介绍

外壳成型与沙子铸造 - 两个基于与沙子塑造熔融金属的原理建立的两个过程, 然而提供了截然不同的结果.

沙子铸造, 古老的主力军, 以其多功能性和以低成本生产大型组件的能力而受到珍视.

外壳成型铸件, 20世纪中期的改进, 采用相同的基础，但增加了精度, 终点顺利, 以及沙子铸造经常努力匹配的一致性.

在当今的制造景观中, 在两者之间进行选择不仅仅是技术决定，而是准确性的平衡, 经济学, 和申请要求.

本文探讨了他们的 过程基本面, 维度的准确性, 表面质量, 成本结构, 环境影响, 和工业应用.

1. 过程基本面: 外壳成型和沙子铸造如何工作

真正欣赏壳成型与沙子铸造之间的差异, 必须检查每个过程如何形成模具至关重要, 处理熔融金属, 和提取的零件.

虽然两者都依靠沙子作为耐火材料, 他们的 霉菌构建方法-薄的, 树脂硬化的贝壳与散装沙子 - 准确性的截然不同的结果, 效率, 和比例.

什么是外壳成型铸件?

1940年代发明, 外壳成型铸件 本质上是沙子铸造的精确版本.

它使用 精细的树脂涂层 结合成薄, 暴露于加热的金属图案时，强烈的外壳. 将两个固化的贝壳一半连接在一起以形成模具.

薄外壳具有更好的尺寸精度和更光滑的表面, 同时易于固化后易于破裂.

核心步骤:

1. 图案准备: 金属图案 (通常是铝, 钢, 或铸铁) 加热至180–250°C.
   与沙子铸造图案不同, 外壳成型图案通常是单面的 (形成模具的一半) 并具有精度加工，以确保细节复制.
2. 砂涂层: 加热图案蘸了, 喷涂, 或放在床上 树脂涂层的沙子 (二氧化硅砂与2–5％热固性树脂混合, 例如。, 酚醛树脂, 和催化剂).
   树脂与热图案接触时融化, 将沙粒粘合形成薄的外壳.
3. 壳形成: 图案被旋转或摇动以去除多余的未粘附沙子, 留下均匀的壳 (3–10毫米厚) 遵守图案.
   贝壳固化30-120秒 (通过模式的热量) 直到树脂交联, 硬壳.
4. 模具组件: 两个固化的壳 (一个用于上部“ COPE”，另一个用于下部“拖动”) 被夹在一起. 内部空腔 (例如。, 孔, 段落) 使用预成型的树脂涂层砂芯创建.
5. 浇注: 熔融金属 (例如。, 延性铁, 不锈钢) 通过大门倒入壳腔.
   薄外壳确保快速传热, 加速凝固 (1小零件–5分钟).
6. 壳去除: 固化后, 脆脆的树脂外壳被拆分 (通过振动或机械冲击) 提取铸件.
   不需要大量摇晃, 当外壳碎成小碎片时.

定义功能: 壳模铸造 轻的, 尺寸稳定的模具 具有出色的表面细节.

最小化散装沙子可减少废物并支持精确制造.

什么是沙子铸造?

最传统和通用的方法, 沙子铸造, 使用二氧化硅砂混合, 粘土粘合剂 (像膨润土), 水, 和添加剂.

沙子围绕可重复使用的图案压实以形成模具. 倒入熔融金属并固化后, 模具被打破以检索铸件.

可以为空心部分添加核心. 沙子经常被回收, 虽然需要能源密集型开垦.

绿沙铸 (湿沙铸造)

1. 制造霉菌: 二氧化硅砂与3–5％的粘土混合 (活页夹), 2–4％的水, 和添加剂 (例如。, 煤尘以减少金属渗透).
   这种“绿沙”围绕着图案包装 (木头, 金属, 或塑料) 在烧瓶中 (刚性框架) 形成应对和拖动.
2. 拆除图案: 该图案是从沙子上撤回的, 离开腔. 草稿角 (1–3°) 需要在清除期间防止沙子损坏.
3. 核心位置: 沙芯 (用树脂键的沙子制成强度) 被插入腔内以创建内部功能.
4. 浇注: 熔融金属 (例如。, 灰铁, 碳钢) 通过浇口和跑步者系统倒入模具中.
   绿沙模具有高渗透性, 允许气体在倒入过程中逸出.
5. 摇晃: 固化后 (10小零件–60分钟, 大零件的小时), 烧瓶打开, 铸件是通过振动或炸毁沙子来提取的.

树脂砂铸件 (干砂铸造)

一个更精确的变体，其中绿沙的粘土水粘合剂被合成树脂代替 (例如。, Furan树脂).

树脂砂用热或催化剂固化, 创造一个更难的事情, 更尺寸稳定的模具. 这可以减少沙子膨胀并改善表面饰面，但增加了成本.

定义功能: 散装沙霉给 零件大小无与伦比的灵活性 - 从小括号到船只，重达数百吨的螺旋桨.

然而, 柔软的霉菌墙和热膨胀使沙子铸造的精确性不如壳模。.

2. 模具性能: 力量, 表面处理, 和渗透性

模具的材料和结构直接影响铸造质量. 外壳成型与砂铸造的强度有显着不同, 表面饰面, 维度的准确性, 和渗透性.

塑料和强度

• 外壳成型铸件: 高强度的树脂外壳即使在高压金属注入下也可以防止崩溃. 最小的热膨胀确保尺寸稳定性.
• 绿沙铸: 低强度需要仔细处理; 沙子膨胀可能会导致“ sc疮”或表面不规则性等缺陷.
• 树脂砂铸件: 结合了中等的刚度和灵活性, 比绿沙更好, 但是散装沙子极限的最终精度.

表面饰面和尺寸精度

表面饰面和公差对于降低后铸造加工成本至关重要:

• 外壳成型 铸件: 树脂壳的光滑内表面 (从加热的金属图案中复制) 消除了化妆品或非关键表面的加工需求.
  紧张的公差 (例如。, A的±0.2毫米 50 MM部分) 使其成为齿轮牙等精密组件的理想选择.
• 绿沙铸: 粗糙的表面饰面 (由于沙粒尺寸, 〜0.1–0.5毫米) 和霉菌的柔韧性需要1-3毫米的加工津贴在临界表面.
• 树脂砂铸件: 改善了绿沙，但仍然无法匹配外壳成型的精度 - 树脂砂的谷物结构 (仍然〜0.1毫米) 限制表面平滑度.

渗透性和疏散气

渗透性 (允许气体逸出的能力) 防止铸件中的孔隙率:

• 外壳成型 铸件: 中等渗透性 (100–200 pers单位) 由于树脂粘结, 哪些部分密封沙子.
  减轻气体陷入, 外壳模具包括小通风孔，通常会缓慢倒入以允许气体逃脱.
• 绿沙铸: 高渗透性 (300–500 pers单位) 来自粘土 - 水粘合剂, 创建互连的孔.
  这降低了孔隙度，但可能导致“沙子夹杂物” (嵌入在铸件中的沙子) 如果模具未正确压实.
• 树脂砂铸件: 低渗透性 (50–150 pers单位) 由于树脂粘结, 除非仔细设计通风孔，否则会增加气孔隙度的风险.

3. 可铸造材料和部分适用性

外壳成型与砂铸造的兼容性与金属的兼容性有很大不同, 合金, 和部分几何.

兼容的金属和合金

两个过程都可以处理 灰色/延性铁, 碳/低合金钢, 不锈钢, 铝, 铜碱合金, 还有更多.
壳干燥, 用钢/铁抵抗侵蚀的刚性模具; 由于成本和热量考虑，绿沙以铝很受欢迎.

零件大小, 复杂, 和体重

• 外壳成型铸件: 在产生复杂的方面表现出色, 薄壁零件，例如汽车变速箱, 阀体, 涡轮组件, 和小型工业机械.
  它的薄外壳模具可减少材料的使用和精确复制精美特征.
• 沙子铸造: 最适合大型, 重的, 或厚壁的组件，例如采矿卡车框架, 发动机块, 和工业住房.
  由于砂流和保留限制，重现细节细节或薄壁的能力有限.

4. 生产率, 成本, 和经济学

外壳成型与砂铸件之间的选择受生产量的严重影响, 零件大小, 和成本限制.
这两个过程都具有明显的优势，具体取决于优先级是速度, 精确, 或经济.

生产力和周期时间

分析:

• 壳模: 自动化过程 - 动物浸入, 壳固化, 和组装 - 可快速生产小到中等零件.
  快速固化薄外壳进一步减少了周期时间, 使其非常适合大批量运行 (10,000+ 零件/年).
• 绿沙铸: 手动模具准备, 拆除图案, 和Shakeout限制吞吐量. 最适合低到中等生产量 (数百至几千份/年).
• 树脂砂铸件: 提供改善绿沙的尺寸稳定性, 但是较慢的固化和处理降低了速度. 适用于中体积生产 (5,000–10,000零件/年).

成本: 工具和每分部分经济学

分析:

• 壳模: 由于昂贵的金属图案，前期投资更高, 但是耐用性 (>100,000 周期) 自动化大大降低大型生产量.
  最小的沙子浪费和高可重复性进一步提高了经济效率.
• 绿沙铸: 低成本图案和设置有利于小型生产. 然而, 高劳动需求, 物质浪费, 较长的周期时间提高了中度至一大范围的每部零件的成本.
• 树脂砂铸件: 在工具成本和每一部分效率之间提供平衡.
  与绿沙相比，树脂键的沙子可提供更好的表面饰面和尺寸控制, 但是较高的材料成本限制了非常大量生产的成本优势.

5. 质量和缺陷率

铸造质量取决于 内孔隙度, 表面完整性, 和机械属性一致性.
外壳成型与沙子铸造表现出明显的差异，这是由于模具刚度, 冷却速率, 和材料相互作用.

孔隙度和内部缺陷

分析:

• 外壳成型铸件: 薄的, 树脂键壳迅速冷却, 最小化收缩腔.
  霉菌刚性阻止沙子夹带, 和排气设计控制气体孔隙度. 最小内部缺陷至关重要的精确部分的理想选择.
• 绿沙铸: 散装沙子在冷却过程中不可预测地扩大和收缩.
  霉菌腔中松散的沙子增加了夹杂物的风险, 厚的部分容易收缩缺陷. 通常需要额外的加工或检查.
• 树脂砂铸件: 与绿沙相比, 但是气体孔隙率仍然可以在大型或复杂的部分中发生.

机械性能

分析:

• 外壳成型铸件: 快速冷却薄外壳会产生罚款, 均匀的微观结构, 增强拉伸强度, 硬度, 和延性.
  机械性能的一致性使其适合 安全 - 关键组件 例如汽车悬架或航空航天零件.
• 沙子铸造: 慢点, 散装冷却可促进更粗糙的谷物和不均匀的固化, 导致力量和伸长率变化.
  零件通常需要 铸造后检查和选择性加工 满足规格.
• 树脂砂铸件: 机械性能比绿色砂铸造更均匀, 但是，较大部分中的散热速度较慢仍可以产生晶粒尺寸和局部孔隙率的变化.

关键要点

• 壳模: 最佳 精确, 高强度, 和低缺陷组件. 快速冷却和刚性模具可确保最小的孔隙度和一致的机械性能.
• 绿沙铸: 最好的 大的, 简单零件 绝对精度不太关键的地方. 较高的缺陷率和可变特性需要检查和加工.
• 树脂砂铸件: 中间立场, 奉献 改善表面表面和减少缺陷 与绿沙相比, 适用于中复杂零件.

6. 应用领域: 外壳成型与. 沙子铸造

外壳成型铸件

外壳成型铸件通常用于需要高精度的行业, 复杂的几何形状, 和薄壁组件. 它的主要应用包括:

• 汽车 成分: 齿轮, 变速箱外壳, 和带有复杂形状的小型发动机零件.
• 精密机械和工具: 固定装置, 夹具, 和高准确机械零件.
• 航空航天和高性能设备: 小涡轮刀片, 括号, 和结构组件.
• 液压系统: 阀体, 泵外壳, 和小复杂段落.

关键功能: 启用薄壁 (2–3毫米), 精细的表面饰面, 尺寸紧密的公差, 以及在一次操作中施放复杂的内部通道的能力.

沙子铸造

砂铸件对较大, 较厚的零件，强度和体积超过极端精度. 典型的应用包括:

• 重型机械和采矿设备: 大框架, 住房, 和结构组件.
• 发动机和机床组件: 发动机块, 气缸盖, 和机床.
• 工业泵和阀门: 泵外壳, 阀体, 和法兰.
• 铁和钢结构铸件: 构造组件, 物质处理, 和大规模工业系统.

关键功能: 容纳大和重件 (1 kg – 100+ kg), 中等复杂性, 具有成本效益的工具, 以及多功能合金的多功能性.

7. 选择标准: 在外壳成型与沙子铸造之间选择

选择之间 外壳成型 vs 沙子铸造 取决于多个相互关联的因素 零件几何, 材料, 公差, 生产量, 和成本.

选择应该平衡 技术要求 和 经济可行性.

关键决策因素

8. 结论

壳成型和沙子铸造是互补的过程, 每个都针对不同的制造需求进行了优化.

外壳成型铸件是高容量的明确选择, 精密零件需要紧张的公差, 光滑的表面, 以及一致的机械性能 - 较低的工具成本较低，以降低每一部分费用和减少加工.

沙子铸造, 相比之下, 低到中等体积的主导地位, 大的, 成本和尺寸大于精度的厚壁组件 - 提供灵活性和低前期投资.

两者之间的决定不是“更好”的问题，而是“更好”。

通过使过程功能与部分要求结合 (体积, 尺寸, 复杂, 和材料), 制造商可以优化质量, 成本, 和生产力.

随着铸造技术的进步 - 采用3D打印图案的外壳成型铸造和集成AI以进行缺陷预测的铸造 - 两种过程将继续在工业制造业中起着至关重要的作用.

常见问题解答

外壳成型铸造可以产生大零件 (例如。, 50 公斤)?

一个: 否 - 壳模薄 (3–10毫米) 并且缺乏支持大的刚性, 重金属量. 零件结束 20 kg风险壳倒入期间倒塌.

沙铸比小零件的外壳模具便宜?

一个: 是的 - 低卷 (<15,000 部分). 沙铸的低工具成本 ($500 - 10,000美元) 超过其每一分分较高的成本, 而壳模的昂贵工具 ($10,000+) 仅在高音量上有理由.

哪个过程更适合不锈钢铸件?

一个: 壳霉菌铸造 - 树脂外壳可防止沙属反应 (例如。, 铬耗尽, 降低耐腐蚀性) 并确保统一的微观结构.

不锈钢中的绿沙铸造风险污染和孔隙率.

壳模制铸型可以使用绿沙吗?

一个: 否 - 壳成型铸件需要树脂涂层的沙子才能形成刚性的贝壳. 绿沙 (粘土 - 水粘合剂) 缺乏创造稀薄的力量, 自支撑壳.

每个过程的典型模式寿命是什么?

一个: 外壳成型图案 (金属) 最后的 100,000+ 周期; 绿沙模式 (木头) 最后的 <1,000 周期; 树脂砂图案 (金属/木材) 最后10,000–50,000个周期.