砂箱及其它
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。
2
类型
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。
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
≤500
501～750
751～1500
1501～5000
＞5000
砂箱高度／mm
1OO～300
100～400
150～600
250～800
400～800
空砂箱重量／kg
≤40
40～150
170～750
800～20000
>20000
砂箱内部容积／m3
≤O.075
O.075～O.225
O.337～1.350
1.80～2.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。
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
3
砂箱结构
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)／2
a
a1
b
分型面吃砂量
C
侧壁吃砂量
L
浇口一侧吃砂量
L1
e
≤ 500
15
15
20
20～40
50
501～750
20
25
25～45
751～1000
25
20
30
20
30～50
90
1001～1500
30
25
35
50～70
120
e=1.5a
1501～2000
35
30
40
30
60～80
150
2001～2500
40
45
35
80～110
200
2501～3000
40
80～120
3001～3500
100～150
250
3501～4000
45
35
50
50
4001～4500
300
4501～5000
50
40
55
55
170～200
> 5000
350
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。
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。
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。
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：40～45HRc
d
D
d1
e
L
L1
SR
φ30
φ19
2
60、80、100、120、140
120、 140、 160、 180
6
φ35
φ24
120、 140、 160、 180、2OO
8
φ40
φ29
80、100、120、140、160、180
140、160、180、200、220、240、260
10
φ45
φ33
3
100、120、140、160、180、200
180、200、220、240、260、300
12
φ50
φ38
120、140、160、200、240
200、 240、280、 300、340
16
表4.7-205 合箱座销尺寸 /mm
材料：45 淬火：40～45HRC
d
d1
d2
e
l
d3
L
L1
基本
尺寸
极限
偏差
φ16
0
-0.027
φ17
2
25
12
60、80、100、120、140
120、140、 160、180
φ20
0
-0.033
φ19
30
16
120、140、160、180、200
φ24
φ23
35
20
80、100、120、140、160、180
140、160、180、200、220、240、260
φ30
0
-0.039
φ29
45
24
100、120、140、160、180、200
180、200、220、240、260、 300
φ35
φ33
3
50
28
120、140、160、200、240
200、240、280、300、340
表4.7-206 定位销尺寸 /mm
材料：45 淬火：40～45HRC
d
dl
d2
d3
d4
e
e1
l1
l 2
l 3
l
L
S
基本
尺寸
极限偏差
基本
尺寸
极限偏差
φ20
-O.06
-O.13
φ16
+O.009
+O.001
M12
9.5
17
4
2
18
20～80
15
50
65
100
125
150
l+(65～125)
14
φ25
-0.12
-0.20
φ20
+O.011
+0.022
M16
13
19
23
25～85
20
60
75
l+(75～135)
17
φ30
-O.15
-O.25
φ24
M20
16.4
23
5
28
30～90
70
l+(85～150)
19
φ35
-O.17
-0.35
φ30
M24
19.5
29
6
32
35～100
25
100
125
150
175
200
l+(105～170)
24
φ40
-0.30
-0.55
φ35
+O.013
+O.002
M30
24.8
33
8
3
36
40～110
30
l+(120～190)
30
表4.7-207 定位销导向部分尺寸 /mm (见表4.7-206插图)
d
l 2
20～
30
31～
40
41～
60
61～
80
25～
35
36～
45
46～
65
66～
85
30～
35
36～
50
51～
70
71～
90
35～
40
41～
50
51～
80
81～
1OO
40～
60
61～
80
81～
110
α／(o)
8
5
3
2
8
5
3
2
8
5
3
2
8
5
3
2
5
3
2
表4.7-208 导向销尺寸 /mm
材料：45 淬火：40～45HRc
d
d1
d2
d3
d4
e
e1
l1
l2
l
L
SR
D
基本
尺寸
极限偏差
基本
尺寸
极限偏差
20
-0.06
-0.13
φ16
+O.009
+O.001
M12
φ9.5
φ17
4
2
18
20～80
50
65
1OO
125
150
l+(65～125)
6
φ2l
25
-0.12
-0.20
φ20
+0.011
+0.002
M16
φ13
φ19
23
25～85
60
75
l+(75～135)
8
φ27
30
-0.15
-0.25
φ24
M20
φ16.4
φ23
5
28
30～90
70
l+(85～150)
1O
φ34
35
-0.17
-0.35
φ30
M24
φ19.5
φ29
6
32
35～100
100
125
150
175
200
l+(105～170)
12
φ38
40
-0.30
-0.55
φ35
+0.013
+0.002
M30
φ24.8
φ33
8
3
36
40～110
l+120～190)
16
φ43
(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：40～45HRC
d(H8)
D(r6)
D1
D2
h
h1
e
Cc
A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.022
O
16
+O.034
+0.023
16
+O.034
+0.023
16
+O.034
+0.023
24
15
16
3
2
1
10
18
18
18
25
17
2O
16
+O.027
O
24
+O.041
+O.028
24
+O.041
+O.028
30
+O.041
+O.028
31
37
23
29
25
4
20
+0.033
O
28
30
35
+O.050
+O.034
35
37
44
27
29
33
25
35
+O.050
+O.034
38
+0.050
+0.034
42
44
47
52
33
36
40
30
5
3
1.5
30
40
45
50
50
54
60
38
43
48
35
35
+O.039
O
45
50
60
+0.060
+O.041
54
60
69
43
48
58
40
40
50
55
+0.060
+O.041
70
+O.062
+0.043
60
64
82
48
53
68
45
4
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：45～53HRC
d(H8)
h
h1
e
Cc
B 型
C 型
D(r6)
D1
D2
D4
D(r6)
D1
D2
D3
h2
h3
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.022
O
16
3
2
1
16
+O.034
+O.023
24
25
10
16
+O.034
+O.023
24
15
10
10
8
10
20
18
25
17
12
18
25
17
12
13
9
16
+O.027
O
25
4
24
+0.043
0.028
31
23
18
30
+0.041
+O.008
37
29
20
14
20
+0.033
O
30
37
29
22
35
+O.050
+O.034
44
33
25
16
11
25
30
5
3
1.5
38
+O.050
+0.034
47
36
28
42
52
40
32
16
30
35
45
54
43
35
50
60
48
40
21
35
+O.039
0
40
50
60
48
40
60
+O.060
+O.041
69
58
48
24
19
40
45
4
55
+O.060
+O.041
64
53
45
70
+O.062
+O.043
82
68
55
24
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。
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。
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其它工艺装备
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。
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
式中M——模样高；
h——辅加框高；
H——砂箱高。
4.3 砂芯检验用具
砂芯的形状千差万别，需依具体条件设计检验用具。一类是检查砂芯形状、尺寸的量具，如卡规、量规、环规、塞规等；另一类是检验砂芯在型内的位置是否准确的样板，如图4.7-252所示。
量具可用工具钢制造，先将工作表面淬火，再磨削至需要的尺寸；样板多用3mm厚的钢板焊上底座制成。先经消除应力退火，再精加工测量面和基准面。通常用样板控制铸件的加工基准面和尺寸要求严格的部位。
4.4 烘干器(板)
(1) 烘干板
小于O.25m2的烘干板，多用铝合金铸造，也可用3mm～4mm钢板焊接而成。中、大型
烘干板多用铸铁铸成，并有吊轴或吊孔。
(2) 成型烘干器
成型烘干器的结构类似上半芯盒，见图4.7-253。用于烘烤两面成型的1、2级砂芯。成型烘干器是一种要求数量多、内腔尺寸严、制造和维修工作量大且费用高的用具。因此，应尽量避免使用成型烘干器。
成型烘干器多用铝合金铸成，其垂直面(内腔)和小于5o的非支撑面，每边应留出1～1.5mm的砂芯空隙，以防擦坏砂芯。半圆形烘干器底部应承托砂芯的2／3半圆周。顶面留凸出小方台，高度不小于2mm，以减少钳工的刮修量。壁厚4～6mm，加强肋不低于30～40mm，通气孔尽量铸出。工作内腔表面依“修正导具”配做、刮修，要求每lcm2上的接触色点不少于1～0.5个。
定位孔径比芯盒销径大O.3～0.4mm，销孔依“修正导具”配钻。
烘干器壁厚偏差不大于0.5mm。
工作表面平面度要求见表4.7-211。
表4.7-211 烘干器工作表面平面度要求
烘干板长／mm
平面度偏差／mm
< 400
< 0.3
400～600
< O.5
> 600
< O.7
4.5 工装图样的通用技术条件
1)毛坯加工前需经消除应力退火。
铸铝毛坯不少于5～6h，温度230～240℃；铸铁毛坯3～4h，温度500～600℃；铸钢毛坯需退火或正火后加工。
2)注明尺寸偏差及形位公差。
3)表面粗糙度要求。
4)未注壁厚、起模斜度、铸造圆角等。说明是否按标准尺加工。
5)其他技术要求。
