加压造型等新工艺，也都是以使用粘土湿型砂为前提的。

各种新工艺的实施，使粘土湿型砂在铸造生产中的地位更加重要，也使粘土湿型砂面临许多新的问题，促使我们对粘土湿型砂的研究不断加强、认识不断深化。

现今，随着科学技术的速发展，各产业部门对铸件的需求不断增长，同时，对铸件品质的要求也越来越高。现代的铸造厂，造型设备的生产率已提高到前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分适应具体生产条件，或不能有效的控制其稳定、一致，则不用多久就可能将铸造厂埋葬于废品之中。

随着科学技术的发展，目前采用粘土湿型砂的铸造厂，一般都适合其具体条件的砂处理系统，其中包括：旧砂的处理、新砂及辅助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的监控。

粘土湿砂系统中，有许多不断改变的因素。如某一种或几种关键性能不能保持在控制范围之内，生产中就可能出现问题。一个有效的砂处理系统，应能监控型砂的性能，如有问题，应能及时加以改正。

由于各铸造厂砂处理系统安排不同，选用的设备也不一样，要想拟定一套通用的控制办法是做不到的。这里，打算提出一些目前已被广泛认同的控制要点。各铸造厂认真地理解了这些要点之后，可根据自己的具体条件确定可行的控制办法。而且，还要随着技术的进步和工厂的实际能力（包括人员和资金）不断改进对型砂系统的控制。

一．旧砂的处理

用粘土湿型砂造型，浇注以后，除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外，大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。

配制粘土湿型砂时，旧砂用量一般都在90%以上，如果对旧砂的处理不当，无论怎样加强混砂，无论添加什麽辅助材料，都不可得到好的型砂。所以，对旧砂进行有效的处理，是保证型砂质量的前提。

1．旧砂温度的控制

热砂问题，已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高，铸件容易产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。热砂对铸件质量的负面影响，主要由于以下几个方面：

·由于热砂使水分蒸发，混砂时无论怎样注意，也难以控制型砂的性能；
·将热型砂送往造型机的过程中，由于水份损失，型砂性能改变，造型时实际上用的型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大；
·造型时，热型砂的水分容易在模样表面上凝结，型砂粘模；
·合型后，热砂的水分蒸发，凝结在冷的芯子上，会使芯子的强度降低，铸件也易于产生气孔；
·如果旧砂要贮存在砂斗中备用，则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时，砂斗四周堵满了型砂，只剩中间一个孔洞，使系统中的型砂只有一部分周期使用，这部分型砂周转快、温度又会进一步提高，使热砂问题更加严重。

多高温度的砂算是热砂？判断热砂的温度界限，是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面出现问题。对此，许多研究者从个方面进行了研究；有人研究了型砂温度对其性能稳定性的影响；有人研究了温度对膨润土-水系统流变性的影响；有人研究了型砂温度与铸件质量的关系。各方面的研究，得到了一致的结论，即：为保证型砂的性能稳定，温度应保持在50℃以下。

使型砂冷却，最有效的办法是加水，但是，简单的加水，效果是很差的。一定要吹入大量空气使水分蒸发，才能有效地冷却。

以下，给出一个简略的计算比较：

型砂的比热大致是：9.22×102J/kg·℃，
水的比热是：4.19×103J/kg·℃，
水的蒸发热是：2.26×106J/kg，
1吨砂中加20℃的水10kg（加水1%），使其温度升到50℃，所能带走的热量为4.19×103
×10×30，即12.57×105J。
1吨砂温度降低1℃，需散热9.22×102×1000 J，即9.22×105 J。

所以，在旧砂中加水1%，只能使温度降低24.5℃。

使1吨砂中的水分蒸发1%（10kg），能带走的热量为2.26×107J，却可使砂温降低24.5℃。

以上的分析表明：简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水，冷却效果是很差的。即使加水后向砂表面吹风，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均匀，然后向松散的砂吹风，使水分迅速蒸发，同时将蒸汽排除。

目前，型砂冷却装置的品种、规格很多，主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等，都是利用水分蒸发冷却型沙。其中，冷却沸腾床效果较好。

2．旧砂的水分控制

几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分，但是，对于严格控制旧砂水分的重要性，很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。

进入混砂的旧砂水分太低，对混砂质量的影响可能并不亚于砂温过高。

试验研究和经验都已证明，加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难得多。型砂中的膨润土和水，并非简单的混在一起就行，要对其加搓揉，使之成为可塑状态。这就像用陶土和水制陶器一样，将水和土和一和，是松散的，没有粘接能力；经过搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成为塑性状态，才可以成形，制成陶器毛坯。

铸型浇注以后，由于热金属的影响，很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了，加水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低，在混砂机中加水混碾使之达到要求性能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的，旧砂的水分越低，混成砂的综合质量就越差。目前，各国铸造工作者已有了这样一种共识：进入混砂机的旧砂，水分只能比混成砂略低一点。

较好的做法是：在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样，从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间，水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。

更好的做法是：在系统中设混砂机对旧砂进行预混，冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混，以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国外，有的铸造厂预混时，将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。天津的新伟祥铸造公司，用德国制造的EiRich混砂机预混。经过预混的旧砂，进入混砂机后加水量很少，只是略微调整。型砂中的膨润土和水在混砂机进一步得到调制，型砂的性能就更为稳定一致。

3．旧砂的粒度

对于用粘土湿型砂制造的铸铁件，型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上，决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂来改变型砂的粒度。所以，应该经常检测旧砂的粒度。

检测粒度时，取样后先清洗除去泥分（可用测定含泥量时剩下的砂样），烘干后筛分。

对粒度有以下两点要求。

（1）140目筛上的砂粒应在10-15%之间。保持较多的细砂，可以减轻铸件表面粘砂。而且，会增加砂粒之间粘结桥的数量，从而降低型砂的脆性，避免冲砂缺陷。此外，这对提高型砂的温强度、干强度和水分迁移后增湿层强度都有好处。
（2）200目筛、270目筛和底盘上细砂的总和应尽量地少。这样的细砂对改善铸件表面质量的作用不大，却会使混成砂的水分较高，而且会使型砂的透气性降低。细砂的总和一般应少于4%。

4．吸水细粉的含量

吸水细粉中主要是死粘土，还包括焦化了的煤粉细粒和其他细粉。

吸水细粉的含量并非越低越好，最好将其控制在2-5%之间。

吸水细粉，混砂时会和膨润土争夺水分，使混成砂达到可紧实性目标值所需的水分增高。但是，据目前大家的认识，吸水细粉的吸水能力比膨润土强，而保持水分的能力却低于膨润土。因此，在型砂中加水量略有不当时，吸水细粉对型砂性能有一定的"微调和稳定"作用。水分高时，细粉首先吸水，膨润土所吸收水可较稳定一致；混成砂在输送过程中水分蒸发时，吸水细粉所吸的水先蒸发，粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定，型砂的性能也就较小波动。
吸水细粉含量太高也不好，会使型砂的水分较高，易于导致铸件上产生针孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。
吸水细粉含量太低，则型砂的性能（尤其是可紧实性）不易稳定。

二．补加新砂及辅助材料

粘土湿型砂在系统中反复使用，由于铸件粘附的砂粒被带走，部分膨润土受热成为死粘土，煤粉受热失效以及抽尘系统吸走粉状材料等因素，补加新材料以保持系统砂的总量稳定、性能一致是绝对必要的。

这里，只简单谈谈各种材料补加量的确定，不想罗列各种材料的规格。

1、新砂

用新砂配成的型砂，是简单的混合物。在生产条件下，混砂时间不可能很长，膨润土和水形成的粘土膏不可能均匀涂布在砂粒表面上，砂粒的结构见图1（a）。反复使用的旧砂，砂粒结构见图1（b），砂粒表面上积了多层变质烧结层，粘土膏的涂布则相当均匀。

图1 粘土湿型砂的砂粒结构

因此，混砂时补加的新砂不宜太多，以保持系统砂总量稳定为原则。新砂加入量太多，会对型砂质量有负面的影响。

国外一些运转良好的型砂系统，新砂补加量一般是每浇注1吨铁水120~150kg。如考虑砂-铁比平均为5，则混砂时新砂补加量为2.6~3%。当然，新砂补加量还要考虑很多因素，如设备条件，芯砂进入量。很多铸造厂要根据自己的条件确定，外厂的经验只能参考。

我国铸造厂一般散落砂都较多，很多厂新砂补加量为5-8%，这也是合适的。

也有少数铸造厂以为多家新砂可以提高型砂质量，这种想法可能来自旧砂完全没有处理、生产量又小的条件。

2、膨润土

和其他黏结剂相比，膨润土有一个重要的特点，就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高，脱除了自由水的膨润土只要加水，仍能恢复粘能力。

不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同。通过一系列加热试验和差热分析实验，得知天然钠膨润土的失效温度为638℃，钙膨润土为316℃。人工活化的钠膨润土，由于活化条件各异，准确的失效温度不详。据日本报道的实验结果，人工活化的钠膨润土，在最初使用时，失效温度略低于天然钠膨润土；几次反复加热后，就与钙膨润土相近，其"耐用性"不佳。

（1）膨润土中水的形态

活性膨润土的粘结能力，只有在加水以后才能表现出来。膨润土失去粘结能力，也与它的脱水有关。

到目前为止，认为膨润土中的水分有三种形态。

一种是自由水，即膨润土颗粒吸附的水。加热到100℃以上，就可脱除自由水。脱除了自由水的膨润土，粘结能力不受影响。

第二种是牢固结合水。将膨润土置110℃下长时间加热，可完全脱除自由水，但但不会脱除牢固结合水。已完全脱除自由水的膨润土，再在较高的温度（如200℃，300℃）下加热仍会继续减重，说明仍有水分损失。膨润土经这样加热脱水后，只要加水，能完全恢复粘结能力。

第三种是晶格水，也有人称之为结构水。晶格水只有在相当高的温度下才能部分或全部脱除。膨润水的晶格水脱除以后，即丧失粘结能力，成为死粘土。

（2）膨润土的耐用性

F.Hofmann曾就天然钠膨润土和钙膨润的耐用性作了测定。试验所用的膨润土，是美国威欧明的钠膨润土和美国南部的钙膨润土。

试验方法是：取硅砂和膨润土配成含膨润土5%的型砂，将型砂加热到不同温度，待其冷却后，将团块碾碎，再加水混制。将混成砂制成试样，测定湿抗压强度。试验结果见图2。

图2与我们前面提高的两种膨润土的失效温度是一致的，由图可以看出：

钠膨润土在600℃以下加热，它的粘结能力基本上不受影响。加热温度超过600℃，就急剧地丧失粘接能力。加热到700℃以上，差不多完全丧失了粘结能力。

钙膨润土在100℃以上，就开始缓慢地失去粘结能力。加热温度再提高，粘结能力的丧失就越来越明显。

当熔融金属注入铸型以后，贴近铸件表面的型砂就被加热到800℃以上（有一些非铁合金达不到此温度）。不管你用什么样的膨润土，这部分型砂中的膨润土都会变成死粘土。这些死粘土，大部分随同型砂一道附在铸件表面上，被铸件带走，一小部分留在回收的旧砂中。

除了制造大型铸件以外，在铸造过程中，大部分型砂达不到这样的温度。这些型砂中膨润土的情况又怎样呢？

不同的膨润土，脱除晶格水的温度是不同的，脱除晶格水的速率也不一样。如采用容易脱除晶格水的膨润土，即使在并不直接接近铸件的型砂中，也会有较多的膨润土失效而变成死粘土。如采用不易脱除晶格水的粘土，产生的死粘土就会少一些。

因此，有人用"耐用性"来描述膨润土是否容易失效。所谓"耐用性"，是一个相对的概念，没有绝对的判据。在相同的情况下，每经一次浇注，用甲膨润土时型砂中产生的死粘土比用乙膨润土时少，也就是甲粘土的"耐用性"比乙粘土好。

既然不同品种的膨润土的耐用性不同，在相同的生产条件下，浇注金属液以后，用不同膨润土的型砂，因受热而失效的膨润土量也就不同。此外，型砂活性膨润土（吸蓝膨润土）的含量越高，受热而失效的膨润土也就越多。

根据铸件的壁厚和形状以及浇注以后金属传递给砂型的热量，可以得到砂型内的温度场。再根据型砂中的活性膨润土含量和所用膨润土的品种，就可计算出失效的膨润土量。
许多研究试验工作表明：对于壁厚75mm以下的铸铁件，每浇注1吨铁水大约能使147kg型砂温度升到638℃（钠膨润土失效温度）以上，温度升至316℃（钙膨润土失效温度）以上的型砂则为250kg左右，可以忽略铸件形状和铸型中砂铁比的影响。

由上述结果，我们就可以归纳为一个简明而实用的线图（图3）。由系统砂中活性膨润土的含量和所用膨润土的品种，就可知道每浇筑1吨铁水造成的失效膨润土量。

再根据每吨铁水用砂量，就很容易算出混砂时需要补加膨润的百分数。
例如，某厂型砂中使用钙膨润土，系统砂中保持活性膨润土量8%，每浇注1吨铁水约用砂5吨。由图3查到，每浇注1吨铁水失效的膨润土量为20kg，每吨砂中失效膨润土为4kg。所以，混砂时需补加的膨润土为0.4%。

此外，如补加的新砂量较多时，还要加新砂所需的膨润土。

由于用粘土湿型砂制造的铸铁件壁厚超过75mm者很少，图3实际上可用于大多数有较完备砂处理系统的型砂。

3、煤粉

铸铁用粘土湿型砂中的煤粉含量，要根据铸件的特点，煤粉的质量具体确定。煤粉含量大致上宜控制在3.5-5.5%之间。

混砂时补加的数量，须根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。旧砂中有效煤粉量的测定方法，这里就不说了。

三、混砂

混砂的主要作用是：将型砂中各组分混合均匀，使水分充分润湿粘土，并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目标是使型砂具有适应造型设备的性能，由于粘土膏是半固态粘性物料，达到上述目标所需的能量很大。

如果混砂设备的功率不高，或混砂时间不够，粘土就不能充分发挥其粘结作用，型砂的强度不高，其它性能也不好。

如果增加型砂中的水分，使粘土膏的水分增高、粘度下降，就可以减少涂布粘土膏所需的能量，即混砂时间可以缩短。但是，由于粘土膏的粘度下降，型砂的湿强度也急剧下降，这种办法实际上是不可取的。

1、混砂时的加料顺序

为了减少混砂所需的能量，采用合理的加料顺序是很重要的。

很多工厂，混砂时习惯于先加干料（砂和粘土），干混一段时间，然后加水混匀。这种操作方法有三个缺点：

（1）混干料时粉尘飞扬，污染环境且有害于工人的健康；
（2）混砂机内抽尘会损失大量有效粉料；
（3）需要较长的混砂时间。在混匀了的干料中加水，即使水加得很分散，也是一滴一滴地落在干料中。因为粘土是亲水的，加上水滴表面张力的作用，水滴附近的粘土很快就聚集到水滴上，形成较大的粘土球。将这些粘土球压碎并使它涂布在砂粒表面上是比较困难的，需要的能量也比较大。

如果先加砂和水混匀，后加粉状粘土，因为水已分散，没有较大的水滴，加入粘土后只能形成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的，需要的能量也较小。
也就是说，用同样的混砂设备，得到品质相同的型砂，所需的混碾时间较短。

图4 加料顺序对混砂效果的影响
1-先加干料 2-先将水和砂子混匀

图4.是就两种加料方法进行试验所得到的结果。曲线1和2的差别是明显的。型砂配方是：木里图砂100%；外加黑山膨润土5%；水3%。
混砂设备是实验室用混砂机。

由图4可以看到，为使型砂有合理的强度，用先加干料后加水的工艺，需混17min；用先加砂和水后加干料的工艺，只需混13min。

使用大量返回的旧砂时，也应先加旧砂和水，最后加粘土粉。

国外有的铸造厂，在采用间歇式混砂机的条件下，混砂前先向混砂机中加水，运转几秒钟（当然设备方面保证水不泄漏）。这样，不仅有上述先加水的好处，而且可以在每次混砂前将碾轮和刮板洗净，增进混砂效率。

2．型砂中有效膨润土量和混砂效率

粘土湿型砂混砂时，必须加入一定量的膨润土，使型砂中保有必要的膨润土量。膨润土含量通常用亚甲基蓝法予以测定。用亚甲基蓝法测得的膨润土量，以前统称之为有效膨润，现在看来，称之为活性膨润土更为适当。活性膨润土是能与水结合而起作用的，但是，在实际应用的型砂中，并非所有的活性膨润土都起作用，也就是说，并非都是有效的。
有效膨润土是型砂中实际起作用的膨润土，只是活性膨润土的一部分。

C.E.Wenniger提出，用混砂效率来衡量粘土湿砂的调制程度。

混砂效率=有效膨润土含量/活性膨润土含量x100%

良好的粘土湿型砂，混砂效率应在60%以上。

在生产条件下，根据型砂的湿抗压强度，水分和可紧实性，可由图5求得型砂中的活性膨润土含量和有效膨润土含量，从而可以算出混砂效率。

例如，某铸造厂粘土湿型砂的抗压强度为178kPa，可紧实性为42%，水分为3.5%。从纵坐标上湿抗压强度为178kPa一点画水平直线，按此直线上水分为3.5%的点，得知砂型的活性膨润土含量为7.5%。

在上述直线上，找出可紧实性为42%的一点，从而得知型砂中有效膨润土量为4.5%。

混砂效率= 4.5/7.5 =60%

四、型砂性能的控制

粘土湿型砂对各种造型方式的适应性很好，可用于手工造型、震压造型机造型、高压造型、射压造型、气冲造型和静压造型等工艺条件。但是，在不同的工艺条件下，对砂型性能的要求有所不同。确保型砂各项性能符合铸造厂具体条件的要求，是保证铸件质量并使工艺设备在良好状态下运行所必需的。

不同条件下对型砂性能的要求见表1。

表1各种工艺条件对粘土湿型砂性能的要求

型砂性能	手工造型		震压机造型		高压造型		射压造型		气冲造型铸铁用
	铸铁用	铸钢用	铸铁用	铸钢用	铸铁用	铸钢用	有砂箱	无箱
湿抗压强度（kPa）	60-75	65-80	45-55	50-70	90-120	90-120	120-150	170-220	170-210
湿抗拉强度（kPa）	-	-	--	-	≥11.0		≥15.0	≥20.0	≥19.0
湿抗劈强度（kPa）	--	-	-	-	≥17.0		≥23.0	≥31.0	≥29.0
可紧实性（%）	45-60		40-55		35-45
水分（%）	4.5-5.5	4.0-5.0	4.5-5.5	4.0-5.0	不具体限定，以保证可紧实性为原则
含泥量（%）	8-10	9-11	8-10	9-11	10-14		10-13		11-14	10-13
活性膨润土（%）	≥5	≥6	≥6		≥8
透气性	≥50	≥70	≥50	≥70	≥70		≥50
925℃灼减量（%）	-	-	-	-	3.5-7.5	3.5-6.5	3.5-7.5

注：未列指标者为不规定检测的项目。

这里，要特别说一说对湿抗压强度的控制。湿抗压强度的控制目标，一定要按照造型方法选定，绝不是强度高就好。强度愈高的型砂，造型时舂实所需的能量愈大。现在，不少铸造厂型砂的强度都太高。一些手工造型或震机造型用的型砂，湿抗压强度高到130-170kPa。用这样的型砂，震压机造型或手工造型，难以将铸型舂得很紧实，结果，铸件的表面质量不好，也容易产生缩松缺陷。特别是制造球墨铸铁件时，因缩孔、缩松而报废的铸件会明显增多。在各种性能检测的频次方面，建议如下：

每小时检测一次的项目：

·可紧实性
·湿抗压强度
·水分

每一工作日检测一次的项目：

·活性膨润土含量；
·湿抗拉或抗劈强度；
·透气性（结果供参考）

每一周检测一次的项目：

·含泥量；
·系统砂的粒度分布；
·灼烧减量；
·有效煤粉含量。

近代化学固化砂铸造工艺

1．树脂固化砂工艺 树脂砂的特点较多，如型芯砂高强度、高固化效率、高溃散性，铸件高精度、高表面质量，为大批量流水线生产各种复杂的中、小型铸件的型芯提供了一种理想的方法，从而很快在汽车、拖拉机和内燃机等行业得到了广泛应用。又由于其高强度、高精度、高溃散性，低的造型制芯劳动强度，对于满足多品种、小批量生产各种结构日趋复杂的中、大型铸件的型芯，也起了十分重要的作用。目前，树脂砂工艺繁多，可按其不同的硬化方式，分为如下三大类：加热硬化法、吹气硬化法和自硬法。 1. 加热硬化法 此法系指型芯本体经过外部加热源进行加热，使型芯砂在一定温度和时间下固化成型的一种工艺。目前在铸造生产中广泛应用的有：壳型法和热芯盒法两种。壳型法是一种开发最早、发展最快、应用甚广的高效造型、制芯工艺。由于覆膜砂的流动性、充型性和存放性均好，强度大、溃散性好，被汽车行业广泛应用于大批量生产各种结构复杂、质量要求高的型芯。热芯盒比壳型开发晚15年，由于它的型、芯砂制备简单，成型温度低，硬化速度快，在生产中也得到了应用，鉴于其型砂流动性差、存放性不好，吸湿性很大，含氮量较高，限制了它的应用，目前国外已开发了新型热芯盒树脂，效果较好，国内也在试用。由于这两种工艺操作方法基本相似，下面仅介绍壳型法。 （1）壳型用原材料及其特性 壳型用原材料主要是覆膜砂，它是由硅砂、热塑性酚醛树脂、乌洛托品硬化剂、硬脂酸钙润滑剂及其他附加物等材料，在专门的混制设备上热法混制而成，铸造厂家可根据铸件的种类和不同结构的要求来选用，目前市场上可提供的覆膜砂系列产品的性能见表1。 表1 覆膜砂系列产品的性能 （2）壳型、芯的制造工艺及其设备壳型、芯的制作方法一般有两种：翻斗法和吹砂法。翻斗法适用于壳型制作，而吹砂法多用于壳芯生产。吹砂法壳芯机又可分为底吹式和项吹式两大类。底吹式壳芯机制芯时，芯砂由底部吹入芯盒，吹芯压力为0.4～05MPa，吹砂时间为15～35s。由于芯砂由底部吹入芯盒，充填情况不如顶吹式理想，故一般适用于外形简单的壳芯。顶吹式壳芯机制芯时，芯砂由芯盒顶部吹入，充填情况较好，但整机结构复杂，常用于结构较复杂的壳芯制造，其吹芯压力为0.l～0.3MPa，吹砂时间为3～8s。 壳芯制造过程如下：把芯盒加热至210～250℃，吹入覆膜砂，这时覆膜砂上树脂受热融化、结壳后，翻转180º，使芯盒自动左右摇摆数次，排放出未固化的砂子，翻斗复位，壳型、芯继续硬化2～3min，便可顶出制好的壳型、芯。 （3）发展前景 在热法制芯中壳型、芯工艺是一种很有发展前途的高效制芯工艺，但是目前覆膜砂中树脂加入量高，生产成本高，铸件气孔及变形严重。同时它存在硬化温度高，硬化时间长，硬化时气味大等缺点。国内外正在开发各种新型的低气味、高强度、速固化、流变性能好的改性酚醛树脂和低氮、无氮的硬化剂，并开发了新型覆膜混砂设备和；日砂再生设备。 2．吹气硬化法 此法系指型、芯本体不需加热，仅在气体催化剂作用下迅速固化成型的一种制芯工艺。这种工艺现有三乙胺法、SO2法和低毒、无毒气硬法等几种。目前在生产中仅三乙胺法得到广泛的应用。它的最大特点是硬化速度快，硬透性好，生产效率高；其次是芯盒不需加热，劳动条件好，芯盒生产成本低，现已在批量生产各种复杂的砂芯的汽车、拖拉机行业广为应用。 （l）三乙胺法用原材料 三乙胺法用原材料主要由硅砂、树脂和催化剂等组成。此法对硅砂要求甚严，特别是含水量＜0.2％，含泥量＜0.3％（均指质量分数）。所用的树脂由二个组分组成；组分Ⅰ为苯醚型特制酚醛树脂，组分Ⅱ为聚异氰酸酯（PAPI）。为了降低树脂对硅砂及环境湿度的敏感性和适用于低温浇注铝合金铸件的需要，近年来，又开发了抗湿性树脂和铝合金专用树脂。催化剂为液态的三乙胺或二甲基乙胺，为了能使砂芯均匀硬化，液态三乙胺需要先雾化或汽化，再与惰性气体混合（常用的氮气），吹入芯盒，使砂芯硬化，以防止三乙胺气体浓度过大而引起爆炸。 （2）三乙胺法制芯工艺及其设备 三乙胺法制芯均在专用的冷芯盒射芯机上完成，所用射芯机的结构与普通射芯机相似，但增加了吹气机构和前后工序配套设备。前工序配套设备有：混砂机、砂加热器、气体发生器、压缩空气干燥除湿系统、三乙胺气体雾化装置等。后工序配套设备包括废气净化系统。 制芯的主要工序为：硅砂加热至25～35℃，将组分Ⅰ酚醛树脂加入砂中，混制1～2min，再加入组分Ⅱ（PAPI），继续混制1～2min。通常两组分加入量各为0.75％，即为砂的质量分数为1％～2％。然后在0.30～0.35MPa射砂压力下，把砂子射入芯盒，再将与载体混合、体积分数为2％的三乙胺气体，在0.2MPa压力下吹入芯盒，使型、芯砂迅速硬化，硬化时间一般为几秒或几十秒钟。型、芯硬化后，紧接着通过原来吹气系统，再吹入洁净干燥的空气，以便清洗型、芯砂中的残胺，并可进一步提高它的强度。从芯盒中排出的空气中含有残余的有毒胺气，必须送到洗涤室内，用酸中和，将胺除去，也可采用燃烧法去胺。最后，打开芯盒，取出已硬化的砂芯，便可进行下一轮程序。 为了提高铸件的表面质量，减少粘砂缺陷，砂芯表面应刷一层涂料。可采用水基涂料，但必须待树脂完全硬化后上涂料，防止明显降低砂芯强度，刷涂后应及时烘干。 （3）发展前景 气硬冷芯盒制芯工艺是目前国内外重点开发、最有发展前途的一种高效制芯工艺，特别是低毒、无毒气硬工艺，在当前全球关注环境保护、推行清洁生产的情况下，更具有很大的现实意义。现正在开发的酚醛树脂／酯法，聚丙烯酸钠／CO2法和碱性酚醛树脂／CO2法等无毒制芯工艺，尽管还存在强度低，树脂加入量高，吹气硬化时间较长，抗湿性较差等一些问题，但可以预计，在不久的将来，会开发出更为理想、无毒无公害的高效制芯工艺，成功地应用于生产，有力推动我国铸造事业向前发展。 3．树脂砂自硬法 此法系指型、芯砂在室温下，通过加入一定量的固化剂，使之在芯盒或砂箱内，并在一定时间内自行硬化成型的一种造型、制芯工艺。目前在铸造生产中得到应用的有酸固化呋喃树脂砂、酯固化碱性酚醛树脂砂和酚尿烷树脂砂等。这种工艺的最大特点是：树脂砂可在常温下自行硬化成型，型、芯砂有一定的可使用时间，其硬化速度与强度受室温、环境湿度的影响很大，生产效率不高，故比较适用于单件、小批量、多品种的中、大型铸件的型、芯生产，在我国机床、通用、重型、造船、机车等行业得到了应用。 在上述几种树脂自硬砂工艺中，以酸固化呋喃树脂砂在我国应用最多，因为它所用的原辅材料及设备能成套供应，技术较成熟，积累的经验也最丰富，目前国内300多家采用树脂砂工艺的工厂，绝大多数是采用这种工艺，与粘土砂比较，可提高铸件的尺寸精度2～3级，改善表面粗糙度1～2级，废品率明显减少。 （l）呋喃树脂砂用原材料 呋喃树脂砂用的主要原材料有硅砂、呋喃树脂和固化剂。呋喃树脂砂对硅砂的质量要求较严，应从角形系数、含泥量、含水量、微粉含量、耗酸值与灼减量等项技术指标加以控制。粘结剂呋喃树脂是以呋喃环为主、低聚合度的缩聚树脂，按其化学组成可分为酚醛改性呋喃树脂、脲醛改性呋喃树脂和酚醛脲醛改性呋喃树脂等，而以脲醛改性呋喃树脂在国内应用最广。用酚醛部分取代脲醛，不仅能保持一定强度，而且还能降低树脂中含氮量，是一种性能较好的呋喃树脂。按国家专业标准 GB／T7526－94的规定，呋喃树脂可按其含氮量分为无氮［ψ（N2）≤0.3％］、低氮［ψ（N2）＞0.3％～2.0％］、中氮[（ψ（N2）＞2.0％～5.0％）]和高氮[ψ（N2）＞5.0％～13.5％］树脂，也可按游离甲醛含量（质量分数）分为二级；一级含≤0.4％，二级含≤0.8％。要求质量较高的铸件可选用低氮树脂，而有色金属铸件可采用含氮较高的树脂。目前呋喃树脂砂常用的固化剂为有机磺酸，它又可分为对甲苯磺酸和二甲苯磺酸二种，后者常用于气温较低的冬季。 （2）树脂自硬砂的专用设备 树脂自硬砂的成套设备主要包括混砂系统和旧砂再生系统两大系列，混砂系统以混砂机为主，并配以振实台、翻转起模机、输送辊道和电控等装置，组成树脂砂造型、制芯生产线。旧砂再生系统大多具有砂块破碎、筛分、磁选、旧砂再生、微粉分离和砂温调节等功能。为了满足环境保护的要求及微粉分离的需要，树脂砂生产线还必须配有良好通风除尘装置。 （3）树脂自硬砂的造型、制芯工艺 呋喃树脂在强酸固化剂作用下，树脂分子间相继产生加聚反应和缩聚反应，使原来低相对分子质量的线型结构相互交联，转变为相对分子质量很大的体型结构的树脂膜，将砂粒粘结起来，达到型、芯的常温固化。树脂加入量（质量分数）一般为0.8％～1.2％，磺酸类固化剂加入量为树脂的30％～60％，型、芯砂的可使用时间从几分钟至数十分钟，起模时间由十几分钟至数小时。 树脂自硬砂的造型、制芯工艺基本上与粘土砂类似，由于树脂自硬砂具有许多特点，在造型制芯时应考虑如下几点： 应根据合金种类和铸件的大小，合理选用树脂的类型及吃砂量的大小，尽量降低砂铁比和造型材料的生产成本；应根据室温的高低，合理选用固化剂，夏季室温高时，选用酸强度较低的固化剂，冬季室温较低时，应采用二甲苯磷酸为主，加入适量无机酸的醇溶性固化剂；树脂砂的流动性很好，但具有明显的时间性，必须在型砂可使用时间内完成造型制芯工作；树脂自硬砂起模困难，不可太晚；树脂砂在浇注时发气速度较快，必须采取措施将气体排出，防止气孔的产生；树脂砂耐热性较低，必须上涂料，以保证铸件的表面质量；根据有机粘结剂特点，应按“快、稳、封闭、底注、保证压头和处理脏铁液”等原则来设计浇注系统。实践证明，只有遵循上述原则来造型制芯，才可能获得质量高、成本低的树脂砂铸件。 （4）发展前景 我国80％以上铸造厂家属于单件、小批量生产，80年代以前大多数采用落后的粘土砂工艺，铸件质量差，生产效率低，劳动强度大，环境污染严重。由于机械工业的发展和铸件出口贸易的需要，不少厂家采用树脂砂代替粘土砂，取得了明显的效果，充分证明该工艺对单件、小批量生产的铸铁车间具有较大的发展前景，低游离甲醛和低糠醇呋喃树脂的开发，又有力地促进了该工艺的发展。特别是80年代后，酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂的问世，较好地解决了呋喃树脂砂的成本、环保和热裂等问题，为今后生产优质铸钢件创出了一条新路。但是，碱性酚醛树脂尚存的强度低、粘度大和再生困难等问题，预计在不久的将来，将会得到圆满的解决。在即将到来的21世纪，化学固化砂的各种新型造型、制芯技术将会在我国铸造厂家开花结果，为改变我国铸造事业落后现状作出较大的贡献。 2．水玻璃固化砂工艺 树脂固化砂的应用实践表明，呋喃树脂的价格较高，环境污染较大，在未来21世纪人们对于自身生存条件和环境的要求日趋严格的条件下，由于车间劳动保护和生产环境卫生方面的投资很大，从而使树脂砂的应用受到一定限制，许多国家又对水玻璃固化砂极为重视。最近十多年来，人们对于水玻璃的基本组成和“老化”现象实质的认识深化和新型硬化工艺的开发等两方面均取得了突破性进展，在型芯砂保持足够的工艺强度的条件下，水玻璃加入量（质量分数）可降至2.5％～3.5％，从而使水玻璃砂长期存在的溃散性差、旧砂不能回用的问题，得到了较好的解决。水玻璃砂的硬化方法可分为：CO2气硬法和自硬法两种，热硬法已很少采用。 1．CO2气硬法 此法是水玻璃粘结剂领域里应用最早的一种快速成型工艺，由于操作方便、使用灵活、无毒无味、在国内外大多数的铸钢件生产中，得到了广泛的应用。 （l）硬化原理和特点 水玻璃的出现已有三百多年历史，由于它的成分十分复杂、多变，它的基本组成一直没有搞清楚，对水玻璃的研究主要停留在宏观的层次上。近年来，多种先进测试手段的开发，可深入到分子范畴进行分析和研究，并发现，新制备的水玻璃是一种真溶液；但是在存放过程中，水玻璃中硅酸要进行缩聚，将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液，最后成为硅酸胶粒。因此，水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物，易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间长短的影响。 水玻璃砂吹入CO2气体硬化时，水玻璃的表层因吸收CO2而其模数升高和脱水，在酸化和脱水两重作用下，迅速硬化而形成初强度。已固化的表层水玻璃阻碍了CO2往深层渗透，内层水玻璃只能靠脱水而继续增加强度。此法缺点是：型芯砂强度低，含水量大，易吸潮，溃散性差，目前大多用于中、小型铸钢件生产。 （2）水玻璃的改性 水玻璃在存放过程中分子产生编聚，形成胶粒，可使其粘结强度下降20％～30％，这一现象称为水玻璃老化。为了消除老化，必须对水玻璃进行改性，目前改性的方法有物理改性和化学改性两种。物理改性是用磁场、超声波、高频或加热等办法，往水玻璃中供给能量，使已聚合的胶粒解聚，聚硅酸分子重新均匀化。这种改性对高模数水玻璃有效，但是存在重新老化的问题。化学改性是往水玻璃中加入少量化合物，这些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羟基、醚基、氨基等极性基团，通过氢键或静电将其吸附在硅酸分子或胶粒表面，改变其表面位能和溶剂化能力，提高聚硅酸稳定性，从而阻止老化进行。例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等，均取得了较好的效果。 （3）发展前景 采用水玻璃改性来提高其粘结能力，往往增加了生产成本和工艺复杂化。近年来，日本又开发了VRH法，此法是先把砂粒间空隙中的空气抽去，再吹入CO2气体，使铸型迅速硬化成型。此工艺可使水玻璃加入量（质量分数，下同）降至 3.0％以下，而CO2用量仅为原来的1／10。最近又有作者提出往水玻璃砂中加入一种无机物，经高温作用后，在常温时粘结桥上会形成大量孔洞，使型芯砂在不受外力作用下，自行溃散的新工艺。 2．酯硬化法 （1）硬化原理和特点 此法是采用液体的有机酯作水玻璃的硬化剂。有机酯在强碱性水玻璃溶液的作用下，水解为醇与酸。醇有很强的亲水性，它可夺去水玻璃的水分，构成它的溶剂化水。酸与水玻璃反应，析出醋酸钠，它也有一定的亲水性，能夺取水玻璃的水分，构成它的结晶水。在酸化和脱水双重作用下，使水玻璃砂硬化。这种硬化工艺可使型芯砂具有很高的强度，不仅水玻璃加入量可降至3.0％以下，而且硬透性和抗湿性均好，适用于各种大型铸钢件的生产。缺点是型芯砂硬化速度慢、脆性大和流动性较差。 （2）主要原材料及型砂的工艺控制 酯硬化的水玻璃砂用原材料有硅砂、水玻璃和液体有机酯，这些材料的质量和合理选用将直接影响工艺成败、铸件质量和生产成本。对酯硬化水玻璃砂来说，尽管对硅砂的要求不像树脂砂那样严格，为了降低水玻璃加入量，硅砂应满足如下要求：泥的质量分数≤1.0％，水的质量分数≤0.5％，细粉的质量分数＜l.0％和角形系数＜l.3。水玻璃应达到国家专业标准ZBJ31003－88的要求。严格控制水玻璃的模数是成功应用此工艺的关键，应根据季节和室温加以调整：夏季，M＝2.2～2.4，其余季节，M＝2.4～2.6，有条件时，最好对水玻璃进行改性，消除老化现象。目前用于铸造生产的有机酯有：丙三醇醋酸酯、乙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯和丙二醇碳酸酯等，加入量（质量分数）占水玻璃的8%～12％。有机酯是决定酯硬化水玻璃砂的工艺性能和生产成本的关键材料，必须严加选择，即应根据型、芯的大小和水玻璃的模数，合理选用不同型号（快酯、慢酯或混合酯）的有机酯。 对于酯硬化水玻璃砂的工艺性能来说，主要控制如下性能：起模强度、终强度、可使用时间和残留强度等，详见表2。 表2 型、芯砂推荐的技术指标 大型铸件的混砂可采用连续式混砂机，造型、制芯均为手工操作。 （3）发展前景 加入某些附加物，形成复合水玻璃，起着助粘结剂作用，能进一步提高水玻璃的粘结性能，如加入磷酸盐、硼酸盐或铝酸盐等附加物。另外，应用较广泛的有机酯硬化剂，因其价格高而影响了该工艺的推广应用，有人又提出了一种无机酸和有机物配制成的硬化剂，其主要成分为磷酸、磷酸盐和尿素，这种新型硬化剂不仅生产成本低，而且，型芯砂具有较好的溃散性。

铸造生产技术发展趋势

一、概述 铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械工业重要的基础工艺，在国民经济中占有重要的位置。 我国铸造业的现状是产量大，年产铸件约1，200万吨，厂点多，达2万多个，铸造业的从业人员在120万人以上。我国铸造行业的一大特色是改革开放以来乡镇企业迅猛发展，成为我国铸造行业的一支重要力量。乡镇铸造厂点数已超过国有铸造厂点，乡镇铸造厂点的铸件产量约占全国铸件总产量的一半。 当前世界上工业发达国家铸造技术的发展归纳起来大致有四个目标，即： ①保护环境，减少以至消除污染； ②提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件； ③降低生产成本； ④缩短交货期。 我国铸造行业除厂点多，从业人员多，产量大以外，与发达国家相比，在质量、效率、能源与材料消耗、劳动条件与环境保护等方面都存在差距。造成这些差距的原因是铸造厂点规模小，经济实力差，工艺和设备落后，管理水平低，从业人员素质不高。为了消除这些差距，为了满足我国经济建设的需要，也为了铸造行业自身的存在与发展，我国的铸造行业应以提高铸件质量和经济效益为中心，面向国内和国际两个市场；加强管理，打好基础，提高企业素质；调整产业结构，合理配置资源，提倡适度规模经营；继续以适用先进的生产工艺和技术装备改造铸造行业，实现清洁化生产，保证可持续发展。 1 效益是企业发展的基础 发展的基础是效益，发展又是为了实现更高的效益。中国应该有一个高效益的铸造业。没有效益的企业连生存也是困难的，更谈不上发展。为了提高效益，应从以下几方面着手： ①减员增效与节能降耗。 ②实现专业化生产。 ③采用新技术，实现科学管理。 2 质量是企业的生命 质量和效益有时看似矛盾，但两者是统一的。产品质量低劣的企业终究是不能立足的，更谈不上效益，也不可能持续发展。提高产品质量需从以下几方面着手： ①合理选购原辅材料，正确制订及严格执行有关的工艺规程。 ②采用新技术、新工艺、新设备、新材料。 a.加强计算机技术在铸造生产中应用的研究。 b.在砂型铸造中采用高硬度及高均匀度的铸型，发展与推广相应的工艺与设备。 c.发展近净形及净形铸造成形新工艺。 d.发展液态金属处理及净化的新工艺新技术，优化材料性能。 e.发展机械化自动化，以保证铸件质量的稳定性、均一性，改善劳动条件。 f.加强铸造环保设备的研究和应用。 ③具有一支稳定的高素质的从业人员队伍。 3 实现清洁化生产 清洁化生产是可持续发展的基本要求。清洁化生产的含义是：实现尽可能低的资源(原材料)与能源消耗；实现宜人化的生产环境及最低或零污染物排放;生产清洁化的产品(产品耗能、耗材少，易于再生复用及符合人机工程要求)。铸造的清洁化生产，主要是应用新技术、新工艺、新材料、新设备以实现低消耗、低污染或者无污染及铸造生产的宜人化环境等方面。 二、坚持进行技术改造，采用成熟、适用、先进技术 企业技术改造，要根据企业产品的结构特点、批量大小、质量要求，合理选用成熟、适用、先进的技术。首先，所选技术必须成熟可靠。因为技术改造不是科研，不允许失败；也不是中间试验，可以小规模、小范围，而不讲时间和条件。技术改造是要将成熟的科技成果应用于设计、生产中。同时所选技术对改造企业来讲还必须适用，保证在经济上合理。 实践告诉我们，并非凡是先进的、技术含量高的一定是适用的。各种技术都有一定的局限性和适用范围，适合于一定的零件，选择不当，再先进的技术，也不能确保生产出优质的产品，不能保证产生高的经济效益。 1 发展高性能铸造合金，提高产品的材质水平 据近五年统计，我国铸铁件占铸件总产量的79%～80%(球铁约占13%)，铸钢件占13%～14%，有色合金铸件约占7%，(铝铸件约占5.5%)。发展趋势是灰铸铁件、铸钢件(主要是碳钢件)、可锻铸铁件呈下降趋势，球铁件在增长，轻合金件占的比例越来越大。发达国家轻合金铸件产量已超过铸钢件，其产值已远远超过铸钢件；日本1998年压铸件的产值已接近灰铸铁件；球墨铸铁件的产量为铸钢件的四倍多，产值为铸钢件的两倍。 今后，我国应提高球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度灰铸铁、合金铸钢、铸造铝合金、镁合金的比例。 1)铸铁 (1)加强高强度薄壁灰铸铁生产技术的开发 低成本和良好的铸造性能是灰铸铁的主要优势，所以灰铸铁已广泛应用于汽车、内燃机、农机、压缩机和市政建设等领域。今后制约灰铸铁件增长和发展的主要因素之一是轻量化，铸铁轻量化将为铸铁工业注入新的活力，今后应加强高强度薄壁灰铸铁的生产技术的开发。 (2)进一步推广使用球墨铸铁 随着我国汽车工业和铸管工业的发展，以及随着我国球墨铸铁生产水平的提高，应用领域的拓宽，预计进入21世纪，我国球铁件产量必将有大幅度的增长，应进一步扩大等温淬火球墨铸铁在承受强载荷工况机械零件和耐磨件上的应用。推广铸态球墨铸铁，节约能源，降低生产成本。 (3)扩大蠕墨铸铁的应用 蠕墨铸铁是一种新型材料，它的强度、塑韧性高于灰铸铁，铸造性能优于球墨铸铁，具有优良的耐热疲劳性能和导热性能，可在柴油机缸盖和排气管、液压阀、机床床身、钢锭模、玻璃模具等铸件上推广应用。 (4)抓好铸铁熔炼环节，提供优质铁水 抓好铸铁的熔炼环节，及时提供优质铁水，这是提高铸件综合质量的基本保证。所谓优质铁水，是指铁水温度高，成分合格，波动小，元素烧损少，增碳率高。 目前我国用于铸铁件生产的熔炼设备90%以上为冲天炉，其中绝大部分又是小型(≤5T/h)冷风冲天炉，且多使用冶金焦。这种炉子的能量效率不高(约38.8%)，连续工作时间短，难以熔炼出优质铁水。 为了获得优质铁水，应当推广铸造焦和先进适用炉型。熔化量大的5t/h以上的冲天炉宜采用外热风(＞500℃)、水冷、连续作业、清洁、封闭冲天炉；流水线生产球墨铸铁、蠕墨铸铁、高强度薄壁灰铸铁件宜采用冲天炉感应电炉双联熔炼；生产特种小铸铁件，如供电条件好，可用感应电炉熔炼。熔炼过程中，还可采用加氧送风、等重除湿等先进技术。 小型冷风冲天炉或单炉胆热风冲天炉可改为双炉胆式高效内热风冲天炉，使热风温度由200℃提高到400℃左右；推广应用多孔塞脱硫技术，发展盖包、转包、喂丝等球化工艺，提高球铁铸件的质量。在大批量流水生产中推广应用铁水流、孕育丝和型内孕育等瞬时孕育技术及过滤网技术，提高材料均匀性，并减少渣孔缺陷。为及时掌握铁水的成份变化和铁水处理的质量，应逐步在专业铸造厂配备一系列现代化的测试、分析和管理手段，要提高监测设备的快速性、精密性及自动化程度。逐步取消用炉前试块观测白口深度的原始粗测法，采用物理方法的铁水性能速测仪或热分析仪，快速测定C、Si、碳当量和力学性能；资金充裕者引进直读光谱仪。冲天炉烟气净化的措施就是抽出烟气，使烟气中的CO二次燃烧，燃烧余热再预热冷空气并使热风鼓入冲天炉，同时达到提高铁水温度和烟气净化的双重作用。 冲天炉除尘措施有： ①干式除尘器。 投资少者可采用旋流除尘器、旋风除尘器(含多管旋风除尘器)；投资较多者可采用袋式、静电、颗粒层等除尘器。 ②湿式除尘器或两级组合除尘(如旋风加布袋)。 这要视要求排放标准和投资多少而定，但要注意，常用的袋式除尘器要考虑烟气冷却和布袋的使用寿命(特别是打炉时)，湿式除尘要处理好含尘水排放堵塞下水道，造成二次污染的问题。 2)增加铸钢品种，提高铸钢件质量 铸钢工业发展的趋势将不再是铸钢件产量、铸钢厂数量和生产能力的增加，而是铸钢件的质量、品种、性能以及合金钢的比例的不断提高。我国合金钢铸件的比例不足20%，而工业发国家已达到42%～48%。随着合金钢铸件比例的提高，对合金钢液的精炼要求也愈来愈高。采用高新技术提高铸钢件性能，缩小铸钢件体积，提高铸钢件寿命是亟待解决的问题。建议在如下几方面开展工作。 ①开发铸钢中合金钢新钢种，提高铸钢性能，部分顶替锻钢，提高材料利用率，降低成本，缩短制造周期，节省能源、资源等。 ②采用高新技术提高铸钢钢液纯净度、均匀度与晶粒细化程度，进一步提高铸钢的强韧性，减轻铸件重量(与国外相比重10%～20%)，降低废品率。精炼工艺有：氩气净化；钙线射入净化加氩气净化；AOD精炼；VOD、VODC炉精炼。 ③采用近终形铸造技术，进一步提高铸钢件尺寸精度与表面质量，减少加工余量(与国外相比，加工余量大1～3倍以上)。 ④降低能源与新砂消耗(吨钢水耗电：我国700～850kWh，日本450～550kWh)及提高铸钢件工艺出品率(我国55%～58%，工业发达国家60%)。 ⑤开发钢基复合材料。 ⑥提高环保水平，达到国家环保标准。 3)有色合金铸造重点发展 铝、镁等轻合金铸造轻合金由于具有密度小、比强度高、耐腐蚀等一系列优良特性，广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等各行业。有色合金熔炼应推广感应电炉。感应电炉热效率高，作业环境好，应是有色合金熔炼的主要设备。应逐步淘汰燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉。燃油坩埚炉和焦炭坩埚炉不但热效率低，而且会对周围环境造成污染。还应推广铝合金气体喷吹无毒熔炼技术。 2 发展先进的造型、制芯、落砂、清理工艺和设备 先进、成熟、适用的铸造成型工艺方面，可按产品为对象，大致分为以下三种类型： (1)大批量生产的中小型铸件，应推广预紧实的高压、静压、射压或气冲造型高效流水线湿型砂造型，减少、淘汰震压式造型；推广树脂砂高效制芯(热、温和冷芯盒，壳芯等)，减少油砂或粘土砂制芯的比例。湿型铸造中推广煤粉代用材料。 (2)单件、小批量生产的中、大型铸件，继续推广各种类型的树脂自硬砂(呋喃、Pepset法、碱性酚醛树脂砂等)，在中、大型铸钢件生产中，也可推广采用酯硬化水玻玻璃砂，代替和淘汰粘土砂干型。 (3)特定铸件应推广各种特种铸造，如离心铸管、轻合金压铸、低压铸造、硅溶胶熔模铸造或硅溶胶-水玻璃复合制壳工艺、型材连铸、铁型覆砂、V法、消失模铸造等。 此外，还应开发和推广能提高铸件精度和表面质量的专用涂料系列和涂敷技术，如不占位涂料、流涂涂料、能控制冷却速度的涂料等。 关于铸件清理，继续推广强力抛、喷丸等高效机械化清砂，淘汰水力清砂、水爆清砂，减少手工清砂。对铸铁件配备抛丸清理设备或清理生产线，铸钢件或较复杂的铸铁大件采用喷抛联合清理设备，液压件等小壳体类铸件可采用电液压或电化学清砂设备；如组织清整生产线要尽量考虑铸件的在线检测(如测尺寸精度、表面硬度等)、粗加工基准定位面，设置铸件的防锈处理(浸防锈液或涂底漆等)。 还应开发推广机械手和机器人在落砂清理， 切割浇冒口， 打磨飞边毛刺中的应用， 改善工人的劳动条件。 3 将计算机技术引入铸造领域 传统的铸造设计、生产方法已不能适应市场经济和社会进步的要求，为了赢得竞争、占有市场、可持续发展，铸造生产厂必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。将计算机技术引入铸造领域正是这一趋势的迫切要求。 以下就计算机在铸造领域应用的一些重要方面，包括计算机辅助设计与分析、计算机检测与控制、专家系统、信息处理系统、铸造工装的计算机应用以及Internet与铸造产业等进行阐述。 1)计算机辅助设计与分析 (1)计算机辅助设计 计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)是以计算机为主要手段，辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化，输出信息全过程的综合性技术。与传统铸造工艺设计方法相比，用计算机设计铸造工艺可以显著提高设计效率、缩短设计周期;能够实现设计与分析的统一;可以存贮并利用铸造工作者的经验，较容易设计出合理的铸造工艺;同时为铸造计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，简称CAE)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，简称CAM)、计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning，简称CAPP)及计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，简称CIMS)的实施准备完备的信息，奠定良好的基础。 经过几十年的努力，目前国内外研制开发的铸造工艺CAD系统，概括起来可以分为通用和专用铸造工艺CAD两类： 通用铸造CAD系统：主要用于普通砂型铸造工艺的设计，又分为铸钢、灰铸铁、球铁及有色等种类。功能包括浇注系统设计，补缩系统设计，分型面、拔模斜度、加工余量的确定，尺寸标注以及工艺图及工艺卡的输出。 专用铸造CAD系统：主要用于某些特定范围和特定目的的铸造工艺设计，如压铸型CAD、齿轮类CAD、阀体类CAD、曲轴类CAD、机架类CAD、缸体类CAD、叶片类CAD、DISA造型线铸造工艺设计CAD等。 上述铸造工艺CAD多为二维系统，以甩掉绘图板、红蓝铅笔及铸造手册为主要目的。

(2)计算机辅助分析

计算机辅助分析又称计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，简称CAE)，是计算机应用的一个重要领域。一般说来，它是通过建立能够准确描述研究对象某一过程的数学模型，采用合适可行的求解方法，使得在计算机上模拟仿真出研究对象的特定过程，分析有关影响因素，预测这一特定过程的可能趋势与结果。铸造过程数值模拟技术便属于典型的CAE技术。经过几十年的发展，铸造CAE所涉及的范围已相当广泛。

上述模拟技术已从最初的普通重力砂型铸造扩展到压铸、低压铸造、熔模铸造、电磁铸造、双辊连铸、电渣熔铸等众多铸造方法。目前，铸造数值模拟技术尤其是三维温度场模拟、流动场模拟及弹塑性状态应力场模拟已逐步进入实用阶段，国内外一些商品化软件系统先后推向市场，对实际铸件生产起着越来越重要的作用。

因此，对计算机辅助设计与计算机辅助分析应以积极推广。

①实施甩图板、甩红蓝铅笔、甩铸造手册工程
当前国内铸造生产依然是采用传统的工艺设计手段，铸造工艺CAD的应用几近空白，应当尽快实施甩图板、甩红蓝铅笔、甩铸造手册工程，实现铸造工艺的计算机设计。这是铸造行业技术改造的必然要求。
②大力推广铸造CAE技术
目前国内采用铸造CAE技术的企业不到100家，仅占所有铸造厂家的0.5%左右，与西方工业发达国家(10%左右)差别很大，推广应用工作应大力加强。一方面国内铸造业应解放思想，大胆采用最新科技成果；另一方面还应正确认识铸造CAE系统的作用，它侧重于分析、优化铸造工艺，但它绝对不能完全代替铸造工程技术人员，不能神化它的功用，亦不应无视其作用，确切地说它是铸造工作者手中的有利工具。最后还需要政府的扶植，多渠道推广。
③铸造工装初步实现CAD／CAE/CAM/RPM一体化，进一步实现远程制造
在整个铸造生产中，铸造工装尤其是铸造模具/模板的设计制造，比较易于实现CAD/CAE/CAM/RPM一体化。目前国内一些铸造工装企业已初步采用了上述先进设计制造技术，甚至还实现了远程制造。但范围太小，需要进一步加大推广应用力度。
④加强人才培训
铸造CAD、CAE推广应用的另一个关键是人才培训，性能先进的CAD、CAE软件系统只有配以高素质的应用人才才能达到最佳效果。因此在推广高技术的同时应大力加强人才培训。

2)计算机检测与控制

利用计算机实现对生产设备或生产过程进行检测与控制是计算机在铸造生产中应用的重要内容。近些年来，已经出现了很多利用微机来测试各种参数、监视生产状况、控制生产过程的设备及装置，从而有效地提高了铸件质量及生产效率，降低铸造成本。铸造过程采用微电子及计算机技术进行检测与控制是生产高质量铸件的必备条件，也是现代铸造生产的一个重要标志。微机检测与控制系统通常由计算机硬件与软件、I/O接口、模数转换器(A/D)、数模转换器(D/A)、传感器及执行机械等部分组成。

目前在铸造生产中运用的微机检测与控制系统主要有如下几个方面：

①型砂性能及砂处理过程微机检测与控制。
主要功能有紧实率、抗压强度、抗拉强度、有效粘土含量、透气性测定及水分控制。
②冲天炉熔炼的微机检测与控制。
主要功能有配料的自动控制、风量调节、冷却水量控制、湿度及温度控制。
③金属液质量的炉前快速检测及微机处理。
主要功能有各元素成分测定、金属液温度、共晶度、孕育效果、抗拉强度、硬度的测定。
④铸件成形过程的微机检测与控制。
主要功能有金属液流动性检测、铸型性能检测、造型线主辅机工作状态的监控。
⑤铸件成品质量的微机检测。
主要功能有检测铸件内部空洞的大小、检测铸件表面的粗糙度。

此外还有低压及压铸生产过程微机控制系统、料库监控系统及生产组织协调监控系统等。随着科技的发展，铸造行业计算机检测与控制系统将越来越强调在线监控，强调集成化与智能化。

①在线化
能够对铸造过程或设备进行在线检测与控制，能够及时准确地反映现场状态，实时控制有关生产设备，从而使铸造过程或设备保持着最佳状态。
②集成化
各监控系统能够相互配合、相互协调，成为一个有机的整体。
③智能化
监控系统能够根据现场实际情况，自动发出准确合理的指令控制相关对象。
④远程化
利用Internet可以实现远程(异地)监控。

国内铸造企业这一领域的计算机应用相对较多，尤其是一些大规模专业铸造生产厂家，比较注重该方面技术的应用。但总的来说，应用面还不够宽，现有的检测与控制系统也大都是散兵游勇，各自为政，相对孤立地完成某一特定的工作。因此铸造企业一方面在抓现有铸造监控系统现代化改造的同时，注重引进吸收先进在线化、智能化、集成化的监控技术，从而达到高效低耗生产出高质量铸件的目的。

3)专家系统

专家系统(Expert System)是近几十年来人工智能领域研究开发的计算机系统，它是人类长期以来对智能科学的探索成果和实际问题求解需要相结合的必然产物。

专家系统是一种基于知识的智能系统，以求解那些人类专家才能解决的高难度问题为特征。一般包括知识库、数据库、推理机、知识获取机制、解释机制及用户接口等部分。

铸造生产是一个复杂的过程，产品质量受诸多影响因素的制约。而这些因素一般是随机的、复杂的、很难用数学公式描述。在处理一些突发事件时，往往需要丰富的知识与经验，而这些知识与经验并不是所有人都能够掌握的。一个性能优越的铸造生产专家系统就可以处理生产中错综复杂的情况，在不确定信息基础上得到正确的结论，及时准确地解决问题。国外铸造专家系统的研制起始于80年代，一些不同类型的铸造专家系统先后推向市场，如冲天炉控制专家系统，铸件缺陷分析诊断专家系统，铸造过程规划、咨询系统，熔模铸造专家系统等，在实际生产中已取得较好的应用效果。

国内这一领域的研究开发工作起步较晚，但在一些方面也取得了长足进步，先后推出了型砂质量管理专家系统，铸造缺陷分析专家系统，自硬砂质量分析专家系统，压铸工艺参数设计及缺陷诊断铸造生产专家系统等。 尽管铸造生产专家系统的研究工作已在很多领域展开，并取得了一定的应用效果，但总的来说目前还处于初始阶段。一些技术及应用环节的障碍，如铸造知识类型复杂、知识表达困难、决策空间大、多目标和多重约束、模糊性和不确定性等都有待于进一步解决。

专家系统控制是智能控制的另一个重要分支，是专家系统应用研究的前沿。在线专家系统控制更是倍受关注，铸造领域这方面的研究将逐步展开。 铸造生产专家系统是一个与实际生产结合极其紧密的应用技术，需要从实际中来，到实际中去。铸造专家系统的研制及应用均需要铸造生产企业给予大力的帮助与支持，因此应用推广工作应引起多方面高度重视。

4)信息处理系统

信息社会的一个重要特征就是"信息爆炸"，在这样的背景下，如何运用高效的管理手段及时准确地分析和处理要"爆炸"的信息和浩瀚的数据就显得非常重要了。对于一个铸造企业来说，企业内部各管理部门之间、各生产部门之间、管理和生产部门之间以及企业和外部之间需要传递大量的信息；另一方面企业内部各部门技术的进步往往会发生一些阻碍信息交流的"孤岛"，一些处理系统如CAD、CAE、CAM、CAPP所需要的及所生成的数据彼此差异很大，需要协调管理，才能达到资源共享。根据上述要求信息处理系统(Information Processing System)应运而生。

企业信息处理系统有别于管理信息系统(Management Informtation System，简称MIS)及产品数据管理(Production Data Management，简称PDM)，是一个范围更广、内容更深，集整个企业所有行为为一体的信息处理系统。以铸造生产为例，一个铸造厂的信息处理系统应含盖该厂的所有行为，包括市场营销、物料进出、生产组织与协调、行政管理、与外界的信息交换等等。

当今世界信息技术即将成为第一大产业，各种各样信息处理技术大量涌现、日新月异，特别是信息高速公路的出现，使人类社会进入了一个崭新时代。但是与其他领域相比，铸造行业信息处理技术研究、开发与应用显得过于落伍。特别是国内的铸造生产厂家，基本是拒信息技术于门外，尽管也有个别企业尝试采用现代先进信息处理技术，但毕竟凤毛麟角，远没有形成气候。总结国内铸造行业信息处理技术的开发应用现状，有以下特点：

①研究开发没形成规模
基本上处于手工、作坊式、来料加工方式，没有形成规模、特色。所采用的技术也远不是最先进的。
②应用范围较窄
主要集中在铸造企业的财务、人事、库料管理等方面，现场生产管理很少，基本上谈不上系统集成。
③缺乏先进信息技术的应用
如PDM技术、MRP-Ⅱ技术、Internet/Intranet技术等应用还处于起步阶段。

但是，作为机械产品毛坯重要的生产方式，铸造必须吸纳各种现代先进技术，以实现自身的完善与发展。先进信息处理技术的应用将是铸造产业现阶段及将来的技术进步最重要的领域之一。其发展也必将呈现集成化、国际化等趋势。

铸造企业信息处理系统是一个庞大的系统工程，需要有长远的目标与规划。该系统的实施与应用将彻底改变铸造企业传统的生产、管理方式。

5)铸造工装的计算机应用

铸造工装尤其铸造模具、模板的设计制造与普通铸件生产过程相比，更方便采用现代先进制造技术。因此，目前在整个铸造相关环节中，铸造工装的生产过程相对较多地应用了先进的设计与制造手段。

进入九十年代中期，国内外一些专业铸造模具/模板制造企业，已比较普遍采用以下列方面为代表的先进设计与制造手段，完全变革了传统的制模方式，带来了铸造工装生产的彻底性革命。

①CAD/CAM一体化
在三维特征造型系统上直接进行模具的设计，能够实现模具各部分的虚拟装配，自动检查干涉情况;能够完成走刀规划和加工模拟;可以自动生成NC代码，迅速快捷地生产出高质量的铸造模具来。
②快速原型制造
利用快速原型制造(RPM)技术，能够快速提供铸造工装的模样，可以显著缩短新产品开发周期，降低试制成本。
③并行工程(CE)
在铸造模具/模板设计的一开始就综合并行考虑模具的设计、加工、装配、使用直到报废处理的所有环境，可以将设计错误降低到最低。
④远程设计与制造
随着Internet的不断发展，铸造工装的异地设计、异地制造已成为现实，远程设计与制造技术能够充分发挥不同国家、不同地区的各种资源优势，达到最佳配置。

展望先进铸造工装生产技术的发展趋势，将呈现如下特点：

①并行环境下CAD/CAE/CAM/RPM集成
将CAE技术引入铸造工装的设计制造过程，分析预测产品制造及使用过程各物理特性的变化，从而优化设计与制造工艺。进一步将实现并行环境下CAD/CAE/CAM/RPM集成。
②分散网络化制造(DNM)
作为远程设计与制造技术的发展，分散网络化制造能快速、并行地将不同的成员组合成铸造工装虚拟企业，以最大限度地满足市场需求，充分利用现有资源，保证可持续发展。

尽管国内铸造工装制造的计算机应用已倍受关注，也取得了巨大的进步，但与西方工业发达国家相比，国内的技术研究开发水平还很落后，推广应用范围还很小，亟需迅速提高。

6)Internet与铸造产业

因特网，即Internet是一个国际性的计算机互连网络，它由千百万计相互联接的计算机组成，范围已遍及五大洲几乎所有的国家，是现代社会传递信息的重要工具，对人类活动产生着日益深刻的影响。与其他领域一样，因特网对制造业的影响是巨大的。目前国外的先进制造企业50%左右的生产信息是通过因特网传递的。一些企业的商务活动已过渡到网上商务时代。因特网正改变着传统企业的运作模式，使大部分企业行为方式发生了本质革命，主要体现在如下一些方面：

①新的商务模式
包括网上企业主页信息发布;网上产品与服务广告;网上订货与销售等，Internet能够在企业与用户间、企业与协作企业间建立快速信息流传递，为制造业抓住商机、快速报价、签定合同、组织协作、建立供应链、敏捷响应用户需求提供了保证。
②新的研究、开发、设计与制造方式
利用Internet可以实现异地协同研究、开发，异地协同设计及远程制造，充分合理利用、配置资源。
③新的售前、售后服务方式
包括远程演示、远程培训、远程诊断服务、远程实时检测等崭新手段。
④新的企业管理方式
Internet和Intranet的应用可以使企业管理集约化。对供应链实行动态优化，减少库存，实时了解生产状态，能够提高管理水平，降低管理费用。
⑤新的企业组织方式
利用Internet可以组织不同区域的相关企业，形成虚拟企业，实现分散网络化制造(DNM)，能够发挥各自的优势，最大限度合理利用各种资源。 西方工业发达国家的铸造组织及铸造企业非常重视Internet的使用，纷纷建立自己的主页、站点，这些国家铸造产业的网上电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等领域都在飞速发展。

国内铸造业Internet发展也非常快，一些组织、企业都已拥有自己的主页、站点，部分铸造企业的网上电子商务活动相当活跃，尤其是一些铸造模具生产厂家已实现了异地设计及远程制造。但总的来说应用面还不够广，尚需进一步拓宽，应用的层次还比较低，亟待进一步提高。

国内铸造企业应尽快驶上"信息高速公路"，首先建立自己的主页，逐步开展网上电子商务。根据各自企业的实际情况，有计划、有步骤地采用网络化高新技术，来改进企业的生产手段，中国铸造业必将焕然一新。

这么好的贴子应该顶。

有没有做砂型的朋友？

以下是引用hkqgs在2006-1-27 16:05:31的发言：
我是学铸造专业的，太少见到同行了，大多是其它行业转行过来的，砂铸有三大不好，所以我现在只搞压铸，但砂铸和精铸我搞了5年，

请教个问题：高温下用的零件，如活塞，可以压住吗？

请教,为什么翻出的铝有砂眼呢,怎样避免

真不错，顶一下！

能不能发一下有关于型砂浇口和冒口结构的文章！

以下是引用饿了在2006-4-15 11:38:20的发言：

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可以给你找找看！。。。。

也欢迎大家参与讨论，拿一些实例最好！

QUOTE:

以下是引用pandeqi在2006-4-15 23:01:23的发言：

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油泵泵体重力铸造

[此贴子已经被作者于2006-4-29 22:43:56编辑过]