模样设计

一、模样的设计

模样影响铸件的形状、尺寸精度和表面粗糙度。它应该有足够的强度、刚度、尺寸精度和表面粗糙度。还要有使用方便、制造简单、成本低廉的特点。 1. 模样材质的确定

(1) 木模：优点是轻便，易加工，来源广，价格低廉。但强度低，易吸潮而变形，精度低，寿命短，适用于单件、小批生产的各种铸件以及航空产品铸件的试制模具。

(2) 金属模：表面光洁，尺寸精确，强度高，刚性大，使用寿命长。但难加工，生产周期长，成本高。适用于大量、成批生产的各种铸件以及航空航天产品铸件的定型模具。制造前，应经过专门的设计。常用金属材料有铝、钢和铸铁。

(3) 塑料模：大多为环氧树脂玻璃钢结构。制造、修理简便，表面光洁，不吸潮，变形小，轻巧耐磨，寿命长，成本为金属模的20—50％。但导热性差，不能加热，不宜在型砂周转快、砂温高的流水线上应用。多用于成批生产的中小铸件。

(4) 聚苯乙烯泡沫塑料模(气化模)：造型后不取出模样，直接浇注。模样遇金属液气化烧去。要求模样气化迅速，烟尘和残留物少，密度小(0.15—0.03g／cm3)。单件生产的中大模样，一般用泡沫板粘合加工成需要的形状。常用的粘合剂为聚酯酸乙烯乳液。大批量的中、小模样，一般直接发泡成型。使用泡沫塑料模能简化造型，节约砂芯，铸件尺寸精度高，易实现机械化、自动化生产。但模样只能用一次，

舂砂时模样易变形，浇注时有烟尘。用于铸铁件易产生皱皮缺陷。多用于负压实型铸造小铸件和单件生产的中大型铸钢件。

由于本铸件用于小批量生产，综合经济性，操作性，实用性等各方面的因素采用木模，自由收缩率为1.0%。 2.模样的结构设计

结构设计总的原则是在满足铸造工艺要求的前提下，便于加工制造。特别复杂，难于加工的模样，可采用陶瓷型等精密铸造法铸出。一般金属模应尽量采用机床加工，减少钳工量。

（1） 模样本体结构类型：平装式结构简单，容易加工，最常用。嵌入式在特殊条件下应用。选定模样结构后，便可依据铸造工艺图确定模样的外形。

（2） 壁厚及加强筋：在保证模样使用寿命和足够强度和刚度的前提下，应尽量减轻模样重量，除了小于50×50mm或高度低于30mm的薄小铸件以外，都应制成空心结构。平均轮廓尺寸大于150mm的模样，内部设加强筋。 3.确定模样的基本尺寸

模样的尺寸直接影响到铸件的尺寸，因此正确地确定模样的尺寸极为重要。模样的尺寸有两类：一类是与铸件有关的尺寸；另一类为非关联尺寸，如芯头长度等

模样尺寸=铸件尺寸×（1+K）,K已经取为1%，标注保留2位小数。

（2）非关联尺寸按铸造工艺图上的尺寸标注，不加放收缩率。

（3）金属模样(芯盒)工作表面均有标注尺寸偏差、粗糙度和分模面平面度等要求。其偏差一般为铸件公差的1／3～1／4。

（4）模样在模底板上的装配偏差：在保证上、下模样的装配相对位移偏差不大于0.1mm条件下，模样在模底板上的位置偏差规定为：单画模板≤0.7mm，双面模板≤0.5mm。

（6）浇冒口模的尺寸偏差为：内浇道模对有箱造型为±0.3mm，对无箱造型为±0.15mm。其余部位对有箱造型为±0.7mm，对无箱造型为±0.5mm。

4.模样在模底板上的定位

模样在模底板上的定位与紧固：设计装配式模板上的木模样时，要考虑模样与模底板的装配形式和定位紧固问题。模样上钻通孔，螺钉穿过模样与模底板固定，称为上固定法。其优点是；便于选择螺孔位置，钻孔和装配方便。其缺点是：破坏模样的工作表面，紧固后需用塑料等填平模样表面上之螺钉孔坑。模底板上钻通孔，模样上攻螺丝孔的固定方法称下固定法。优点是模样工作表面不受损害。缺点是确定螺孔位置要躲开摸底板底部之筋条，还要让出扳手空间，安装不甚方便；下固定法用于模样高大且四周没有低矮的突边可利用的条件下。螺栓孔位置应尽量靠近模样四周，并均匀分布。定位销孔的位置应选在模样上矮而平的部位，两孔间距尽量远。每块模样上至少应设2个，至多不超过4个(大模样)。

选用定位销穿过模样装配在模底板上 ,上模板与上模底版的装配选用上固定法，下模板与下模底板选用下固定法，选用平放式放置

模样。

二、 模板的设计

模板是将模样、浇冒口系统沿分型面与模底板装配成整体的造型

模具。采用模板造型，可以简化造型操作，提高造型效率，而且形成的型腔尺寸准确。所以模板不仅在大批、大量的机器造型中使用，就是在小批生产的手工造型中，如大部分航空产品铸件，为提高铸型质量也多使用模板造型。 (一) 对模板的要求

模板尺寸应符合造型机的要求，模底板和砂箱、各模样之间应有准确的定位，模板应有足够的强度、刚度和耐磨性，制作容易，使用方便，尽量标准化。 1.模板结构

（1）模底板上应有与砂箱定位用的定位销、同造型机连接用的突耳、供运输用的吊轴和手把、顶杆起模用的通道等。翻转式造型机用的模板上还应有固定砂箱用的机构或突耳等。

（2）通常模底板外廓和砂箱一致，模底板的高度、壁厚和筋的有关尺寸可查相关表格

（3）模底板高度和模板框的高度，还应满足造型机的工艺要求。 （二）模板与砂箱的定位

造型时，砂箱在模板上应用导销定位，两个导销分别安装在底板中心线两端的耳台上，底板上装定位销耳台，当底板上模样不太高时，一般设计成单层销耳台，当模样较高时为保持导销稳定，需设计成双

层销耳台。销耳台上装导销用的孔径和技术要求应与导销相配合，两个装导销孔的中心距应与砂箱上装导套孔的中心距相一致。 定位导销与砂箱上的圆孔定位导套相配合起定位作用，导向导销与砂箱上椭圆形或平面开口导套相配合起导向作用。导销上根据各段作用不同可划分为导向段、定位段和固定段，模样较高且铸造斜度小时，定位段就要长些。

底板上的吊轴及手把对于平均尺寸＜500mm的小型底板，可以不设吊轴，有必要时可设手把。中、大型底板为便于翻箱起模和吊运要设计吊轴。常用吊轴分为整铸式和铸接式两类，铸钢底板用整铸式。铸接式吊轴及手把常用A3、20和45钢制造。底板常用螺栓固定在造型机工作台上，因此底板上应设计出供紧固用的耳台结构。

三 砂箱的设计

砂箱是砂型的成型和运输工具，其结构和尺寸合理与否，对铸件质量、生产效率、劳动强度有很大的影响。砂箱设计的内容有：选择砂箱类型和材质，确定砂箱尺寸，结构设计，定位及紧固等。 一、设计和选用砂箱的基本原则

(1) 满足铸造工艺要求。如砂箱和模样之间应有足够的吃砂量；箱带不妨碍浇冒口的安放、不严重阻碍铸件的收缩；定位装置的公差配合应保证铸件的尺寸精度等。

(2) 尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求。砂箱的吊轴、吊环、手把和紧固装置要稳定可靠。

(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) 对型砂有足够的粘附力，使用中不掉砂或塌箱，又要便于落砂。 (5) 经久耐用，制造方便，材料来源广，价格低廉，使用轻便。 (6) 应尽可能标准化、系列化和通用化。 二、砂箱类型的选择 (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。

通用砂箱：凡是模样尺寸合适的铸件均可使用的砂箱。多为长方形。 (2) 依制造方法分为整铸式、焊接式和装配式

整铸式：用铸铁、铸钢或铸铝合金整体铸造而成的砂箱。应用较广。 焊接式：用钢板或特殊轧材焊接成的砂箱，也可用铸钢元件焊接而成。 装配式：由铸造的箱壁、箱带等元件，用螺栓组装而成的砂箱。用于单件、成批生产的大砂箱。

（3）依造型方法及使用条件分为手工造型用砂箱，机器造型用砂箱，高压造型用砂箱。

（4）根据砂箱尺寸大小和重量不同，可分为小型砂箱(内框尺寸300×250mm～500×400mm，空箱重不超过25kg)，中型砂箱(内框尺寸500×350mm～1200×900mm，箱重不超过65kg)，大型砂箱(内框尺寸大于1200×900mm)三类。

各类砂箱有其特点和适用范围，所以根据主导轨铸件结构大小和生产性质合理地选择砂箱为手工造型的装配式通用大型砂箱。 三、砂箱结构设计

(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×宽)乘砂箱高度。砂箱内框尺寸的确定，主要根据模样的大小和数量，浇冒口的尺寸和位置，并应在四周留有合适的吃砂量。算出的尺寸应进行标准化和系列化，即将算出的尺寸数字上进到系列尺寸上。 (2) 箱壁结构：箱壁的断面形状及尺寸影响砂箱强度和刚度，要根据砂箱的工作条件、内框大小和材质参照有关资料料决定。铸钢件造型用的砂箱，由于浇注的钢水温度较高，所以箱壁应厚一些。 设计和选用箱壁形式时，应注意以下几点：

① 简易手工造型砂箱，常用较厚的直箱壁，不设内外凸边，制造简单，容易落砂。

② 普通机器造型砂箱，常用向下扩大的倾斜壁，底部设凸边，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，上下都设凸边。大砂箱内有箱带以防止塌箱。，④ 高压造型用砂箱，尽量不加箱带，以便落砂。因受力大，要求砂箱刚度大。小砂箱用单层壁，大砂箱用双层壁，箱壁上不设出气孔。 ⑤ 为了提高箱壁的结构强度，节省材料，减轻重量，在箱壁外侧面设纵向或横向的加强筋。筋厚一般取箱壁厚度的80～100％。 (3) 箱带结构：箱带又名箱档。其作用是增加型砂对砂箱的附着面积和附着力，提高砂型总体强度和刚性，保证铸型在吊运、翻箱、合箱和浇注过程中不掉砂和不塌箱，延长砂箱的使用期限。但箱带使紧砂和落砂困难，限制浇冒口的布局，故只在中、大型砂箱中安设箱带。设计箱带时应注意以下几点：

① 为减轻砂箱重量，便于舂砂和落砂，对手工造型500×400mm以下的砂箱可不设箱带。长度大而宽度小于500mm的长砂箱，可只做出横向箱带，其间距一般取150～200mm；当砂箱宽度大于600mm时，既要设横箱带，又要设纵箱带。

② 箱带与模样之间应留有合适的吃砂量，箱带布置不应妨碍浇冒口的布局和铸件的收缩。

③ 箱带厚度一般取箱壁厚度的75～100％，箱带与箱壁连接处应圆滑过渡。

(4) 砂箱定位：造型合箱时，砂箱与模板，砂箱与砂箱要严格定位。上、下箱之间的定位方法有多种：泥号、楔榫、箱垛、止口及定位销等。在机器造型和湿型手工造型时常用定位销套定位，该定位装置由定位箱耳、定位套和合箱销组成，定位销套装在箱壁的定位箱耳上。 (5) 搬运、翻箱结构：箱把、吊轴和吊环是搬运和翻箱操作必需的装置。手把用于小型砂箱，吊轴广泛用于各种中大砂箱，吊环主要用于重型砂型。

(6) 砂箱的紧固：为防止胀箱、跑火等缺陷，上下箱间应紧固。生产方式不同，紧固方式也有以下几种：

① 对于铝、镁合金铸造或平均轮廓尺寸大于2500mm以上的重大砂箱，靠上箱自重或者压铁紧固。

② 单件、小批生产，手工造型中、大砂箱常用螺栓或螺栓卡具紧固。③ 成批生产机器造型，砂箱平均尺寸小于1500mm的中小砂箱，通

常用楔形卡子紧固，大量生产流水线上用脱箱造型时，为简化锁紧操作，常用自动成型压铁压紧。

所以，根据以上原则，主导轨铸件的砂箱内应有箱带以防止塌箱，在箱壁外侧面设纵向加强筋。筋厚取箱壁厚度的90％，即要设横箱带，又要设纵箱带，箱带厚度取箱壁厚度的80％，砂箱上边设置吊环，并且用螺栓或螺栓卡具紧固。

四 芯盒的设计

芯盒是制造砂芯的专用模具。芯盒尺寸精度和结构合理与否，将

在很大程度上影响砂芯的质量和造芯效率。设计芯盒时应以铸造工艺图、生产批量以及造芯设备的条件为依据，根据砂芯的结构形状和尺寸大小，来确定芯盒的类型、材质、结构形式和尺寸。 一、芯盒的类犁和材质 (一) 芯盒的类型

（1）芯盒依制芯方法分为普通芯盒、热芯盒、壳芯盒和冷芯盒，普通芯盒应用广、有代表性。

（2）依分盒面和内腔的结构情况不同，芯盒又可分为整体式、拆开式和脱落式三大类。 (二) 芯盒的材质

(1) 中小芯盒常用ZLlO1、ZL102、ZLl04和码ZL201等铝合金铸造，铝合金芯盒轻巧，易加工，表面光洁，不生锈，应用较普遍。但强度、硬度低，不耐磨。在经常受摩擦的表面上镶装耐磨钢片，可延长铝芯盒的使用寿命；

(2) 大型芯盒多用HTl50、HT200铸铁制造。铸铁芯盒强度、硬度高，耐磨，价格便宜。但沉重易锈；

(3) 铜合金及钢材，多用于制作芯盒中的镶块和活块，满足高耐磨性的要求。

二、芯盒的结构设计 (一) 分盒面的确定

一个砂芯往往存在几个分盒面，分盒面选择得恰当与否，直接影响砂芯质量，制芯效率及芯盒的结构等。确定分盒面主要根据砂芯的形状和尺寸，并应从以下几方面进行考虑对比：

(1) 应有较大的敞开面，便于填砂、紧砂、放芯骨、开通气道及出芯操作；

(2) 砂芯烘干时应有大平面支撑，尽量避免用成型烘干器，以简化工装；

(3) 应使芯盒结构简单，便于制造。

在多数情况下，都以砂芯的最大断面体为分盒面，有时为适应砂芯形状，可采用曲折分盒面，甚至多个分盒面。 (二) 芯盒的主体结构

芯盒主体一般都设计成带有边缘并设有加强筋的薄壁盒体结构。 (1) 壁厚及加强筋：壁厚大小及加强筋的布置应根据芯盒大小和材料选定。为了提高芯盒强度和刚度，防止芯盒变形，在芯盒外壁上都设加强筋。如强筋的厚度取盒壁厚度的80～100％。一般根部取100％，下部取80％，使筋带斜度。筋的高度一般在15mm以内。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mb2g.html