铁型覆砂工艺及其装备的发展状况
铁型覆砂工艺发达国家在60年代已开始使用，主要生产曲轴、连杆，凸轮轴，刹车毂，汽缸套等铸件，运用铁型覆砂的企业都取得了明显的经济效益。我国运用这一工艺较国外稍晚，但发展速度很快，就目前来看，与国外运用这一工艺相比，没有很大差別，特别是近几年，铁型覆砂装备发展非常迅速，主要应用在曲轴(包括汽车、摩托车、压缩机小曲轴），凸轮轴、缸套、轮毂、制动鼓、缸体、缸盖、电梯曳引轮电梯机座以及高牌号的球铁件等，铸件运用这一工艺生产出来的铸件，可以提高铸件的工艺出品率，不管是内在质量还是表面质量都很高，机械性能明显提高，可以显著提高球铁的牌号，用户普遍反映良好。
●铁型覆砂铸造工艺
铁型覆砂铸造是在粗成的金属型(铁型)内腔上通过热固化，覆上一层型砂(覆膜砂)形成铸型，铁水浇注在覆膜砂型中，形成铸件。在设计铁型时需要经过反复模拟试验及工艺试验和生产验证，合理确定铁型重量、壁厚、覆砂层厚度及浇注系统，使铸件的充型、凝固和冷却在一个比较理想的条件下完成。
●与砂型铸造相比
在铁型覆砂工艺应用以前，国内生产曲轴等大批量球铁铸件，大都采用粘土砂造型生产,很难实现无冒口铸造，而铁型覆砂铸造工艺真正实现了无冒口铸造，这主要由于铁型钢性好，冷却速度快，在浇注和凝固过程中变形小，通过对内浇口的设计，能利用球铁在凝固过程中的石墨化膨胀抵消铸件的线收缩和体收缩，使缩孔和缩松无法形成，铸件本体致密，减少废品率，提高工艺出品率。铸态珠光体球铁，其晶粒细小，组织致密，晶核间形成裂纹倾向小,强度髙，是一般球铁铸件所期望的组织。而砂型铸造要得到这一组织.必须严格控制铁液化学成分，生产稳定性极差，铁型覆砂铸造由于铁型导热性好，透过覆砂层快速吸收热量，使石墨细化，共晶团增加，球铁本体机械性能可达到很高的球铁牌号要求，铸件废品率下降，质量大大提高，据使用这一工艺生产曲轴的用户反映，在砂型铸造时,其废品率一般达到10-20%，而运用铁型覆砂铸造，废品率在5%以内，有时仅为1%，而且铸件的外观质量大大提高，加工余量明显减少，生产成本明显下降。
由于使用铁型覆砂铸造工艺，可以简化为直接外购的覆膜砂，节省了砂型铸造中砂处理设备的投资，简化生产工艺流程，加快投产进度，同时车间环境也有很大程度的提高。覆膜砂较潮模砂价格较高，但铁型覆砂铸造其铁砂比仅为1:0.164（曲轴）,远远小于砂型铸造的1:3.5,节省了砂的用量，当生产线的用砂量较大时，可以考虑覆膜砂的再生回用设备（再生砂生产的覆膜砂质量更好），这样更增加了这一工艺的优越性，减少了车间污染，真正实现了铸造车间清洁生产。
我公司研发的自动化高速铁型覆砂生产线，颠覆了行业内的铁型覆砂生产线的运行模式，
生产线采用了多项发明专利及实用新型专利，使得生产线的运行更顺畅，故障率更低；模块化的设计使生产线的安装和调试更为迅捷、方便；以制造精度和控制变形来保证设备的自动化运行；志诚机械基于十余年来对自动化生产线的理解，在生产线给各位之间的配合、设计、制造方面都溶于了自己独特的理念，利用PLC正真实现了铁型覆砂生产线的设备自动化（而不是靠人工+电器控制）。下面分别对铁型覆砂造型机和铁型覆砂生产线的几种典型布置形式作一简单介绍。
一、造型机
造型机主要包括：辊道、模具托举缸、射砂筒，射砂板（含射砂头）、砂库、储气罐、射砂头移动机构、模具移动机构（便于调换模具）及电气柜。其工作原理为：当砂箱运行到射砂位置时，砂箱定位机构定位砂箱，模具托举缸将模具托起和砂箱吻合，射砂头移动到射砂位置，射砂头下压并射砂，射砂完成后，收起射砂头，并移动到砂库下方补充新砂，为下一次工作做装备。以此同时，砂箱内的覆膜砂开始固话，当固化完成时，模具托举缸下降到初始位置，造型完成，砂箱运行到下一个工位。
1、单工位造型机：一次只能造一块砂型，上型或者下型，更多的是用于覆膜砂砂芯的制作。在生产线上一般需要由二台配合使用。
单工位造型机二台单工位造型机在生产线上的应用
2、双工位造型机
双工位造型机一次可以造一付砂型，同时造上型和下型，造型机自动运行，相较于单工位造型机可以节约一个操作工。
双工位造型机双工位造型机在生产线上的应用
3、四工位造型机
四工位造型机一次可以造二付砂型，同时造二上型和二下型，造型机自动运行，相较于单工位造型机可以节约三个操作工。
四工位造型机四工位造型机在生产线上的应用
二、自动化铁型覆砂生产线
下面将以工艺流程图的方式介绍几种生产线的工作形式。因为各种生产线都是按照不同产品的工艺要求设计，工艺流程图只是表现个大致的形式，在满足铸件生产工艺的前题下，各种形式可以任意组合。（图片可以放大后观看）
1、机动辊道，压铁线，浇注机浇注
本工艺流程图为造型线配备一台多工位造型机，二端采用机动辊道柔性结合，机动辊道可以起储存砂箱的功能，使浇注线和造型线可以很少收到彼此的牵制。浇注线采用压铁线形式，其中压铁线可以是多种形式的，可以采用传统的压铁，也可以采用液压形式，对于一些表面积不大的铸件，则只采用浇注机液压压箱浇注即可。
2、摆渡小车，吊包浇注，上箱卡
本工艺流程图为造型线配备一台多工位造型机，二端采用摆渡小车传输。浇注线采用压铁线形式，浇注线采用传统的箱卡方式（多一个操作工人），浇注采用传统的吊包浇注。
3、机动辊道，双主机，浇注机浇注，锁箱卡
本工艺流程图为造型线配备二台多工位造型机，二端采用机动辊道柔性结合，机动辊道可以起储存砂箱的功能，使浇注线和造型线可以很少收到彼此的牵制。浇注线采用送箱机，人工锁箱。
双主机生产线对于产品固化时间较长的产品，可以显著提高生产线的生产效率，空载节拍最快可以达到90箱/小时。
4、铁型覆砂生产线与环保
现在的铸造生产，环保是个绕不开的话题，铁型覆砂生产线相对于潮模砂生产来说，现场环境好，占地面积小，生产设备紧凑，便于规划车间物流。但是由于使用了酚醛树脂覆膜砂，在造型和浇注时候会有少量的气味，在生产线振动清理工位也有少量的粉尘，因此下面给出了铁型覆砂生产线配备环保设备的示意图，当然图示仅仅是一种形式，具体配置要根据工件的具体形式设计。
覆膜砂铸造材料﹠工艺皆见来龙去脉 我国于20世纪50年代开始研究应用覆膜砂及壳（芯）工艺，直至80年代中期以前只有少数几家工厂采用自制的覆膜砂用于壳芯生产。自此以后，覆膜砂开始作为商品推向市场。随着原材料、制造设备和制造工艺的不断改进，覆膜砂品质不断得到提高，生产成本下降，90年代以来，覆膜砂的应用得到了更迅速的发展，产品种类不断增多，并已形成系列化。目前，我国铸造用覆膜砂年产量已达50万吨以上，共有专业生产厂家近百家。随着我国汽车工业的快速发展和机械产品外贸出口需要，以及铸件国际市场的开发，对铸件品质的要求越来越高，覆膜砂的应用将会在短期内得到迅速增长。 一、覆膜砂原材料的选用 覆膜砂一般由骨料、粘结剂、固化剂、润滑剂和特殊添加剂组成。 1.骨料 骨料是构成覆膜砂的主体。对骨料的要求是：耐火度高、挥发物少、颗粒较圆整并自身强度高等。一般选用天然擦洗硅砂，这主要是由于其储量丰富，价格便宜，能满足铸造要求。只有特殊要求的铸钢件或铸铁件才采用锆砂或铬铁矿砂。对硅砂的一般要求是： （1）SO2含量高。铸铁及有色铸造用砂要求SO2>90%，铸钢件要求>97%； （2）含泥量≤0.2%； （3）粒度分布宜采用3～5筛分散度； （4）AFS细度：应根据铸件表面粗糙度要求来选定不同的细度，一般为AFS50～65； （5）粒形：尽可能选用圆整性好的硅砂，角形因素应<1.3； （6）pH值<7;
（7）硅砂需用水擦洗过，如有特殊要求，可将硅砂酸洗或进行高温活性处理（900℃焙烧） 2 . 粘结剂 目前普遍采用酚醛类树脂作为粘结剂。酚醛类树脂有固体和液体、热固性和热塑性之分。目前制作覆膜砂通常采用热塑性固态酚醛树脂。对其性能要求是：（1）聚合速度（热板法）：25～27s ； （2）软化点（环球法）：90～105℃； （3）流动性（斜板法）：60～110mm ； （4）游离酚含量（溴化法）：≤4%。 粘结剂的性能对覆膜砂的品质有很大的影响，人们一直在致力于研究如何提高酚醛树脂的性能，以及寻找酚醛树脂的替代品。国外已开发出不同性能的专用树脂，如高强度低发气树脂、易溃散树脂，也有采用改性聚酯树脂的报道，但未得到全面推广，至今普遍采用的仍是改性酚醛树脂。国内近年来在覆膜砂专用酚醛树脂的研究开发方面发展较快，已开发出不同的改性酚醛树脂供生产使用。 3. 固化剂、润滑剂、添加剂 固化剂通常采用乌洛托品即六亚甲基四胺，分子式为（CH2）6N4，要求为工业一级品。润滑剂一般采用硬脂酸钙。其作用是防止覆膜砂结块，增加流动性，使型、芯表面致密及改善砂型（芯）的脱模性。添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能。目前采用的添加剂主要有：耐高温添加剂（如含碳材料或其他惰性材料）、易贵散添加剂（如二氧化锰、重铬酸钾、高锰酸钾、已内酰胺等）、增强增韧添加剂（如超短玻璃纤维材料、有机硅烷KH-550等）以及防粘砂添加剂和抗老化添加剂等等。 二、覆膜砂的分类
球铁管件铁型覆砂铸造工艺设计与研究 吴成玉（国营扎兰屯纸浆厂内蒙扎兰屯市162650） 吴振（大连开发区永诚机电设备有限公司大连市116000） 【摘要】本文根据球铁管件技术标准的国际通用化和需求批量化的特点，针对国内管件铸造工艺落后的状况，提出采用组合模具的铁型覆砂铸造工艺生产球铁管件，便于组织专业化、机械化流水线快速生产，能够明显提高铸件外观和内在质量，有效降低生产成本，具有优质、高效、节能、降耗的显著优点，是一项先进的绿色环保铸造技术。 关键词】球铁管件、铁型覆砂铸造工艺设计、生产线布置 1 前言 球铁管件是一种需求量大，品种繁多的管道工程用铸件，目前各国虽有本国的管件技术标准，但大多都趋向于采用国际IS02531 标准进行设计和施工，因此大多数铸造厂家基本上都按国际标准要求铸造生产各种管件。就国际标准而言就有34 个类别，涵盖2000 多个规格，管件直径为DN80 一DN2600mm ，其中常用管件直径为DN80 —DNI200mm，占全部管件总量的67%。复盖17个类别， 1 300多个规格。 目前国内各类管件的生产方式主要有湿型铸造，水玻璃砂和树脂砂铸造，也有一少部分是消失模铸造。其中DN350mm 以下的小型管件采用湿型铸造，DN400 一DN2600mm 的大中型管件采用水玻璃砂和树脂砂铸造。管件的结构特点是体积大，管壁薄，铸件生产时砂铁比大，据初步测算，用水玻璃砂生产1吨管件需要 6 吨型砂，造型方法多数是手工造型，而且以刮板造型居多数，工艺落后，质量低劣，效益不高，据查国内管件铸造行业铸件废品率高达15—20%， 严重影响经济效益的提高和市场竞争力，因此管件铸造行业面临迫切需要对传统铸造工艺进行技术改造的任务，应不断采用先进技术，生产高质量的铸件，以适应我国加入WTO 后所面临的激烈市场竞争和挑战。同时当前最为迫切的是应由行业主管部门进行行业规划和结构调整，对全国数百家管件生产厂各自为战重复生产的状态，进行科学指导，宏观调控，做好管件产品的结构调整和专业分工，在行业内部形成各有侧重，分工合理，竞争有序的局面。事实上哪个管件厂也不可能生产上千种管件产品，各工厂只有按品种区段分工，进行协调作战，不搞重复生产，才能减少工装模具费用，以便集中力量搞工装标准化和机械化生产，例如对DN80 一DN350mm 的小型管件应采取机械造型；对DN400 一DNI000mm 的中型管件采取铁型覆砂或树脂砂造型；对DNI 100 一DN2600mm的大型管件采取水玻璃砂造型。只有在明确分工后，才能有所侧重，汇集重点产品，形成批量生产，达到规模化经营，逐渐实现机械化生产，这样既提高了企业本身的生产技术水平，又强化了管件行业的总体优势和市场竞争能力。本文重点对中型管件采用铁型覆砂铸造技术的研究情况作一简要介绍。 2 铁型覆砂铸造简述
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910155687.9 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 湖州圣龙汽车动力系统有限公司 地址 313018 浙江省湖州市南浔县/区菱湖 镇湖菱路1588号 (72)发明人 李凯 时亚金 邹万齐 潘士柱 (74)专利代理机构 宁波市鄞州甬致专利代理事 务所(普通合伙) 33228 代理人 严波 (51)Int.Cl. B22C 15/24(2006.01) B22C 9/06(2006.01) C21C 7/00(2006.01) G01N 21/25(2006.01) G01B 21/00(2006.01) G01N 21/95(2006.01) (54)发明名称一种铁型覆砂铸造工艺(57)摘要本发明公开了一种铁型覆砂铸造工艺，其技术方案要点包括零件模具的制作、上模上型、覆膜砂芯的制作、底模上型、底模上型与上模上型合型成零件铸型、向零件铸型浇注铁水获得成型零件的步骤；再通过浇冒口分离器打开零件铸型以取出零件，并在最后需要对成型零件进行金相检测以及抛丸、打磨处理。本发明具有获得精度高、内腔光洁度高的零件铸型，使得加工制造而成的铸件表面光洁度高；与此同时，通过由PLC控制移动、运行至下一模并自动随流孕育的数控浇注机起到减少劳动力需求的作用，安全性高，并可根据不同的产品进行相应的参数设置，实用性强；并通过浇冒口分离器达到避免损伤铸件本体、降低噪音小以及环保的效果，显著降低拿取 铸件的操作难度。权利要求书1页 说明书7页 附图1页CN 109822058 A 2019.05.31 C N 109822058 A
铁模覆砂生产线各工序生产过程 一.造型、涂料、合箱工序 1.设备点检 当班前对该工序所使用的射砂机、翻箱机、合箱机等设备及其组件进行点检，及时发现隐患，排除故障。 2.模具检查 对当班使用的模具进行完整性检查，包括模具上定位销套是否堵塞、定位销是否紧固、变形，是否磨损；模具是否有损伤。 3.模具位臵检查 模具在流水线上是否有脱离本位的现象，模具是否有被冷铁粘连的情况等。 4.模具升温及温度控制 将热电偶插入模具安装槽内，拧紧螺母，电源接通后。电控柜上仪表显示升温正常。模具升温达到工艺要求，即可开始造型；在造型过程中随时关注模具温度是否显示在工艺要求范围内。 5.光模，清砂，喷油 模具上圆弧过渡处等有粘砂时，需打磨干净。用压缩空气吹净浮砂，打磨部位需喷油，利于造型后脱模，要求每班用砂纸打磨模具表面至少3次以上。 6.造型覆砂，脱模 6.1冷却后的铁型推移至射砂机下轨道定位处固定。 6.2抬起升降机手把，使工作台上升，工作台带动模具升起。通过定位装臵，模具同铁型合箱，一起托起铁型继续上升。升至铁型覆砂面顶到射砂机下硅胶垫后，停止工作台上升。 6.3射砂机手把抬至射砂位臵，即开始射砂。射砂时间约5秒，停止射砂。要求铁型内射进的砂子充足。 6.4射砂过程中，砂子即开始固化。射砂充足后，升降机手把放至下降位臵，工作台即开始下降。下降至铁型覆砂面离开射砂孔约50-100mm后，停止下降。使砂子在铁型与模具间充分固化。固化时间满足工艺要求。 6.5砂子固化充足后，使升降机工作台继续下降，下降至轨道定位处，轨道托起铁型被停止下降，工作台同模具一起继续下降，直至砂胎离开模具后，起模过程结束。 6.6起模后型胎要求无掉砂，无缺块。打磨、清理模具表面，吹净模具表面的粘砂。准备下一次覆砂。 7.合箱 上、下铁箱推移至合箱机处，起动按钮，合箱机托起上箱，对准下箱的定位销，下移，合箱。合箱后检查浇口内有无散砂。 二.熔炼工序 1.生产准备 1.1电炉冷却用循环水必须首先打开； 1.2根据炉体的使用状态，及时修炉，烤炉，修包； 1.3原材料领取，合金破碎，称量等，做好生产前所需的准备工作。 2.设备点检 2.1按照《电炉设备管理卡》要求对电炉各设备进行检查，及时发现隐患，排除故障 2.2检查炉前热分析仪，测温枪，台称等设备是否工作正常。 3.加料熔炼 按工艺要求的顺序加料，每批加料按《炉前配料单》严格加入，按照开炉工操作规程严格执行。
1．结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）谈谈你的体会，及对教材、课堂教学的建议。 2．查资料，完成所指定锻件的生产过程，锻件图设计、相应的计算过程、下料、加热、锻造及热处理工艺进行分析。 3．结合汽车零件生产。阐述埋弧焊原理、工艺特点、质量保证措施。 1.结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）。
1.1 制动盘铸造要求及现状 一、生产技术状况：制动盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类制动盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同。单层盘片的制动盘结构比较简单。铸件重量多为6-18kg。 二、技术要求：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小（特别是硬度差小）。 三、力学性能: σb ≥250MPa , HB180～240 , 相当于国际 HT250 牌号。 四、有些外商对铸件的化学成分也作要求，本设计不作详细介绍。 1.2 设计内容 用金属型覆砂技术克服上述局限性，解决当前所遇到的铸造问题，保证工艺出品率。即在金属型与铸件外形间覆薄砂层，形成砂型胶。优点是同时具备金属型和砂型铸造的特点，金属型与熔体不直接接触，冷却速度和金相组织易于控制，同时提高金属型寿命，铸件形状可较复杂。铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷，工艺出口率高。 2.1 设计任务要求 名称:制动盘 材料：HT220 类型：成批生产 本铸件属于盘状薄壁件，盘面上的风道利于空气对流，达到散热的目的。如下图所示。采用金属型覆砂工艺，需考虑金属型材料及芯砂材料。 2.2金属型材料选择 根据以往金属型设计经验，选择常用的HT200作为金属型材料，参数如下：牌号：HT200 标准：GB 9439-88
铁型覆砂铸造技术在国外早有研究应用，1955年由美国铸铁管公司研究成功并用mono—cast法生产离心铸管。后来我国一些科研单位和工厂也相继研采用铁型覆砂铸造工艺生产球铁曲轴，凸轮轴，阀体，水泵壳等铸件取得成功并广泛应用。铁型覆砂工艺是利用铸造粗成形的铁型内腔(芯铁)表面覆上一层很薄的树脂砂衬所形成的铸型生产铸件的工艺。这一工艺主要优点是铁型表面覆上一层树脂砂衬后的铸型，在浇注时的工作条件大为改善，能够有效地承受高温铁液的热冲击，型内的最高温度可由600％降低到2oo℃左右，铁型厚度方向上的温度梯度也大为降低，铁型的热应力明显降低，这对提高铁型的使用寿命非常有利，使用寿命可高达十几万次。同时由于铁型覆砂的铸型有足够的强度和刚度，覆砂层硬度高(9O以上)，可避免铸件出现胀砂、砂等缺陷，可生产重量较大的铸件。对于球铁可充分利用铁液凝固时石墨膨胀的特性，消除缩孔、缩松等缺陷。本工艺是在覆砂造型机上对准铁型射砂孔射砂造型，在0．4MPa压缩空气下，利用颗粒动力学原理气砂两相的动能作用，使射砂筒内射人铁型内腔的砂流连续、稠密，在短时间受热硬化。因此覆砂层的硬度大且均匀，浇注后可获得比普通砂型铸件表面光洁、(粗糙度可达尺．12．5左右)尺寸精确(CT6—7级)、内部组织致密的铸件。而且由于覆砂层的绝热性能，型腔又有一定的预热温度，完全可以在铁型覆砂条件下生产符合国际标准的铸态铁素体管件。此工艺可与树脂砂和消失模铸造相媲美，可比水玻璃砂刮板造型提高生产效率lO倍以上，降低废品率10％以上，在标准允许的情况下可减轻铸件重量10％以上，减少工人25％～30％，降低生产成本10％以上，管件后处理工作量减少70％，型砂用量减少80％，水压试验合格率高达98％以上。由于大大减少了型砂处理量，车间的环境粉尘污染明显改善，是一项先进的绿色环保铸造技术。 铁型覆砂铸造是在金属型（称为铁型）内腔覆上一薄层型砂而形成铸型的一种铸造工艺。由于覆砂层比较薄（4～8mm），因此采用比较贵的高质量造型材料，在经济上也是合理的，其结果是使铸件质量大大改善和废品显著减少；由于铁型覆砂铸型刚度很好，从而显著地提高了铸件的尺寸精度和致密性。 德国、前苏联等国于60年代前后开始把铁型覆砂铸造应用于铸造生产，主要用于生产球铁曲轴、刹车毂、刹车盘、缸套、炸弹壳、坦克履带和电机底座等30余种铸件。我国对铁型覆砂铸造的应用性研究起始于70年代初，至1979年，浙江省机电设计研究院和永康拖拉机厂等单位合作，首次将该工艺用于S195曲轴毛坯的批量铸造生产，同时，完成了对该工艺所生产的球铁曲轴性能的考核评价，在疲劳强度（疲劳极限应力σ-1的比较）、断裂强度（门槛值ΔKth的比较以及断裂韧性K1C的比较）和使用寿命（10000h台架耐久试验对比）等方面，与砂型铸造曲轴进行了大量的试验对比，皆优于砂型铸造。在其后的10余年里，该工艺不断在应用中提高完善，至90年代初,已有7家企业应用了该工艺，尤其是单缸曲轴和四缸曲轴的铁型覆砂铸造工艺取得了很大的成功。这段时期的代表企业是永康拖拉机厂、上虞动力机厂、望都曲轴连杆厂、皖北曲轴厂、金华内燃机配件厂、常州柴油机厂等。1991年国家计委将铁型覆砂铸造批准为国家“八五”重点新技术推广项目，并把浙江省机电设计研究院作为该项目的技术依托单位，这对于我国铁型覆砂铸造技术的发展起了巨大的推动作用。我院承担了该推广项目后，在其后的5～6年时间里基本上解决了铁型覆砂铸造用于批量生产的一系列问题。
铁型覆砂铸造的工艺特点 我国铸造工作者在国内外铸造同行研究的基础上结合我国国情发展起来的一种特殊的铸造技术方法,是有别于砂型铸造、消失模实型铸造、V法铸造、金属型铸造、壳型铸造、石蜡铸造、陶瓷铸造、钢丸铸造等铸造方法的一种半精密铸造方法，该方法采用金属模型——铸铁模型（故有时也叫铁模覆砂Iron mold coated sand）以及与铸件外形近形的铸铁型腔作为砂箱铁型，近形的铁型上覆盖一层3~10㎜的覆膜砂砂胎形成铸型用于浇注成铸件——此即铁型覆砂铸造。 一、铁型覆砂生产的普遍工艺流程： 机器造型——检查合箱——锁箱放浇口杯——浇注——开箱出铸件
——清砂——造型 二、铁型覆砂铸造的工艺特点： 1.铁型覆砂铸造具有砂型铸造的特点，即有一刚性砂型外壳，使得砂型整体强度高、不变形，其适应性广泛，铸件易脱模，并且定位可靠，精度高。 2．铁型覆砂铸造具有覆膜砂壳型铸造的特点，造型方便、快捷、不论什么铸件砂型，二、三分钟之内便可造型完毕，型砂密度、铸型表面硬度等通过设备保证，永远一致，并且不需要涂刷任何涂料。既得到了光洁的铸件，又提高了铸件的形状和尺寸精度。 3．铁型覆砂铸造还具有金属型铸造的特点，铁的铸型在金属液结晶过程中有明显的冷激作用，可使铸件晶粒度细化，从而提高了铸件的综合强度，同时又由于有砂胎的存在避免了金属型铸造的短处，铸件不会产生白口，对铸铁件而言，可铸态生产各种材质，无需热处理。4．由铁型和薄的砂胎组成的铸型锁紧后刚度高、变形小、冷却快，得到的铸件尺寸精度高、加工余量小、组织致密，特别适合球墨铸铁的生产，在生产球墨铸铁时能利用球墨铸铁的石墨化膨胀对铸件进行自补缩——实现球墨铸铁的少、无冒口铸造，得到优质铸件；因为铁型冷却快，对生产高牌号的珠光体基体的盘类、杆类、轴类铸件尤其有利。 5.一般情况下铁型覆砂生产的铸件硬度比普通铸造方法生产的铸件要高20个HB单位左右。 6.利用铸件浇注后铁型的余热进行再循环生产的覆膜砂固化，不只
铁型覆砂工艺及其装备的发展状况 铁型覆砂工艺发达国家在60年代已开始使用，主要生产曲轴、连杆，凸轮轴，刹车毂，汽缸套等铸件，运用铁型覆砂的企业都取得了明显的经济效益。我国运用这一工艺较国外稍晚，但发展速度很快，就目前来看，与国外运用这一工艺相比，没有很大差別，特别是近几年，铁型覆砂装备发展非常迅速，主要应用在曲轴(包括汽车、摩托车、压缩机小曲轴），凸轮轴、缸套、轮毂、制动鼓、缸体、缸盖、电梯曳引轮电梯机座以及高牌号的球铁件等，铸件运用这一工艺生产出来的铸件，可以提高铸件的工艺出品率，不管是内在质量还是表面质量都很高，机械性能明显提高，可以显著提高球铁的牌号，用户普遍反映良好。 ●铁型覆砂铸造工艺 铁型覆砂铸造是在粗成的金属型(铁型)内腔上通过热固化，覆上一层型砂(覆膜砂)形成铸型，铁水浇注在覆膜砂型中，形成铸件。在设计铁型时需要经过反复模拟试验及工艺试验和生产验证，合理确定铁型重量、壁厚、覆砂层厚度及浇注系统，使铸件的充型、凝固和冷却在一个比较理想的条件下完成。 ●与砂型铸造相比 在铁型覆砂工艺应用以前，国内生产曲轴等大批量球铁铸件，大都采用粘土砂造型生产,很难实现无冒口铸造，而铁型覆砂铸造工艺真正实现了无冒口铸造，这主要由于铁型钢性好，冷却速度快，在浇注和凝固过程中变形小，通过对内浇口的设计，能利用球铁在凝固过程中的石墨化膨胀抵消铸件的线收缩和体收缩，使缩孔和缩松无法形成，铸件本体致密，减少废品率，提高工艺出品率。铸态珠光体球铁，其晶粒细小，组织致密，晶核间形成裂纹倾向小,强度髙，是一般球铁铸件所期望的组织。而砂型铸造要得到这一组织.必须严格控制铁液化学成分，生产稳定性极差，铁型覆砂铸造由于铁型导热性好，透过覆砂层快速吸收热量，使石墨细化，共晶团增加，球铁本体机械性能可达到很高的球铁牌号要求，铸件废品率下降，质量大大提高，据使用这一工艺生产曲轴的用户反映，在砂型铸造时,其废品率一般达到10-20%，而运用铁型覆砂铸造，废品率在5%以内，有时仅为1%，而且铸件的外观质量大大提高，加工余量明显减少，生产成本明显下降。 由于使用铁型覆砂铸造工艺，可以简化为直接外购的覆膜砂，节省了砂型铸造中砂处理设备的投资，简化生产工艺流程，加快投产进度，同时车间环境也有很大程度的提高。覆膜砂较潮模砂价格较高，但铁型覆砂铸造其铁砂比仅为1:0.164（曲轴）,远远小于砂型铸造的1:3.5,节省了砂的用量，当生产线的用砂量较大时，可以考虑覆膜砂的再生回用设备（再生砂生产的覆膜砂质量更好），这样更增加了这一工艺的优越性，减少了车间污染，真正实现了铸造车间清洁生产。 我公司研发的自动化高速铁型覆砂生产线，颠覆了行业内的铁型覆砂生产线的运行模式，
铁型覆砂生产线工艺流程图 1、工艺先进：铁型覆砂工艺为目前最好的铸造工艺，同时兼具铁型激冷和砂型缓冷的优点，产品晶粒细化，冲击韧性高； 2、运行稳定：我公司铁型覆砂生产线正常运行率在96%以上；我公司已有33条生产线在实际运行，对生产线的稳定运行有着丰富的设计制造经验。 3、零部件标准化：我公司的铁型覆砂生产线所有零部件均按照企标生产，完全通用，避免了当部件损坏时需要特别加工的麻烦； 4、生产成本低：如∮100耐磨球吨产品用砂量135kg；全线运行功率仅75kw； 5、产品铸造精度高，加工余量小：平均精度达CT7级左右，表面粗糙度达12.5μm左右；
6、产品可选择范围宽：我公司铁型覆砂生产线供2大系列，7种型号可供用户选择；并可以根据用户生产现场和特别要求进行特殊设计。 7、性价比高：铁型覆砂生产线空载运行节拍达到40S/箱，年产万吨的铸造生产线，仅仅4个操作工位，而且对工人无特殊要求，普工稍做培训即可上岗、甚至女工也可以。在用工日益紧张的铸造业，这点尤显可贵。 8、极大降低劳动强度，显著改善工作环境：我公司的铁型覆砂生产线还研制了配套的吸烟、除尘等配套系统，让花园式铸造成为现实。 9、产品的正品率高，工艺稳定性好：铁型覆砂生产线采用底注式恒温浇注机浇注，可以选择您最合适的浇注温度浇注，避免了浇注温度不合适而产生的废品，因为是底注式浇注，最大程度地减少了产品的夹渣现象。生产线的每一个工艺动作都可以特定设置，而且恒定不变。避免了因为工人工人素质或体力原因造成的工艺不稳定而产生的废品。 10、售后服务完善：一年内保修包换，终身保修，仅收取维修材料费；标准化生产，更换配品配件速度快；终身技术软件免费升级。 了解更多请点击铁型覆砂生产线 编辑：周赞松
1．结合所学知识, 查找相应资料, 对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析( 工艺图设计, 参数选取, 砂芯设计, 冒口设计, 模板设计等) 谈谈你的体会, 及对教材、课堂教学的建议。2．查资料, 完成所指定锻件的生产过程, 锻件图设计、相应的计算过程、下料、加热、锻造及热处理工艺进行分析。 3．结合汽车零件生产。阐述埋弧焊原理、工艺特点、质量保证措施。 1.结合所学知识, 查找相应资料, 对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析( 工艺图设计, 参数选取, 砂芯设计, 冒口设计, 模板设计等) 。 1.1 制动盘铸造要求及现状
一、生产技术状况 : 制动盘种类繁多, 特点是壁薄, 盘片及中心处由砂芯形成。不同种类制动盘, 在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异, 盘毂的厚度和高度也各不相同。单层盘片的制动盘结构比较简单。铸件重量多为 6-18kg。 二、技术要求 : 铸件外轮廓全部加工, 精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型, 石墨型, 组织均匀, 断面敏感性小( 特别是硬度差小) 。 三、力学性能: σb ≥250MPa , HB180～240 , 相当于国际HT250 牌号。 四、有些外商对铸件的化学成分也作要求, 本设计不作详细介绍。 1.2 设计内容 用金属型覆砂技术克服上述局限性, 解决当前所遇到的铸造问题, 保证工艺出品率。即在金属型与铸件外形间覆薄砂层, 形成砂型胶。优点是同时具备金属型和砂型铸造的特点, 金属型与熔体不直接接触, 冷却速度和金相组织易于控制, 同时提高金属型寿命, 铸件形状可较复杂。铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷, 工艺出口率高。 2.1 设计任务要求 名称:制动盘
皆见来龙去脉覆膜砂铸造材料﹠工艺 年代5020世纪年代开始研究应用覆膜砂及壳（芯）工艺，直至80我国于中期以前只有少数几家工厂采用自制的覆膜砂用于壳芯生产。自此以后，覆膜砂开始作为商品推向市场。随着原材料、制造设备和制造工艺的不断改进，覆膜砂年代以来，覆膜砂的应用得到了更迅速的90品质不断得到提高，生产成本下降，发展，产品种类不断增多，并已形成系列化。目前，我国铸造用覆膜砂年产量已随着我国汽车工业的快速发展和机械达万吨以上，共有专业生产厂家近百家。50产品外贸出口需要，以及铸件国际市场的开发，对铸件品质的要求越来 越高，覆膜砂的应用将会在短期内得到迅速增长。一、覆膜砂原材料的选用 覆膜砂一般由骨料、粘结剂、固化剂、润滑剂和特殊添加剂组成。 1. 骨料骨料是构成覆膜砂的主体。对骨料的要求是：耐火度高、挥发物少、颗粒较圆整并自身强度高等。一般选用天然擦洗硅砂，这主要是由于其储量丰富，价格只有特殊要求的铸钢件或铸铁件才采用锆砂或铬铁矿砂。能满足铸造要求。便宜，对硅砂的一般要求是：；1）SO2含量高。铸铁及有色铸造用砂要求SO2>90%>97%，铸钢件要求（；（2）含泥量≤0.2% 筛分散度；粒度分布宜采用 3～5）（3细度：应根据铸件表面粗糙度要求来选定不同的细度，一般为 AFS （4） 65；AFS50～粒形：尽可能选用圆整性好的硅砂，角形因素应
<1.3；5 （） <7; 值pH ）6（ 温活性）硅砂需用水擦洗过，如有特殊要求，可将硅砂酸洗或进行高（7处理（900℃焙烧） 2 . 粘结剂 目前普遍采用酚醛类树脂作为粘结剂。酚醛类树脂有固体和液体、热固性和热塑性之分。目前制作覆膜砂通常采用热塑性固态酚醛树脂。对其性能要求是： （1）聚合速度（热板法）：25～27s ； （2）软化点（环球法）：90～105℃； （3）流动性（斜板法）：60～110mm ； （4）游离酚含量（溴化法）：≤4%。 粘结剂的性能对覆膜砂的品质有很大的影响，人们一直在致力于研究如何提高酚醛树脂的性能，以及寻找酚醛树脂的替代品。国外已开发出不同性能的专用树脂，如高强度低发气树脂、易溃散树脂，也有采用改性聚酯树脂的报道，但未得到全面推广，至今普遍采用的仍是改性酚醛树脂。国内近年来在覆膜砂专用酚醛树脂的研究开发方面发展较快，已开发出不同的改性酚醛树脂供生产使用。 3. 固化剂、润滑剂、添加剂 固化剂通常采用乌洛托品即六亚甲基四胺，分子式为（CH2） 6N4，要求为工业一级品。润滑剂一般采用硬脂酸钙。其作用是防止覆膜砂结块，增加流动性，使型、芯表面致密及改善砂型（芯）的脱模性。
铁型覆砂工艺特点介绍 1. 铁型覆砂铸造具有砂型铸造的特点，即有一刚性砂型外壳，使得砂型整体强度高、不变形，其适应性广泛，铸件易脱模，并且定位可靠，精度高。 2. 铁型覆砂铸造具有覆膜砂壳型铸造的特点，造型方便、快捷、不论什么铸件砂型， 二、三分钟之内便可造型完毕，高频红外碳硫分析仪型砂密度、铸型表面硬度等通过设备保证，永远一致，并且不需要涂刷任何涂料。既得到了光洁的铸件，又提高了铸件的形状和尺寸精度。 3. 铁型覆砂铸造还具有金属型铸造的特点，铁的铸型在金属液结晶过程中有明显的冷激作用，可使铸件晶粒度细化，从而提高了铸件的综合强度，同时又由于有砂胎的存在避免了金属型铸造的短处，铸件不会产生白口，对铸铁件而言，可铸态生产各种材质，无需热处理。 4. 由铁型和薄的砂胎组成的铸型锁紧后刚度高、变形小、冷却快，得到的铸件尺寸精度高、加工余量小、组织致密，特别适合球墨铸铁的生产，在生产球墨铸铁时能利用球墨铸铁的石墨化膨胀对铸件进行高频红外碳硫分析仪自补缩——实现球墨铸铁的少、无冒口铸造，得到优质铸件;因为铁型冷却快，对生产高牌号的珠光体基体的盘类、杆类、轴类铸件尤其有利。 5. 一般情况下铁型覆砂生产的铸件硬度比普通铸造方法生产的铸件要高20个HB单位左右。 6. 利用铸件浇注后铁型的余热进行再循环生产的覆膜砂固化，不只减少了用电,而且铸造过程呈现封闭式循环生产状态，生产占用面积很小(例如，一小时熔炼一吨铁(钢)水时，造型浇注面积有二、三百平方米就足够了)，不需要砂处理设备，投资少、见效快。 7. 由于铁模的激冷，使得型砂不会被过烧，不但型砂可以重复使用，而且因为浇注过程的焙烧，从而使得型砂(石英砂)发生相变，砂子的热膨胀系数由15减至5。所以，生产过程中产生的旧砂还可以再生回用,符合发展循环经济。 8. 铁型覆砂铸造特别适合批量大的中、小铸件的生产，若换装少时其综合废品率可以降到3%左右。 9. 铁型覆砂的铁型使用寿命可达万次以上，但长期反复的热胀冷缩和铸造环境影响下，需要增加维护保养。
（二）铸造车间 ◆任务和生产纲领 承担年产2万吨风电及工程机械零部件的铸件生产任务。 ◆设计原则和主要工艺说明 1．产品生产性质、特点 本车间属批量生产。最大铸件为30吨，材料为球铁。 2．主要工艺说明及设备选用原则 树脂自硬砂工艺是国际二十世纪八、九十年代以来的最新铸造先进工艺之一，采用树脂砂工艺生产的铸件，表面光洁度好（可以达到Ra12.5-25），尺寸精确（可以达到CT7-9级），生产效率可比粘土砂工艺提高一倍以上，旧砂回用率可达95%以上，改善了铸造车间的工人作业环境，特别适合单件小批量铸件的生产，该工艺技术的先进性和优越性已为广大铸造工作者所共识。在树脂砂工艺中，尤以呋喃树脂砂工艺和碱酚醛树脂砂工艺使用最为广泛。采用呋喃树脂砂工艺生产铸件，成本较低。特选定树脂自硬砂工艺为主要的生产工艺。 a. 熔炼设备 熔炼采用12、15t 中频电炉两套（配用电源总功率10000kW。考虑浇注大件铸件的可行性） b. 混砂造型 车间新增60t/h遥控升降式树脂砂混砂机1台，40t/h的树脂砂混砂机2台，10t/h的树脂砂混砂机1台。 c. 落砂机和砂再生 采用二套20t落砂和二套20t/h砂处理设备。落砂机的承载能力
为20t，落砂机为采用振动电机进行落砂的新型落砂机。再生系统为20-30t/h，由两套20t/h和30t/h的再生系统并联组成，主要由以下几大功能设备组成：振动破碎再生机+二级强力再生机+风选机+砂温调节器+PLC电气控制系统。整套砂处理系统为强力硬再生技术，旧砂再生回用率可达95%以上。该套系统消化吸收国外先进技术后研制开发的，目前已在国内外二百余家企业使用，用户反映良好，已成为中国知名品牌。 （三）清理车间 ◆任务和生产纲领 清理车间将承担铸件的清理工作。 ◆设计原则和主要工艺说明 1．产品生产性质、特点 本车间属批量生产。最大件为机床底座。 2．设备选用原则 本清理车间主要解决树脂砂车间生产的铸件清理。新增台车式抛丸清理室（30t、50t各1台）、8-10t吊钩式抛丸清理机3台，新增1座40m3煤气发生炉。
覆膜砂铸造材料工艺
（6）pH值<7; （7）硅砂需用水擦洗过，如有特殊要求，可将硅砂酸洗或进行高温活性处理（900℃焙烧） 2 . 粘结剂 目前普遍采用酚醛类树脂作为粘结剂。酚醛类树脂有固体和液体、热固性和热塑性之分。目前制作覆膜砂通常采用热塑性固态酚醛树脂。对其性能要求是：（1）聚合速度（热板法）：25～27s ； （2）软化点（环球法）：90～105℃； （3）流动性（斜板法）：60～110mm ； （4）游离酚含量（溴化法）：≤4%。 粘结剂的性能对覆膜砂的品质有很大的影响，人们一直在致力于研究如何提高酚醛树脂的性能，以及寻找酚醛树脂的替代品。国外已开发出不同性能的专用树脂，如高强度低发气树脂、易溃散树脂，也有采用改性聚酯树脂的报道，但未得到全面推广，至今普遍采用的仍是改性酚醛树脂。国内近年来在覆膜砂专用酚醛树脂的研究开发方面发展较快，已开发出不同的改性酚醛树脂供生产使用。 3. 固化剂、润滑剂、添加剂 固化剂通常采用乌洛托品即六亚甲基四胺，分子式为（CH2）6N4，要求为工业一级品。润滑剂一般采用硬脂酸钙。其作用是防止覆膜砂结块，增加流动性，使型、芯表面致密及改善砂型（芯）的脱模性。添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能。目前采用的添加剂主要有：耐高温添加剂（如含碳材料或其他惰性材料）、易贵散添加剂（如二氧化锰、重铬酸钾、高锰酸钾、已内酰胺等）、增强增韧添加剂（如超短玻璃纤维材料、有机硅烷KH-550等）以及防粘砂添加剂和抗老化添加剂等等。
二、覆膜砂的分类 随着覆膜砂应用范围的不断扩展，不同铸造工艺、不同材质要求以及不同结构的铸件对覆膜砂提出了不同的性能要求。自20世纪90年代以来，国内开发了不同性能的覆膜砂，按其性能特点来划分，可将国内市场上的覆膜砂分为干态和湿态两大类。其中干态类包括：普通类、耐高温类、高强度低发气类、易溃散类、离心铸造类等。湿态覆膜砂包括机械类和手工类两种。各类覆膜砂的主要成分、特点及适用范围如下： 1. 普通覆膜砂 其组成通常由石英砂热塑性酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙构成，不加有关添加剂。其树脂加入量通常在一定强度要求下相对较高，不具备耐高温、低膨胀、低发气等特性，适用于一些要求不高、结构较简单的铸铁件生产。 2. 高强度低发气覆膜砂 是在普通覆膜砂的基础上，通过加入有关特性的“添加剂”和采用新的配制工艺，使树脂用量大幅下降，发气量显著降低，并能延缓发气速度。该覆膜砂具有高强度、低膨胀、低发气、慢发气等特点，特别适用于铸铁件、中小铸钢件中要求发气量低的砂芯，如阀体砂芯等。 3. 耐高温覆膜砂 该砂一般是指覆膜砂的热强度大、耐热时间长、高温变形小，而不是指其耐火度很高。它是通过特殊的工艺配方技术（一般都是在硅砂覆膜时加入一定量的惰性材料如铣砂、高铬矿砂、含碳材料或其他惰性材料等），生产出具有优异高温性能和综合铸造性能的新型覆膜砂。具有耐高温、高强度、低膨胀、低发气、慢发气等特点。特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件（如汽车发动机缸体、缸盖等）
1.结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺 进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）谈谈你的体会，及对教材、课堂教学的建议。 2.查资料，完成所指定锻件的生产过程，锻件图设计、相应的计 算过程、下料、加热、锻造及热处理工艺进行分析。 3.结合汽车零件生产。阐述埋弧焊原理、工艺特点、质量保证措 施。 1.结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）。
1.1制动盘铸造要求及现状 一、生产技术状况：制动盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类制动盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同。单层盘片的制动盘结构比较简单。铸件重量多为 6-18kg。 二、技术要求：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小（特别是硬度差小）。 三、力学性能：（T b >250MPa , HB180?240,相当于国际HT250牌号。 四、有些外商对铸件的化学成分也作要求，本设计不作详细介绍。 1.2设计内容 用金属型覆砂技术克服上述局限性，解决当前所遇到的铸造问题，保证工艺出品率。即在金属型与铸件外形间覆薄砂层，形成砂型胶。优点是同时具备金属型和砂型铸造的特点，金属型与熔体不直接接触，冷却速度和金相组织易于控制，同时提高金属型寿命，铸件形状可较复杂。铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷，工艺出口率咼。 2.1设计任务要求 名称:制动盘 材料：HT220 类型：成批生产 本铸件属于盘状薄壁件，盘面上的风道利于空气对流，达到散热的目的。如下图所示。采用金属型覆砂工艺，需考虑金属型材料及芯砂材料。 2.2金属型材料选择 根据以往金属型设计经验，选择常用的HT200作为金属型材料，参数如下： 牌号：HT200 标准：GB 9439-88