1. 介绍
沙子是 骨干的 沙子铸造, 形成直接塑造每个铸造的霉菌腔.
通过在图案周围包装沙子, 铸造厂产生了负面印象，熔融金属流向, 巩固, 并进行最终几何形状.
选择沙子 扮演关键角色: 它影响表面表面, 气体渗透性, 维度的准确性, 最终, 成本.
在以下各节中, 我们检查主要沙子系统 - 绿色, 化学键合, 硅酸钠, 树脂涂料, 和特色沙子 - 高光明的构图, 特性, 和理想的应用.
2. 绿沙
绿沙作为 主力模具媒介 在上面 70% 全球沙播操作.
铸造厂以低成本而喜欢它, 易用性, 以及适应广泛的零件大小和几何形状.
作品
典型的绿色和混合物包含:
| 成分 | 典型比例 | 功能 |
| 二氧化硅沙 | 85–90 wt % | 提供难治性的骨骼和定义 |
| 膨润土粘土 | 5–10 wt % | 赋予可塑性, “绿色力量,”和可折叠 |
| 水 | 2–4 wt % | 激活粘土粘合剂; 控制模具可塑性 |
| 添加剂 (海上, 1–3 wt %) | 1–3 wt % | 增强表面饰面并促进有光泽的碳 |
关键属性
- 水分含量 (2–4 %)
确保良好的沙质可塑性用于图案印迹. 水分太少会导致崩溃; 太多产生渗透性差和气体缺陷. - 绿色力量 (30–50 psi)
测量未烘焙的模具在不崩溃的情况下支撑熔融金属的能力. - 渗透性 (200–400 PN)
指示气体容易逃脱霉菌的方式 - 避免孔隙率重要. - 可折叠性 (0.5–1.5毫米)
描述模具在凝固时的受控变形, 减少热门缺陷.
优点和应用
绿沙的 低工具成本 ($50 - 每个模具$ 200) 和 超过5–20个周期的可重复使用性 使其非常适合大型,
诸如发动机块之类的重型铸件, 泵外壳, 和农业机械组件.
铸造厂还利用绿沙作为原型零件, 快速营业额和最小的前期投资事项.
限制 & 缓解
- 尺寸公差 (±0.5–1.5 %)
与树脂键合的过程相比，绿色的模具表现出较宽的公差. 工程师通过精确控制粘土和水分水平来收紧公差. - 薄片
与熔融金属的扩展接触会侵蚀细节. 增加粘土含量或将难治性涂料应用于霉菌墙，减轻冲洗.
3. 化学键合砂
化学键合的砂系统通过使用合成树脂作为粘合剂，将简单的二氧化硅晶粒转化为高性能模具和核心.
铸造厂从三个领先的树脂化学 - 苯酚中选择, Furan, 和环氧树脂 - 满足特定强度的量身定制, 治愈, 和天然气轮廓.
树脂类型和特性
- 酚醛树脂: 提供出色的热稳定性 (到 300 °C) 和低气体演化 (≤ 0.2 l/kg沙).
他们实现了200-300 psi的基准优势 (1.4–2.1 MPA) 在5-10分钟内. - 弗兰树脂: 快速治愈 (1–3分钟) 中等气体演化 (0.3–0.5 l/kg).
他们的板凳优势达到250–350 psi (1.7–2.4 MPA), 使其非常适合中型钢铁铸件. - 环氧粘合剂: 赋予最高的优势 (300–400 psi / 2.1–2.8 MPA) 和最小的气体输出 (< 0.1 L/kg).
尽管治愈时间延长至15-30分钟, 环氧砂产生的薄壁铝零件的表面异常干净.
从树脂化学转变为过程选择, 铸造厂选择 无烤 和 冷盒 方法:
无烘烤过程
- 机制: 将砂与液体树脂和催化剂混合; 让模具在环境温度下固化.
- 优势: 简单设置, 节能 (没有外部加热), 容纳大型模具 (> 2 长度).
- 典型的指标: 抗压优势 > 10 MPA在2-5分钟内; 模具组装的台式寿命为10-15分钟.
冷盒流程
- 机制: 在烧瓶中打包沙子 - 黄褐色的混合物, 然后将气态胺催化剂穿过沙子以触发即时治愈.
- 优势: 周期时间低至 30 秒, 大容量生产和复杂核心的理想选择.
- 典型的指标: 下方10–15 MPa的抗压强度 1 分钟; 低残留催化剂可最大程度地减少缺陷.
而化学结合的沙子传递 板凳强度 到 15 MPA 和 可折叠性 足够复杂的几何形状, 他们要求严格 汽油管理.
过度的气体演化会导致针孔和吹孔; 因此, 铸造厂调节树脂剂量,
优化Core-Box通风, 并采用真空或低压倾泻以减轻缺陷.
申请 范围从大型海洋发动机块（尺寸公差）收紧到± 0.2 MM - 需要RA≤的航空航天涡轮机壳 2 µm完成.
在这些情况下, 化学键合的沙子符合绿沙无法实现的尺寸精度和表面质量标准.
4. 硅酸钠 (水杯) 沙
基于化学键合系统, 硅酸钠砂 - 通常打电话 水玻璃沙 - 为平衡速度平衡的独特燃料机制, 力量, 和表面质量.
铸造厂主要用于核心制造和中等体积的铸件，这些铸件快速周转和良好的饰面很重要.
绑定机制和加固
- Mixing: 运营商混合 二氧化硅沙 使用液态硅酸钠溶液 (8–12 wt %).
- 模具组件: 技术人员打包或射击图案或核心盒周围的湿沙.
- 固化: 一流的 100% Co₂ (流速4-8立方米/h) 通过模具.
- 设定时间: 硅酸盐凝胶形成 10–30秒, 产生准备立即组装的刚性模具.
多亏了这个快速的硬化, 硅酸钠芯可以进入烧瓶并倒入 1–2分钟 Co₂暴露, 与树脂系统相比，大幅缩短周期时间.
优势
- 快速治愈: 在下面完全凝胶化 30 秒消除了冗长的台式时间, 增强吞吐量.
- 良好的表面饰面: 固化的核心在周围表现出表面粗糙度 RA 3-5 µm, 比绿色的沙子高30-50％.
- 低烟和气味: Co₂固化产生可忽略的挥发性副产品, 改善铸造工作条件.
- 可重复使用: 正确回收时, 硅酸钠砂可以循环通过 8–12 强度损失之前使用.
缺点
- 开垦挑战: 需要高碳酸钠含量 湿或热开垦 在600–800°C下剥离粘合剂 - 提高能源成本.
- 减少了沙子寿命: 回收的沙子最终会累积碳酸盐和罚款, 降解力量 15% 后 10 周期.
- 水分灵敏度: 上面的环境湿度 70% 可以预先锻造或缓慢的涂料穿透, 需要气候控制.
申请
当铸造厂需要速度和准确性平衡时，它们会利用硅酸钠砂:
- 核心制造: 泵叶轮的煤气芯, 阀体, 和热量交换通道.
- 中型钢铸件: 歧管和变速箱外壳 (10–200千克范围) 这需要适度的尺寸公差 (± 0.3 毫米).
5. 树脂覆盖的沙子
树脂覆盖的沙子 - 常用于 外壳成型 - 与高体积生产速度的化学键合系统的精度.
通过涂抹, 预先催化的树脂层到每个砂粒, 铸造厂创建强大的“外壳”，可捕获细节并保持卓越的维度精度.
外壳成型过程
- 树脂涂料: 制造商统一涂层高二硫酸二氧化硅砂 (AFS 50–70) 和 1–2 wt % 热固性树脂 (酚类或环氧树脂).
- 壳形成: 他们将涂层的沙子翻滚 预热的图案 (175–200°C); 热治愈树脂, 大约形成刚性的外壳 2–5毫米 厚的.
- 核心组件: 技术人员去除无粘性的沙子, 将贝壳一半组装成烧瓶, 并用未涂层的沙子回填以支撑.
- 铸件: 快速外壳生产会产生准备倒入的模具 - 通常在内部 5 分钟 删除图案.
关键优势
- 出色的表面表面: 壳铸件达到RA≤ 2 µm - 80% 比绿色和绿色的人柔软.
- 紧张的公差: 维度精度达到± 0.1 毫米, 减少后手机 30–40％.
- 薄壁功能: 墙很薄 1 毫米 用最小的热眼泪或冲洗.
- 自动化友好: 连续的壳线产生 100–200贝壳每小时, 支持高吞吐量.
成本和周期时间的考虑
| 公制 | 外壳成型 | 绿沙 | 铸造 |
| 霉菌成本 | $500 - $ 2,000/壳 | $50 - $ 200/霉菌 | $10,000 - $ 100,000/死 |
| 周期 | 5–10分钟/外壳 | 20–60分钟 | 每次射击几秒钟 |
| 零件体积 | 1,000–50,000/年 | 100–10,000/年 | 10,000–1,000,000/年 |
| 减少加工 | 30–40 % | 0–10 % | 40–60 % |
虽然外壳成型需要更高的前期费用, 它是 快速周期 和 减少饰面 使它在经济上引人注目 中等的 生产运行 (1,000–50,000单位).
目标行业和应用
- 汽车涡轮增压器外壳: 薄壁, 高热组件受益于Shell Molding的精度.
- 航空航天变速箱套管: 紧张的公差 (± 0.1 毫米) 罚款符合严格的认证标准.
- 精密医疗设备: 与RA的复杂几何形状 < 2 µm表面几乎不需要次级操作.
- 电子外壳: 小的, 错综复杂的播放替代品使用外壳模具来避免孔隙率并提高EMI性能.
6. 特种沙子和添加剂
超越标准二氧化硅混合, 铸造厂部署 特色砂 和 添加剂 解决高温服务, 提高表面质量, 和微调霉菌行为.
通过调整沙子化学和谷物特征, 工程师为苛刻的应用优化铸件.
高温沙子
当熔融金属温度超过 1,300 °C或当热冲击耐药性很重要时 - 在难治砂中替代或混合:
| 沙类型 | 作品 | 熔点 | 好处 | 典型的用例 |
| 锆石沙子 | Zarsio₄ | > 2,200 °C | 异常的磨性; 非常低的热膨胀 (4.5 ×10⁻⁶/k); 最小的金属穿透 | 超级合金涡轮刀片; 钢铁铸造模具 |
| 橄榄石沙子 | (毫克,铁)₂Sio₄ | 〜 1,900 °C | 良好的热稳定性; 低易碎性; 中等成本 (10二氧化硅高–20％) | 厚钢和铁铸件 |
| 铬铁矿 | Fecr₂o₄ | > 1,700 °C | 高热电导率 (≈ 7 w/m·k); 砂质化学反应还原 | 高温合金投资铸造; 玻璃模具 |
表面质量添加剂
实现 更光滑的铸造表面 和 最小化冲洗, 铸造厂介绍精细的有机或碳质添加剂:
- 煤尘 (海上)
-
- 剂量: 1–3 wt % 沙子混合物
- 功能: 在铸造温度下, 煤挥发物沉积一个薄的碳层，可改善金属流量并减少沙融合, 产生表面表面比未经处理的沙子好20-30％.
- 有光泽的碳添加剂
-
- 化学: 煤焦油沥青和石墨微球的混合物
- 益处: 在霉菌腔中产生闪亮的碳膜, 进一步增强细节并防止金属渗透到沙子孔中 - 至关重要的高精油铝和黄铜铸件.
晶粒尺寸和细度
这 美国铸造学会 (AFS) 谷物细度数 指导沙子选择:
| AFS编号 | 平均谷物直径 | 对霉菌行为的影响 |
| 30–40 | 0.6–0.8毫米 | 高渗透性, 粗饰 |
| 50–70 | 0.3–0.6毫米 | 渗透率和细节的平衡 |
| 80–100 | 0.2–0.3毫米 | 细节 (ra≤ 3 µm), 降低渗透性 |
- 粗砂 (AFS 30–40): 气体逃脱超过表面需求的重型部分的理想选择.
- 中等沙子 (AFS 50–70): 通用工程铸件的主力, 在填充性和细节之间提供妥协.
- 细沙 (AFS 80–100): 薄壁需要, 锋利的边缘, 和小功能, 但经常与更粗的谷物混合以保持气体流动.
7. 沙子铸造的关键特性
| 财产 | 重要性 | 典型范围 |
| 水分含量 | 可塑性与. 渗透性 | 2–4％ |
| 绿色力量 | 倒入霉菌稳定性 | 30–50 psi (0.2–0.3 MPA) |
| 渗透性 | 池期间的气体逃脱 | 200–400 (渗透率数) |
| 磨性 | 对熔融金属温度的抗性 | 1,200–1,400°C |
| 可折叠性 | 凝固后易于去除沙子 | 0.5–1.5毫米变形 |
| 谷物细度 | 表面饰面与. 渗透性 | AFS 40–100 |
8. 选择特定铸造应用的沙子
基于金属类型
由于其熔点和反应性，不同的金属需要不同的沙子特性:
- 黑色合金 (铁, 钢):
这些金属在高温下倒, 通常在上面 1,400 °C, 苛刻的沙子 磨性, 金属穿透性抗性, 和 热稳定性.
共同选择包括:
-
- 铬铁矿 - 优质的导热率和对融合的抗性
- 高纯二氧化硅砂 - 经济且广泛可用, 具有适度的磨性
- 非有产合金 (铝, 铜, 锌):
这些在较低的温度下 (600–1,100°C) 并且对气体缺陷和表面粗糙度更敏感. 理想的沙系统包括:
-
- 锆石沙子 - 低热膨胀和出色的表面饰面
- 细粒二氧化硅砂 - 具有成本效益且能够高细节解决
基于铸造复杂性
- 简单的形状: 绿沙可能是一个成本 - 由于其易于成型的有效选择.
- 复杂形状: 化学键合的沙子 (特别冷 - 盒子) 或树脂 - 涂层壳的涂层的涂层，优先于其精确和细节 - 保持功能.
基于生产量
- 低 - 数量产生: 绿沙很受欢迎，因为其成本低和可重复性.
- 高 - 数量产生: 化学键合的沙子 (冷 - 盒子) 或树脂 - 涂层的沙子提供一致的质量和更快的周期时间, 尽管初始成本更高.
9. 沙子的填海和回收
砂填胶的重要性
- 环境的: 减少对原始沙子的需求, 保护自然资源, 并最大程度地减少垃圾填埋场.
- 经济的: 削减沙子采购和处置成本, 为铸造厂提供大量节省.
开垦技术
- 身体填海: 筛查等机械过程, 损耗, 并擦洗以去除粘合剂和污染物. 适用于带有简单粘合剂的沙子 (例如。, 绿沙).
- 热开垦: 用热量燃烧粘合剂和有机污染物. 对于复杂的粘合剂而言，更有效，但需要更多的能量，并且更具成本.
回收沙与. 维尔京沙
再生沙子可能具有略有不同的特性, 例如晶粒尺寸和粘合剂含量. 然而, 通过适当的质量控制, 它可以满足许多铸造申请的要求.
环境影响和成本 - 收益分析
虽然开垦有一些环境影响 (例如。, 热填充中的能源), 整体环境受益大于仅使用原始沙子的影响.
经济上, 填海节的节省通常超过对设备和流程的投资.
10. 沙子铸造的未来趋势
开发新沙子材料
- 研究工作的研究，以开发具有增强特性的新型沙子, 例如改善的磨性, 降低热膨胀, 和更好的环境兼容性.
- 探索传统沙子类型的替代材料, 例如从废料中得出的合成沙子或沙子.
粘合剂技术的进步
- 开发更较低的环保粘合剂，其排放较低和性能更好.
- 新的活页夹技术如何提高力量, 渗透性, 以及沙模和核心的其他特性, 导致更高的优质铸件.
沙子处理和处理中的自动化
- 在沙子铸造过程中自动化的使用越来越多, 包括沙子混合, 成型, 和开垦.
- 自动化如何提高沙子处理的一致性和效率, 降低人工成本, 并提高铸造过程的整体质量.
11. 结论
选择合适的沙子类型形成 成功的沙子铸造的基础.
从多功能绿沙到精密的树脂涂料壳, 每个系统都提供独特的优势和交易.
通过了解沙子成分, 关键属性, 和开垦策略, 铸造工程师确保高质量的铸件, 经济生产, 和环境管理.
随着沙子技术的进步 - 赋予生态友好的粘合剂, 数字过程控制, 和增材制造业 - 铸造将继续为各种行业的创新应用提供动力.
