鑄造砂箱的設(shè)計(jì)、選用原則、類型尺寸

鑄造砂箱的設(shè)計(jì)、選用原則、類型尺寸砂箱及其它9.1

設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則

1)滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應(yīng)有足夠的吃砂量、箱帶不妨礙澆冒口的安放、不嚴(yán)重阻礙鑄件收縮等。2)尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機(jī)、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求。砂箱尺寸、形狀是設(shè)計(jì)或選購造型機(jī)的主要依據(jù)。為此。大量生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)計(jì)劃在造型線上生產(chǎn)的全部鑄件逐一進(jìn)行鑄造工藝分析，以確定共用砂箱的尺寸和形狀。3)有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用中保證不斷裂或發(fā)生過大變形。4)對(duì)型砂有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。為此，只在大的砂箱中才設(shè)置箱帶。5)經(jīng)久耐用，便于制造。6)應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。9.2

類型9.2.1

專用砂箱和通用砂箱專用砂箱：專為某一復(fù)雜或重要鑄件設(shè)計(jì)的砂箱。例如卡車后橋的專用砂箱（圖4.7-235）。通用砂箱：凡是模樣尺寸合適的各種鑄件均可使用的砂箱。多為長方形。9.2.2

依制造方法、造型方法、按重量和尺寸分類：見表4.7-200、201、202。表4.7-200

砂箱按制造方法和材料分類分

類使用材料使用特點(diǎn)整鑄式砂箱鑄鋼鑄鋼砂箱強(qiáng)度高、重量輕、耐用，常用于機(jī)器造型球墨鑄鐵球墨鑄鐵砂箱主要用于機(jī)器造型和大型砂箱，可代替鑄鋼砂箱灰鑄鐵鑄鐵砂箱應(yīng)用最廣，材料成本低，制造方便，強(qiáng)度、剛度較高鋁合金鑄鋁砂箱輕便、材料成本高，強(qiáng)度低，易被鐵液損傷。多用于小件脫箱造型焊接式砂箱型鋼、鋼材及鑄鋼件輕便、耐用，制造周期短，常用于單件簡易臨時(shí)砂箱裝配式砂箱經(jīng)加工的鑄鋼、鑄鐵及木質(zhì)件，用螺栓等組合而成木質(zhì)裝配砂箱多用于手工造型滑脫式砂箱。鑄鐵、鑄鋼砂箱多用于單件、小批生產(chǎn)的大型砂箱表4.7-201

砂箱按造型方法分類分

類應(yīng)用范圍設(shè)計(jì)及使用特點(diǎn)手工造型用砂箱

手提砂箱，雙人手抬砂箱，吊運(yùn)砂箱

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，適當(dāng)加工，適用單件小批量生產(chǎn)，可設(shè)計(jì)定位孔機(jī)器造型用砂箱

震擊、震壓、射壓、高壓、氣沖造型機(jī)用砂箱

需加工、定位精度要求高，強(qiáng)度、剛度要求大，適用于成批、大量生產(chǎn)拋砂機(jī)造型用砂箱吊運(yùn)式，翻轉(zhuǎn)起模機(jī)構(gòu)式箱帶間距不應(yīng)太小，應(yīng)適當(dāng)考慮拋砂路線以利于型砂緊實(shí)，適用于單件或成批量生產(chǎn)劈模造型用砂箱單劈式、雙劈式、多劈式

砂箱結(jié)合面均要求加工，平行度和垂直度有一定要求，變形量要小，吊運(yùn)要方便，適用于批量生產(chǎn)脫箱造型用砂箱裝配式、整鑄式滑脫砂箱

砂箱輪廓尺寸不宜太大，可用木質(zhì)、鋁合金等制造，適用于單件、成批小型鑄件地坑造型用砂箱裝配式、整鑄式砂箱砂箱可不加工或簡單加工，不需設(shè)置緊固、定位和箱耳裝置，適用于大型鑄件的單件、小批生產(chǎn)表4.7-202

砂箱按重量和尺寸分類

砂箱形式規(guī)

格手抬式砂箱手抬吊運(yùn)、自動(dòng)線用砂箱吊運(yùn)、自動(dòng)線用砂箱吊運(yùn)式砂箱小型中小型中型大型重型砂箱內(nèi)框平均尺寸／mm≤500501～750751～15001501～5000＞5000砂箱高度／mm1OO～300100～400150～600250～800400～800空砂箱重量／kg≤4040～150170～750800～20000>20000砂箱內(nèi)部容積／m3≤O.075O.075～O.225O.337～1.3501.80～2.O>2.O有無箱帶一般無箱帶根據(jù)情況確定根據(jù)情況確定有箱帶有箱帶注：1砂箱內(nèi)框平均尺寸指砂箱分箱面內(nèi)框長加寬的算術(shù)平均值。2砂箱重量以鑄鐵為例。9.2.3

典型砂箱(1)手工造型和半機(jī)械化造型(如震擊造型機(jī))用的砂箱：砂箱為單層壁結(jié)構(gòu)，有手柄或吊軸，箱壁多有排氣孔，多采用整鑄式，也有用鋼材焊制的。砂箱外形有長方形、方形、圓形或其他形狀。中、大砂箱多數(shù)有箱帶。以提高砂型的強(qiáng)度。通常砂箱的兩端設(shè)有箱耳，用于安裝定位銷和定位套，以確保造型合型的定位精度。在砂箱上設(shè)有緊固結(jié)構(gòu)，例如用箱卡緊固砂箱的楔形箱耳。圖4.7-232為一種小型砂箱；圖4.7-233為用于震擊造型機(jī)的中型砂箱(h為砂箱高度)。箱帶做成一定高度，這些屬于通用砂箱，一般用于單面模板的手工或半機(jī)械化造型。圖4.7-232

手工、震擊造型機(jī)用小型通用砂箱1-定位套

2-砂箱

3-導(dǎo)向套

4-手柄圖4.7-234是一種圓形砂箱，適用于圓形鑄件。圖4.7-235是用于震動(dòng)造型機(jī)的專用砂箱，其側(cè)壁有兩條肋用以增強(qiáng)砂箱的強(qiáng)度。箱壁和箱帶做成隨型的，其形狀與模樣輪廓的形狀相似。這樣可以減少型砂用量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。提高生產(chǎn)效率。適用于大批量生產(chǎn)。(2)

高壓造型用砂箱是氣動(dòng)微震、射壓、高壓、氣沖等高壓造型機(jī)為主機(jī)的自動(dòng)化流水造型線所用砂箱。在工作過程中要承受較高的壓力，還應(yīng)具備如下特點(diǎn)：1)砂箱壁具有更高的剛度和強(qiáng)度。以承受高比壓造型的壓力，保持砂型的尺寸精度。2)砂箱壁上設(shè)有滑道、定位孔、限位塊、合型銷等。以便完成砂箱的造型、運(yùn)輸、定位、翻轉(zhuǎn)、合型、澆注、落砂等功能。3)砂箱一般無箱帶。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化造型與落砂。4)砂箱壁內(nèi)側(cè)呈一定程度的凹形。以保證在運(yùn)輸、翻轉(zhuǎn)等過程中砂型不脫落，不位移。5)砂箱的定位精度高，保證鑄件的尺寸精度。圖4.7-236是小型射壓造型機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線使用的砂箱。壁厚、肋條的設(shè)計(jì)都顯示了更高的剛度和強(qiáng)度，箱壁內(nèi)側(cè)凹進(jìn)10mm以防砂型脫落。砂箱兩側(cè)設(shè)有滑道，自身帶有定位(向)銷、套，定位銷處的箱耳采用雙層，以增加強(qiáng)度和定位銷垂直度的穩(wěn)定性，定位襯套采用上、下同心設(shè)置，手柄用于吊運(yùn)。圖4.7-237為高壓造型機(jī)用的中型砂箱。圖4.7-238為高壓造型用雙層壁砂箱。圖4.7-239為手工造型用整鑄式大型鑄鋼砂箱。圖4.7-240為裝配式大型砂箱(吊軸式),用于大型鑄件的生產(chǎn)。由于砂箱較大，采用分段制造。按一定規(guī)格尺寸制造箱壁和箱帶等部件，再用螺栓聯(lián)接，組合成裝配式砂箱。用預(yù)先設(shè)計(jì)和制造的不同規(guī)格的箱壁和箱帶，可以組裝成幾種不同規(guī)格的砂箱，在鑄造生產(chǎn)中具有較大的靈活性。圖4.7-240

裝配式大型砂箱(吊軸式)

l-堵頭

2-箱壁

3-底（箱）帶9.3

砂箱結(jié)構(gòu)9.3.1

砂箱名義尺寸砂箱名義尺寸是指分型面上砂箱內(nèi)框尺寸(長度×寬度×砂箱高度)。確定砂箱尺寸時(shí)要考慮一箱內(nèi)放置鑄件的個(gè)數(shù)和吃砂量。吃砂量的最小數(shù)據(jù)參照表4.7-203。

所設(shè)計(jì)的砂箱長度和寬度應(yīng)是50或100mm的倍數(shù)，高度應(yīng)是20或50mm的倍數(shù)。表4.7-203

砂箱箱壁、箱帶和模樣間最小吃砂量尺寸

/mm砂箱內(nèi)框平均尺寸(A+B)／2aa1b分型面吃砂量C側(cè)壁吃砂量L澆口一側(cè)吃砂量L1e≤

50015152020～4050501～750202525～45751～10002520302030～50901001～150030253550～70120e=1.5a1501～20003530403060～801502001～250040453580～1102002501～30004080～1203001～3500100～1502503501～4000453550504001～45003004501～500050405555170～200>

50003509.3.2

箱壁砂箱壁的斷面形狀、尺寸影響強(qiáng)度和剛度。普通砂箱壁的形式見圖4.7-241。高壓、氣沖造型用的箱壁形式如圖4.7-242所示。圖4.7-241

普通砂箱壁的形式選用箱壁形式時(shí)，可參考以下經(jīng)驗(yàn)：

1)簡易手工造型砂箱，常用較厚的直箱壁，不設(shè)內(nèi)外突緣，制造簡便，容易落砂。2)普通機(jī)器造型砂箱，常用向下擴(kuò)大的傾斜壁，底部設(shè)突緣，防止塌箱，保證剛性，便于落砂，箱壁上留出氣孔。3)中箱箱壁多為直壁，上下都設(shè)突緣。大砂箱內(nèi)應(yīng)有箱帶以防止塌箱。中箱因無貫通的箱帶，剛度小，故應(yīng)加厚。4)高壓造型和氣沖造型用砂箱，盡量不加箱帶，以便落砂。因受力大，要求剛度大。小砂箱用單層壁，大砂箱用雙層壁。箱壁上不設(shè)出氣孔。9.3.3

箱帶(箱檔、箱肋)箱帶增加對(duì)型砂的附著面積和附著力，提高砂型總體強(qiáng)度和剛性，防止塌箱和掉砂，延長砂箱使用期限。但使緊砂和落砂困難，限制澆冒口的布局，故用于中、大砂箱。平均內(nèi)框尺寸小于500mm的普通砂箱、小于1250mm的高壓造型用砂箱不用箱帶。專用砂箱的箱帶隨模樣形狀而起伏，至模樣表面的距離(吃砂量)為：頂面a=15～40mm，側(cè)面b=20～45mm，底部距模板c=25～45mm。砂箱大，取上限。為減輕質(zhì)量和增加對(duì)型砂的附著力，高箱帶部位開窗口(圖4.7-243)。通用箱帶高度取O.25～0.3倍砂箱高度，以適應(yīng)不同模樣。箱帶至冒口、澆口杯模的距離應(yīng)大于30～40mm。

寬度小于500mm的砂箱，只在箱內(nèi)設(shè)橫向箱帶。大型砂箱帶可布成方格形或長方格形；圓砂箱內(nèi)的箱帶可布成扁形格；大砂箱帶可用裝配式。箱帶間距120～600mm。9.3.4

砂箱定位（1）

上下箱間的定位方法有泥號(hào)、楔榫、箱垛、箱錐、止口及定位銷等方法。（2）

定位銷機(jī)器造型時(shí)只用定位銷定位，如圖4.7-244所示。分插銷和座銷兩種：插銷多用于成批生產(chǎn)的矮砂箱，座銷用于大量生產(chǎn)的各種砂箱。a、b、c型屬于插銷，d、e型屬于座銷。箱耳多布置在砂箱兩端，一端裝圓孔的定位套(或銷)，一端裝長孔的導(dǎo)向套(或銷)。合箱時(shí)上下箱的圓孔套對(duì)應(yīng)圓銷，另一端對(duì)應(yīng)方銷。銷的材質(zhì)、要求見表4.7-204、205、206、207、208。手工造型和拋砂造型用砂箱不必裝銷套，直接在箱耳上鉆孔和切槽。表4.7-204

合箱插銷尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRcdDd1eLL1SRφ30φ19260、80、100、120、140120、

140、

160、

1806φ35φ24120、

140、

160、

180、2OO8φ40φ2980、100、120、140、160、180140、160、180、200、220、240、26010φ45φ333100、120、140、160、180、200180、200、220、240、260、30012φ50φ38120、140、160、200、240200、

240、280、

300、34016表4.7-205

合箱座銷尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRCdd1d2eld3LL1基本尺寸極限偏差φ160-0.027φ172251260、80、100、120、140120、140、

160、180φ200-0.033φ193016120、140、160、180、200φ24φ23352080、100、120、140、160、180140、160、180、200、220、240、260φ300-0.039φ294524100、120、140、160、180、200180、200、220、240、260、

300φ35φ3335028120、140、160、200、240200、240、280、300、340表4.7-206

定位銷尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRCddld2d3d4ee1l1l

2l

3lLS基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差φ20-O.06-O.13φ16+O.009+O.001M129.517421820～80155065100125150l

+(65～125)14φ25-0.12-0.20φ20+O.011+0.022M1613192325～85206075l

+(75～135)17φ30-O.15-O.25φ24M2016.42352830～9070l

+(85～150)19φ35-O.17-0.35φ30M2419.52963235～10025100125150175200l

+(105～170)24φ40-0.30-0.55φ35+O.013+O.002M3024.833833640～11030l

+(120～190)30表4.7-207

定位銷導(dǎo)向部分尺寸

/mm

(見表4.7-206插圖)dl

220～3031～4041～6061～8025～3536～4546～6566～8530～3536～5051～7071～9035～4041～5051～8081～1OO40～6061～8081～110α／(o)8532853285328532532表4.7-208

導(dǎo)向銷尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRcdd1d2d3d4ee1l

1l2lLSRD基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差20-0.06-0.13φ16+O.009+O.001M12φ9.5φ17421820～8050651OO125150l+(65～125)6φ2l25-0.12-0.20φ20+0.011+0.002M16φ13φ192325～856075l+(75～135)8φ2730-0.15-0.25φ24M20φ16.4φ2352830～9070l+(85～150)1Oφ3435-0.17-0.35φ30M24φ19.5φ2963235～100100125150175200l+(105～170)12φ3840-0.30-0.55φ35+0.013+0.002M30φ24.8φ33833640～110l+120～190)16φ43(3)

定位套、導(dǎo)向套為了防止定位孔磨損，延長砂箱使用壽命，鑄造砂箱的定位孔廣泛采取了定位套、導(dǎo)向套。定位套的定位孔為圓孔，起定位作用；導(dǎo)向套的孔有橢圓孔和長方孔，它可補(bǔ)償上、下兩砂箱定位孔間距的誤差。使造型時(shí)定位銷不被卡死。定位套結(jié)構(gòu)及尺寸見表4.7-209，定位套壁厚按輕(A)、中(B)、重(C)型分別列在表中供選用。導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)及尺寸表4.7-210。定位套和導(dǎo)向套與砂箱箱耳之間可采用過盈配合或間隙配合，但這兩種配合在使用過程中都易松動(dòng)，所以可采用壓板將定位(向)套固定在箱耳上(圖4.7-245)。有的小廠澆注鉛基耐磨合金的銷套，見圖4.7-246，先將砂箱安放在定位底板3上，箱耳對(duì)正砂芯銷座2放人銷套砂芯1，再將熔化的鉛合金5注入，待冷卻凝固之后將砂芯去掉即成。表4.7-209

砂箱定位套尺寸

/mm

材料：45；淬火：40～45HRCd(H8)D(r6)D1D2hh1eCcA型B型C型基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差A(yù)型B型C型A型B型C型8+O.022O16+O.034+0.02316+O.034+0.02316+O.034+0.0232415163211018181825172O16+O.027O24+O.041+O.02824+O.041+O.02830+O.041+O.0283137232925420+0.033O283035+O.050+O.0343537442729332535+O.050+O.03438+0.050+0.0344244475233364030531.5304045505054603843483535+O.039O455060+0.060+O.04154606943485840405055+0.060+O.04170+O.062+0.043606482485368454注：直徑D的配合也可選用n6級(jí)配合。4-砂箱耳

5-注入的鉛合金銷套表4.7-210

砂箱導(dǎo)向套尺寸

/mm

材料：45、40Cr；淬火：45～53HRCd(H8)hh1eCcB

型C

型D(r6)D1D2D4D(r6)D1D2D3h2h3基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差8+O.022O1632116+O.034+O.02324251016+O.034+O.0232415101081020182517121825171213916+O.027O25424+0.0430.02831231830+0.041+O.0083729201420+0.033O3037292235+O.050+O.03444332516112530531.538+O.050+0.0344736284252403216303545544335506048402135+O.0390405060484060+O.060+O.04169584824194045455+O.060+O.04164534570+O.062+O.043826855249.3.5

搬運(yùn)、翻箱結(jié)構(gòu)手把用于小砂箱，吊軸廣泛用于各種中大砂箱，吊環(huán)主要用于重型砂箱。設(shè)計(jì)這些吊運(yùn)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)使吊運(yùn)平衡，翻箱方便；特別強(qiáng)調(diào)安全可靠，要嚴(yán)格杜絕人身事故，要考慮最大的負(fù)荷。例如，應(yīng)以一次起吊一疊鑄型的最大重量作為計(jì)算吊軸或吊環(huán)的依據(jù)，應(yīng)給出較大的安全系數(shù)。吊環(huán)、吊軸和手把一般用鋼材制造，用鑄接法同砂箱相連結(jié)。小手把也可用螺紋連結(jié)。鑄接必須牢靠。吊軸、吊環(huán)上的鑄接部分應(yīng)加工出溝槽或倒刺。也可用整鑄法，但應(yīng)保證無縮孔、裂紋等缺陷，為此，箱軸常設(shè)計(jì)成中空的，或鑄造時(shí)應(yīng)用內(nèi)冷鐵。9.3.6砂箱的緊固為防止脹箱、跑火等缺陷，上下箱間應(yīng)緊固。緊固方式有：上箱自重法、壓鐵法、手工夾緊(箱卡)法和自動(dòng)卡緊法等。上箱自重法和壓鐵法多用于小件。機(jī)器造型時(shí)用懸鏈和機(jī)械手搬放壓鐵；也可用手工夾緊法，其中以楔形箱卡應(yīng)用最廣，見圖4.7-247。其他夾緊法見圖4.7-248、249。9.4

其它工藝裝備9.4.1高壓造型用直澆道模和澆口杯模垂直分型時(shí)，直澆道模和澆口杯模固定在正壓模板和反壓模板上，使用中不會(huì)遇到困難；水平分型時(shí)，直澆道模和澆口杯模必須精心設(shè)計(jì)，才能順利應(yīng)用。在水平分型的高壓造型中，直澆道模一般固定在模板上，形狀為上小下大。而澆口杯模固定在壓頭上，因而須考慮壓砂時(shí)二者之間的型砂應(yīng)能順利移走，而不致妨礙緊砂過程。成功的實(shí)例如圖4.7-250所示。圖a澆口杯模用硬橡膠制成，這樣就不致如鋼制杯那樣被擠裂，并能順利排砂；圖b中，用壓縮空氣于壓砂時(shí)吹去直澆道頂部之型砂，從而順利實(shí)現(xiàn)造型。此外，還可用稍帶彈性的高強(qiáng)塑料制造澆口杯和直澆道模。9.4.2

壓砂板和成型壓頭壓砂板(平壓頭squeeze

plate)適用于高度不大的模樣，可通用。但緊實(shí)度不均勻；成型壓頭(squeeze

head)可改善砂型緊實(shí)度的均勻性，但屬于某鑄件的專用裝備，不能通用。適用于單一鑄件的大量生產(chǎn)。成型壓頭的上凹尺寸N可依式(4.7-99)計(jì)算(參照?qǐng)D4.7-251)。原理為：模樣上方砂柱和四周砂柱的壓縮比應(yīng)相等，故有(4.7-99)式中M——模樣高；h——輔加框高；H——砂箱高。9.