铸造砂箱的设计、选用原则、类型尺寸

铸造砂箱的设计、选用原则、类型尺寸砂箱及其它9.1

设计和选用砂箱的基本原则

1)满足铸造工艺要求。如砂箱和模样间应有足够的吃砂量、箱带不妨碍浇冒口的安放、不严重阻碍铸件收缩等。2)尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求。砂箱尺寸、形状是设计或选购造型机的主要依据。为此。大量生产中应对计划在造型线上生产的全部铸件逐一进行铸造工艺分析，以确定共用砂箱的尺寸和形状。3)有足够的强度和刚度，使用中保证不断裂或发生过大变形。4)对型砂有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。为此，只在大的砂箱中才设置箱带。5)经久耐用，便于制造。6)应尽可能标准化、系列化和通用化。9.2

类型9.2.1

专用砂箱和通用砂箱专用砂箱：专为某一复杂或重要铸件设计的砂箱。例如卡车后桥的专用砂箱（图4.7-235）。通用砂箱：凡是模样尺寸合适的各种铸件均可使用的砂箱。多为长方形。9.2.2

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

砂箱按制造方法和材料分类分

类使用材料使用特点整铸式砂箱铸钢铸钢砂箱强度高、重量轻、耐用，常用于机器造型球墨铸铁球墨铸铁砂箱主要用于机器造型和大型砂箱，可代替铸钢砂箱灰铸铁铸铁砂箱应用最广，材料成本低，制造方便，强度、刚度较高铝合金铸铝砂箱轻便、材料成本高，强度低，易被铁液损伤。多用于小件脱箱造型焊接式砂箱型钢、钢材及铸钢件轻便、耐用，制造周期短，常用于单件简易临时砂箱装配式砂箱经加工的铸钢、铸铁及木质件，用螺栓等组合而成木质装配砂箱多用于手工造型滑脱式砂箱。铸铁、铸钢砂箱多用于单件、小批生产的大型砂箱表4.7-201

砂箱按造型方法分类分

类应用范围设计及使用特点手工造型用砂箱

手提砂箱，双人手抬砂箱，吊运砂箱

根据生产工艺要求，适当加工，适用单件小批量生产，可设计定位孔机器造型用砂箱

震击、震压、射压、高压、气冲造型机用砂箱

需加工、定位精度要求高，强度、刚度要求大，适用于成批、大量生产抛砂机造型用砂箱吊运式，翻转起模机构式箱带间距不应太小，应适当考虑抛砂路线以利于型砂紧实，适用于单件或成批量生产劈模造型用砂箱单劈式、双劈式、多劈式

砂箱结合面均要求加工，平行度和垂直度有一定要求，变形量要小，吊运要方便，适用于批量生产脱箱造型用砂箱装配式、整铸式滑脱砂箱

砂箱轮廓尺寸不宜太大，可用木质、铝合金等制造，适用于单件、成批小型铸件地坑造型用砂箱装配式、整铸式砂箱砂箱可不加工或简单加工，不需设置紧固、定位和箱耳装置，适用于大型铸件的单件、小批生产表4.7-202

砂箱按重量和尺寸分类

砂箱形式规

格手抬式砂箱手抬吊运、自动线用砂箱吊运、自动线用砂箱吊运式砂箱小型中小型中型大型重型砂箱内框平均尺寸／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砂箱内部容积／m3≤O.075O.075～O.225O.337～1.3501.80～2.O>2.O有无箱带一般无箱带根据情况确定根据情况确定有箱带有箱带注：1砂箱内框平均尺寸指砂箱分箱面内框长加宽的算术平均值。2砂箱重量以铸铁为例。9.2.3

典型砂箱(1)手工造型和半机械化造型(如震击造型机)用的砂箱：砂箱为单层壁结构，有手柄或吊轴，箱壁多有排气孔，多采用整铸式，也有用钢材焊制的。砂箱外形有长方形、方形、圆形或其他形状。中、大砂箱多数有箱带。以提高砂型的强度。通常砂箱的两端设有箱耳，用于安装定位销和定位套，以确保造型合型的定位精度。在砂箱上设有紧固结构，例如用箱卡紧固砂箱的楔形箱耳。图4.7-232为一种小型砂箱；图4.7-233为用于震击造型机的中型砂箱(h为砂箱高度)。箱带做成一定高度，这些属于通用砂箱，一般用于单面模板的手工或半机械化造型。图4.7-232

手工、震击造型机用小型通用砂箱1-定位套

2-砂箱

3-导向套

4-手柄图4.7-234是一种圆形砂箱，适用于圆形铸件。图4.7-235是用于震动造型机的专用砂箱，其侧壁有两条肋用以增强砂箱的强度。箱壁和箱带做成随型的，其形状与模样轮廓的形状相似。这样可以减少型砂用量，减轻劳动强度。提高生产效率。适用于大批量生产。(2)

高压造型用砂箱是气动微震、射压、高压、气冲等高压造型机为主机的自动化流水造型线所用砂箱。在工作过程中要承受较高的压力，还应具备如下特点：1)砂箱壁具有更高的刚度和强度。以承受高比压造型的压力，保持砂型的尺寸精度。2)砂箱壁上设有滑道、定位孔、限位块、合型销等。以便完成砂箱的造型、运输、定位、翻转、合型、浇注、落砂等功能。3)砂箱一般无箱带。便于实现自动化造型与落砂。4)砂箱壁内侧呈一定程度的凹形。以保证在运输、翻转等过程中砂型不脱落，不位移。5)砂箱的定位精度高，保证铸件的尺寸精度。图4.7-236是小型射压造型机自动生产线使用的砂箱。壁厚、肋条的设计都显示了更高的刚度和强度，箱壁内侧凹进10mm以防砂型脱落。砂箱两侧设有滑道，自身带有定位(向)销、套，定位销处的箱耳采用双层，以增加强度和定位销垂直度的稳定性，定位衬套采用上、下同心设置，手柄用于吊运。图4.7-237为高压造型机用的中型砂箱。图4.7-238为高压造型用双层壁砂箱。图4.7-239为手工造型用整铸式大型铸钢砂箱。图4.7-240为装配式大型砂箱(吊轴式),用于大型铸件的生产。由于砂箱较大，采用分段制造。按一定规格尺寸制造箱壁和箱带等部件，再用螺栓联接，组合成装配式砂箱。用预先设计和制造的不同规格的箱壁和箱带，可以组装成几种不同规格的砂箱，在铸造生产中具有较大的灵活性。图4.7-240

装配式大型砂箱(吊轴式)

l-堵头

2-箱壁

3-底（箱）带9.3

砂箱结构9.3.1

砂箱名义尺寸砂箱名义尺寸是指分型面上砂箱内框尺寸(长度×宽度×砂箱高度)。确定砂箱尺寸时要考虑一箱内放置铸件的个数和吃砂量。吃砂量的最小数据参照表4.7-203。

所设计的砂箱长度和宽度应是50或100mm的倍数，高度应是20或50mm的倍数。表4.7-203

砂箱箱壁、箱带和模样间最小吃砂量尺寸

/mm砂箱内框平均尺寸(A+B)／2aa1b分型面吃砂量C侧壁吃砂量L浇口一侧吃砂量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

箱壁砂箱壁的断面形状、尺寸影响强度和刚度。普通砂箱壁的形式见图4.7-241。高压、气冲造型用的箱壁形式如图4.7-242所示。图4.7-241

普通砂箱壁的形式选用箱壁形式时，可参考以下经验：

1)简易手工造型砂箱，常用较厚的直箱壁，不设内外突缘，制造简便，容易落砂。2)普通机器造型砂箱，常用向下扩大的倾斜壁，底部设突缘，防止塌箱，保证刚性，便于落砂，箱壁上留出气孔。3)中箱箱壁多为直壁，上下都设突缘。大砂箱内应有箱带以防止塌箱。中箱因无贯通的箱带，刚度小，故应加厚。4)高压造型和气冲造型用砂箱，尽量不加箱带，以便落砂。因受力大，要求刚度大。小砂箱用单层壁，大砂箱用双层壁。箱壁上不设出气孔。9.3.3

箱带(箱档、箱肋)箱带增加对型砂的附着面积和附着力，提高砂型总体强度和刚性，防止塌箱和掉砂，延长砂箱使用期限。但使紧砂和落砂困难，限制浇冒口的布局，故用于中、大砂箱。平均内框尺寸小于500mm的普通砂箱、小于1250mm的高压造型用砂箱不用箱带。专用砂箱的箱带随模样形状而起伏，至模样表面的距离(吃砂量)为：顶面a=15～40mm，侧面b=20～45mm，底部距模板c=25～45mm。砂箱大，取上限。为减轻质量和增加对型砂的附着力，高箱带部位开窗口(图4.7-243)。通用箱带高度取O.25～0.3倍砂箱高度，以适应不同模样。箱带至冒口、浇口杯模的距离应大于30～40mm。

宽度小于500mm的砂箱，只在箱内设横向箱带。大型砂箱带可布成方格形或长方格形；圆砂箱内的箱带可布成扁形格；大砂箱带可用装配式。箱带间距120～600mm。9.3.4

砂箱定位（1）

上下箱间的定位方法有泥号、楔榫、箱垛、箱锥、止口及定位销等方法。（2）

定位销机器造型时只用定位销定位，如图4.7-244所示。分插销和座销两种：插销多用于成批生产的矮砂箱，座销用于大量生产的各种砂箱。a、b、c型属于插销，d、e型属于座销。箱耳多布置在砂箱两端，一端装圆孔的定位套(或销)，一端装长孔的导向套(或销)。合箱时上下箱的圆孔套对应圆销，另一端对应方销。销的材质、要求见表4.7-204、205、206、207、208。手工造型和抛砂造型用砂箱不必装销套，直接在箱耳上钻孔和切槽。表4.7-204

合箱插销尺寸

/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

合箱座销尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRCdd1d2eld3LL1基本尺寸极限偏差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

定位销尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRCddld2d3d4ee1l1l

2l

3lLS基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差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

定位销导向部分尺寸

/mm

(见表4.7-206插图)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

导向销尺寸

/mm材料：45

淬火：40～45HRcdd1d2d3d4ee1l

1l2lLSRD基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差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、导向套为了防止定位孔磨损，延长砂箱使用寿命，铸造砂箱的定位孔广泛采取了定位套、导向套。定位套的定位孔为圆孔，起定位作用；导向套的孔有椭圆孔和长方孔，它可补偿上、下两砂箱定位孔间距的误差。使造型时定位销不被卡死。定位套结构及尺寸见表4.7-209，定位套壁厚按轻(A)、中(B)、重(C)型分别列在表中供选用。导向套结构及尺寸表4.7-210。定位套和导向套与砂箱箱耳之间可采用过盈配合或间隙配合，但这两种配合在使用过程中都易松动，所以可采用压板将定位(向)套固定在箱耳上(图4.7-245)。有的小厂浇注铅基耐磨合金的销套，见图4.7-246，先将砂箱安放在定位底板3上，箱耳对正砂芯销座2放人销套砂芯1，再将熔化的铅合金5注入，待冷却凝固之后将砂芯去掉即成。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型基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差A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：直径D的配合也可选用n6级配合。4-砂箱耳

5-注入的铅合金销套表4.7-210

砂箱导向套尺寸

/mm

材料：45、40Cr；淬火：45～53HRCd(H8)hh1eCcB

型C

型D(r6)D1D2D4D(r6)D1D2D3h2h3基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差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

搬运、翻箱结构手把用于小砂箱，吊轴广泛用于各种中大砂箱，吊环主要用于重型砂箱。设计这些吊运结构时，应使吊运平衡，翻箱方便；特别强调安全可靠，要严格杜绝人身事故，要考虑最大的负荷。例如，应以一次起吊一叠铸型的最大重量作为计算吊轴或吊环的依据，应给出较大的安全系数。吊环、吊轴和手把一般用钢材制造，用铸接法同砂箱相连结。小手把也可用螺纹连结。铸接必须牢靠。吊轴、吊环上的铸接部分应加工出沟槽或倒刺。也可用整铸法，但应保证无缩孔、裂纹等缺陷，为此，箱轴常设计成中空的，或铸造时应用内冷铁。9.3.6砂箱的紧固为防止胀箱、跑火等缺陷，上下箱间应紧固。紧固方式有：上箱自重法、压铁法、手工夹紧(箱卡)法和自动卡紧法等。上箱自重法和压铁法多用于小件。机器造型时用悬链和机械手搬放压铁；也可用手工夹紧法，其中以楔形箱卡应用最广，见图4.7-247。其他夹紧法见图4.7-248、249。9.4

其它工艺装备9.4.1高压造型用直浇道模和浇口杯模垂直分型时，直浇道模和浇口杯模固定在正压模板和反压模板上，使用中不会遇到困难；水平分型时，直浇道模和浇口杯模必须精心设计，才能顺利应用。在水平分型的高压造型中，直浇道模一般固定在模板上，形状为上小下大。而浇口杯模固定在压头上，因而须考虑压砂时二者之间的型砂应能顺利移走，而不致妨碍紧砂过程。成功的实例如图4.7-250所示。图a浇口杯模用硬橡胶制成，这样就不致如钢制杯那样被挤裂，并能顺利排砂；图b中，用压缩空气于压砂时吹去直浇道顶部之型砂，从而顺利实现造型。此外，还可用稍带弹性的高强塑料制造浇口杯和直浇道模。9.4.2

压砂板和成型压头压砂板(平压头squeeze

plate)适用于高度不大的模样，可通用。但紧实度不均匀；成型压头(squeeze

head)可改善砂型紧实度的均匀性，但属于某铸件的专用装备，不能通用。适用于单一铸件的大量生产。成型压头的上凹尺寸N可依式(4.7-99)计算(参照图4.7-251)。原理为：模样上方砂柱和四周砂柱的压缩比应相等，故有(4.7-99)式中M——模样高；h——辅加框高；H——砂箱高。9.