翻砂鑄造是指用粘土粘結砂作造型材料生產鑄件，是歷史悠久的工藝方法，也是套用範圍最廣的工藝方法。說起歷史悠久，可追溯到幾千年以前；論其套用範圍，則可說世界各地無一處不用。
基本介紹
- 中文名：翻砂鑄造
- 外文名：foundry casting
- 用途：生產鑄件
- 領域：工程技術
簡介,原理,過程,性能,粒度要求,
簡介
值得注意的是，各種化學粘結砂蓬勃發展，粘土濕型砂仍是最重要的造型材料，其適用範圍之廣，耗用量之大，是任何其他造型材料都不能與之比擬的。據報導，美國鋼鐵鑄件中，用粘土濕型砂製造的占80%以上；日本鋼鐵鑄件中，用粘土濕型砂製造的占73%以上。 適應造型條件的能力強，也是粘土濕型砂的一大特點。1890年震壓式造型機問世，長期用於手工造型條件的粘土濕型砂，用於機器造型極為成功，並為此後造型作業的機械化、自動化奠定了基礎。近代的高壓造型、射壓造型、氣沖造型、靜壓造型及無震擊真空加壓造型等新工藝，也都是以使用粘土濕型砂為前提的。 各種新工藝的實施，使粘土濕型砂在鑄造生產中的地位更加重要，也使粘土濕型砂面臨許多新的問題，促使我們對粘土濕型砂的研究不斷加強、認識不斷深化。 現今，隨著科學技術的速發展，各產業部門對鑄件的需求不斷增長，同時，對鑄件品質的要求也越來越高。現代的鑄造廠，造型設備的生產率已提高到前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分適應具體生產條件，或不能有效的控制其穩定、一致，則不用多久就可能將鑄造廠埋葬於廢品之中。 隨著科學技術的發展，採用粘土濕型砂的鑄造廠，一般都適合其具體條件的砂處理系統，其中包括：舊砂的處理、新砂及輔助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的監控。 粘土濕砂系統中，有許多不斷改變的因素。如某一種或幾種關鍵性能不能保持在控制範圍之內，生產中就可能出現問題。一個有效的砂處理系統，應能監控型砂的性能，如有問題，應能及時加以改正。 由於各鑄造廠砂處理系統安排不同，選用的設備也不一樣，要想擬定一套通用的控制辦法是做不到的。這裡，打算提出一些已被廣泛認同的控制要點。各鑄造廠認真地理解了這些要點之後，可根據自己的具體條件確定可行的控制辦法。而且，還要隨著技術的進步和工廠的實際能力（包括人員和資金）不斷改進對型砂系統的控制。
原理
“砂型鑄造” 時先將下半型放在平板上，放砂箱填型砂緊實刮平，下型造完，將造好的砂型翻轉180度，放上半型，撒分型劑，放上砂箱，填型砂並緊實、刮平，將上砂箱翻轉180度，分別取出上、下半型，再將上型翻轉180度和下型合好，砂型造完，等待澆注。這套工藝俗稱--“翻砂”。
過程
翻砂是將熔化的金屬澆灌入鑄型空腔中，冷卻凝固後而獲得產品的生產方法。在汽車製造過程中，採用鑄鐵製成毛坯的零件很多，約占全車重量的60%左右，如氣缸體、變速器箱體、轉向器殼體、後橋殼體、制動鼓、各種支架等。製造鑄鐵件通常採用砂型。砂型的原料以砂子為主，並與粘結劑、水等混合而成。砂型材料必須具有一定的粘合強度，以便被塑成所需的形狀並能抵禦高溫鐵水的沖刷而不會崩塌。為了使砂型內塑成與鑄件形狀相符的空腔，必須先用木材製成模型，稱為木模。熾熱的鐵水冷卻後體積會縮小，因此，木模的尺寸需要在鑄件原尺寸的基礎上按收縮率加大，需要切削加工的表面相應加厚。空心的鑄件需要製成砂芯子和相應的芯子木模(芯盒)。有了木模，就可以翻制空腔砂型。在製造砂型時，要考慮上下砂箱怎樣分開才能把木模取出，還要考慮鐵水從什麼地方流入，怎樣灌滿空腔以便得到優質的鑄件。砂型製成後，就可以澆注，也就是將鐵水灌入砂型的空腔中。澆注時，鐵水溫度在1250~1350度，熔煉時溫度更高。然後還要經過除砂、修復、打磨等過程，才能夠成為一件合格鑄件。
性能
1.計算比較
型砂的比熱大致是：9.22×102J/kg·℃， 水的比熱是：4.19×103J/kg·℃， 水的蒸發熱是：2.26×106J/kg， 1噸砂中加20℃的水10kg（加水1%），使其溫度升到50℃，所能帶走的熱量為4.19×103×10×30，即12.57×105J。 1噸砂溫度降低1℃，需散熱9.22×102×1000 J，即9.22×105J。 所以，在舊砂中加水1%，只能使溫度降低24.5℃。 使1噸砂中的水分蒸發1%（10kg），能帶走的熱量為2.26×107J，卻可使砂溫降低24.5℃。 以上的分析表明：簡單地向皮帶機上加水或向砂堆灑水，冷卻效果是很差的。即使加水後向砂表面吹風，也不能有多大的改善。加水後，要使水在型砂中分散均勻，然後向鬆散的砂吹風，使水分迅速蒸發，同時將蒸汽排除。 型砂冷卻裝置的品種、規格很多，主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻器和冷卻沸騰床等，都是利用水分蒸發冷卻型沙。其中，冷卻沸騰床效果較好。
2.舊砂的水分控制
幾乎所有的鑄造廠都檢查和控制混成砂的水分，但是，對於嚴格控制舊砂水分的重要性，很多鑄造廠的領導和技術人員還缺乏足夠的認識。 進入混砂的舊砂水分太低，對混砂質量的影響可能並不亞於砂溫過高。 試驗研究和經驗都已證明，加水潤濕乾膨潤土比潤滑濕膨潤土難得多。型砂中的膨潤土和水，並非簡單的混在一起就行，要對其加搓揉，使之成為可塑狀態。這就像用陶土和水制陶器一樣，將水和土和一和，是鬆散的，沒有粘接能力；經過搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成為塑性狀態，才可以成形，製成陶器毛坯。 鑄型澆注以後，由於熱金屬的影響，很多砂粒表面上的土-水粘結膜都脫水乾燥了，加水使其吸水恢復塑性是很不容易的。舊砂的水分較低，在混砂機中加水混碾使之達到要求性能所需要的時間就越長。由於生產中混砂的時間是有限的，舊砂的水分越低，混成砂的綜合質量就越差。各國鑄造工作者已有了這樣一種共識：進入混砂機的舊砂，水分只能比混成砂略低一點。 較好的做法是：在舊砂冷卻過程中充分加水冷卻後所含的水分略低於混成砂。這樣，從砂冷卻到進入混砂機還有一段相當長的時間，水可以充分潤濕舊砂砂粒表面上的膨潤土。 更好的做法是：在系統中設混砂機對舊砂進行預混，冷卻後的舊砂在預混混砂機中加水進行預混，以改善舊砂中膨潤土和水的混合狀態。國外，有的鑄造廠預混時，將需補加的新砂、膨潤土、煤粉等附加料全部加入。天津的新偉祥鑄造公司，用德國製造的EiRich混砂機預混。經過預混的舊砂，進入混砂機後加水量很少，只是略微調整。型砂中的膨潤土和水在混砂機進一步得到調製，型砂的性能就更為穩定一致。
3.舊砂的粒度
對於用粘土濕型砂製造的鑄鐵件，型砂的粒度以細一些為好。由於混砂時舊砂用量一般都在90%以上，決定型砂粒度的因素主要是舊砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂來改變型砂的粒度。所以，應該經常檢測舊砂的粒度。 檢測粒度時，取樣後先清洗除去泥分（可用測定含泥量時剩下的砂樣），烘乾後篩分。
4.吸水細粉的含量
吸水細粉中主要是死粘土，還包括焦化了的煤粉細粒和其他細粉。 吸水細粉的含量並非越低越好，最好將其控制在2-5%之間。 吸水細粉，混砂時會和膨潤土爭奪水分，使混成砂達到可緊實性目標值所需的水分增高。但是，據大家的認識，吸水細粉的吸水能力比膨潤土強，而保持水分的能力卻低於膨潤土。因此，在型砂中加水量略有不當時，吸水細粉對型砂性能有一定的"微調和穩定"作用。水分高時，細粉首先吸水，膨潤土所吸收水可較穩定一致；混成砂在輸送過程中水分蒸發時，吸水細粉所吸的水先蒸發，粘結砂粒的粘土膏中的水分較為穩定，型砂的性能也就較小波動。 吸水細粉含量太高也不好，會使型砂的水分較高，易於導致鑄件上產生針孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。 吸水細粉含量太低，則型砂的性能（尤其是可緊實性）不易穩定。
粒度要求
對粒度有以下兩點要求：
（1）140目篩上的砂粒應在10-15%之間。保持較多的細砂，可以減輕鑄件表面粘砂。而且，會增加砂粒之間粘結橋的數量，從而降低型砂的脆性，避免沖砂缺陷。此外，這對提高型砂的溫強度、乾強度和水分遷移後增濕層強度都有好處。
（2）200目篩、270目篩和底盤上細砂的總和應儘量地少。這樣的細砂對改善鑄件表面質量的作用不大，卻會使混成砂的水分較高，而且會使型砂的透氣性降低。細砂的總和一般應少於4%。
