砂型铸造是最常见的金属铸造工艺之一，其模具由两半组成。在砂型铸造 中，熔融金属通过重力或力倒入一次性砂型型腔中，凝固形成型腔形状零件。通过此过程形成的 3D 物体也称为铸造。最常见的砂铸件包括发动机缸体和气缸盖。它是使用最广泛的金属铸造制造工艺，占铸件总重量的很大一部分。

铸造工艺

在砂型铸造过程中，材料被加热到正确的温度以熔化，有时会进行处理以改变化学成分，以获得所需的材料性能。然后将熔融金属倒入具有所需形状型腔的模具中冷却凝固。

为了以尽可能低的成本生产出最优质的砂型铸件，设计人员必须仔细考虑多种工艺要求并了解砂型铸造的局限性。砂型铸造有8 个关键要素，即拔模角、分型线、底切和型芯、横截面、壁厚、拐角和角度、连接设计和铸造余量，需要考虑以避免机械工程师在砂型铸造过程中面临的常见陷阱。

只有当缺陷或缺点影响零件的功能时，它才会成为问题。因此选择合适的制造工艺对于满足零件的功能要求至关重要。

砂型 铸造是最通用的制造方法，使工程师可以自由地用无限数量的金属和合金设计复杂的零件。

·       超过 70% 的金属铸件是通过此工艺生产的

·       砂型铸造可以生产各种尺寸，从小型雕像到重量超过 100 吨的零件

·       非常复杂的零件可以轻松地一体生产

·       尺寸精度低

·       表面光洁度差

·       适应性强，可应对大批量生产

砂型铸造工艺是如何进行的？

浇注系统的要素

金属铸造浇注系统

砂型铸造是最常见的金属铸造工艺之一，其模具由两半组成。烧瓶箱内装有两半部分，上半部分称为上半部分，下半部分称为下部分。下图显示烧瓶被分成两半。将两半分开的线称为分型线。

以下是砂型铸造周期的七个主要步骤

砂型铸造步骤

1.     制模步骤，其中由合适的材料制成待铸造物体的复制品。模型通常尺寸过大，以允许金属在冷却阶段收缩

2.     在 制模步骤中，通过将砂填充到模型周围的模具中来形成砂模。砂型分为两半，上半部分称为“上”，下半部分称为“下”。当模型从型腔中取出时，它会形成用于浇注熔融金属的残留物。模具还会有其他特征，如主流道、流道、浇口、浇注杯、冒口等，这些将在后面详细讨论。

3.     夹紧步骤涉及两个半模（Cope 和 Drag），牢固地夹紧在一起，准备浇注金属。

4.     浇注熔融金属保持在设定温度。熔融金属快速注入以避免过早凝固

5.     浇注的熔融金属一旦进入型腔就会开始 冷却并凝固。大多数可能的砂型铸造缺陷都是在这个凝固阶段引入的

6.     一旦冷却期结束，模具就可以被 摇出/折断并铸造

7.     修边涉及清理和去除与主要部件连接的部分，如流道、浇道等

砂型铸造的优点和缺点

要了解任何制造工艺，首先，不仅必须仔细考虑其优点，而且尤其要考虑其潜在的局限性和工艺困难。

砂型铸造的优点和缺点

优点

·       设计灵活性—— 零件的尺寸和重量范围可以从几毫米和克到几米和许多吨。铸件的尺寸和重量仅受熔融金属处理和供应所施加的限制。因此可以生产大型零件。

·       高复杂性形状—— 没有任何其他工艺能够像铸造一样提供塑造复杂特征的可能性，从而生产出近净形部件。

·       更广泛的材料选择—— 几乎所有工程合金只要能熔化就可以铸造。

·       低成本模具—— 与其他金属制造工艺相比，模具和设备成本较低。因此使其成为实现近净形部件最便宜的方法之一

·       交货时间短—— 与其他交货时间相比，交货时间短是短批量生产的理想选择。

·       减少浪费——废金属可以回收利用

缺点

·       材料强度低——与机加工零件相比，由于孔隙率高，零件的材料强度低。

·       尺寸精度低—— 收缩和表面光洁度尺寸精度很差。

·       表面光洁度差—— 由于内部砂模壁表面纹理。

·       不可避免的缺陷—— 与任何其他冶金工艺一样，缺陷或质量变化（例如收缩、孔隙率、浇注金属缺陷、表面缺陷）是不可避免的。砂型铸件的孔隙率高于其他铸造工艺（例如压铸和熔模铸造）。

·       后处理—— 如果需要更严格的公差来与其他配合部件连接，通常需要进行二次加工操作。与模具和材料成本相比，加工成本较高

·       更高的风险——对人类的安全危害和环境问题

·       生产问题——去除薄小部件的图案具有挑战性

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