壳型铸造法

约翰尼斯克朗宁发明的铸造法

壳型铸造是20世纪40年代由德国约翰尼斯克朗宁发明的，亦称为克朗宁法，得到了广泛应用；国内对其研究较晚。与普通砂型铸造相比，壳型铸造具有设备投资少，占地面积小，生产方便，生产效率高，铸造用砂量少，生产现场粉尘少、噪声小、因而对环境的污染小，生产的铸件表面光洁度高，尺寸精度高，材料性能好等特点，其应用前景看好。

工艺介绍

德国汉堡一家铸造厂1941年把原来使用液体树脂和型砂的混合物，改用粉末状树脂和型砂混合物，并采用把粘土填入到铸模中去的相同方法，总结出壳型铸造法，从而获得了意想不到的成功。

许多机器部件和产品有赖于铸造技术来完成基本造型，然后再通过精细加工，最后制成产品。古老的铸造技术中，人们一直采用把粘土填入到铸模中以制造耐火材料、耐火砖以及异形砖的方法。这种铸造方法工艺复杂，铸件尺寸不易准确。

在第二次世界大战结束前，壳型铸造法主要被用于制造手榴弹、地雷和发动机的底座等。1947年，克劳宁格申请了美国专利，并将其专利权转让给波士顿的克劳恩铸件协会。一些国家的许多企业开始广泛采用和发展了壳型铸造法。这种新的方法能使铸件表面更加光洁，尺寸更加准确，减少或不需要机械加工，可缩短生产周期，节约金属材料，降低成本；而且铸模可用自动机械制成，不需要熟练工；尤其适用于各种金属中小型铸件的成批和大量生产。

工艺原理

用强度很高的热固性材料硅砂或锆砂与树脂的混合料形成薄壳铸型并进行浇注而获得铸件的铸造方法，称为壳型铸造。

其原理如下：将预热过(约280～320℃) 的金属模板，扣在装有树脂型砂的翻斗上，翻转翻斗使树脂砂落在模板上。树脂遇热即熔化，并粘结砂子，形成一层薄壳，再将翻斗复位，使未熔结的树脂砂落下，将带有壳型的模板加热使薄壳硬化后即可起壳。一般分两次结壳，第一层是表面层，可使铸件光洁；第二层是加固层，为增强型壳的强度。每次结壳后均需加热硬化。常用流程如图1所示。

通常一个铸型是由两半个壳型并成的，用夹子夹紧或用树脂粘合。壳型装配好即可浇注。有些铸件如钻头，可做成整体的壳型。造型材料配制工艺和制壳工艺，各厂略有不同。

工艺类型

壳型填钢丸工艺

壳型填钢丸工艺是将制好的壳型放入桶中，在桶的四周填充钢丸以加固壳型，然后浇注铁液的一种铸造方法。铸件是靠钢丸来冷却的，冷却速度较快，透气性好，钢丸回收性好，设备投资小，模具消耗慢，模具更改容易。壳型填钢丸工艺生产流程如图2所示。

覆砂铁型铸造

覆砂铁型铸造是在金属型（称为铁型）内腔覆上一薄层型砂而形成铸型的一种铸造工艺，是由金属型铸造和壳型铸造演变而来的，因而兼有金属型铸造和壳型铸造的优点，克服了金属型铸

件易产生白口组织的缺陷。德国、前苏联等国于20世纪60年代前后开始把覆砂铁型铸造应用于铸造生产，主要用于生产球铁曲轴、刹车毂、刹车盘、缸套、炸弹壳、坦克履带和电机底座等(30余种铸件。我国对覆砂铁型铸造的应用性研究始于29世纪70年代初至1979年，浙江省机电设计研究院和永康拖拉机厂等单位合作，首次将该工艺用于S195曲轴铸件的批量铸造生产，并在生产六缸曲轴中获得了成功。覆砂铁型铸造工艺的显著特点是可以利用覆砂层厚度和铁型厚度的变化，既可以达到引出铸造热节、造成顺序凝固状态、集中补缩的目的；也可以形成同时凝固条件，利用球铁石墨化膨胀、铁型刚度高的特点，充分利用球铁石墨化膨胀而使铸件产生自补缩，实现无冒口铸造，因此，覆砂铁型铸造的关键是：应根据不同的铸件壁厚来选择合适的铁型厚度和覆砂层厚度，以得到所需的冷却速度。目前，全国已有近百家企业应用了铁型覆砂铸造工艺生产球铁曲轴、凸轮轴、平衡轴、耐压阀体、缸套，耐磨齿盘等30余种铸件。目前，覆砂铁型工艺存在问题是：工装造价较高，且修改比较困难；铁型通用问题较难解决；生产线的机械化和自动化水平尚不高。覆砂铁型工艺的生产流程如图3所示。

工艺要点

对模具质量要求高

壳厚对保证铸件材质均匀性很重要，因此对模具结构和模具制造精度要求很高。对于无砂箱不填钢丸工艺，由于壳型要承受高温铁液的作用，因此壳型壳厚应较厚一些。

覆膜砂质量要求高

壳型铸造对壳型砂质量要求高，要求壳型砂具有较高的热强度，在搬运过程中型壳不易损坏，因此要求有较高的常温强度；同时从预防气孔方面，要求其发气量低；对粒度也有较高要求，在15H~21H之间较适宜，太细透气性差，太粗易粘砂；对于曲轴和凸轮轴等长杆状零件，为预防弯曲变形和保证铸件尺寸精度，要求壳型砂的热膨胀率低。

制型工艺参数要求严格

制型工艺参数对保证壳型和铸件质量非常重要，主要有射砂压力及时间、模具温度、硬化时间等。

（1）射砂压力及时间：适宜的射砂压力及时间是保证获得轮廓清晰、光洁、坚固壳型的重要因素。射砂压力过低，时间过短，易产生吹不紧现象，但压力过高，时间太长，型壳易产生裂纹，浇注时产生漏型、跑铁液现象，铸件出现浇不足的缺陷。

（ 2）模具温度：最低温度应保证壳型覆膜砂中树脂的软化及硬化反应，温度过低会出现壳型心部硬化不透、呈“ 粥状”现象；最高温度应保证树脂不产生过烧而失去粘结力，温度过高，会出现壳型过烧、呈“ 碳黑色”现象；温度过高过低都不能使壳型得到最高强度，甚至产生脱壳现象。在不引起“ 过烧”现象的前提下，为提高劳动生产率，一般选用较高的制型温度。

（ 3）硬化时间：硬化的目的是将塑性状态的壳型，进一步在热的作用下发生化学反应，至完全固化成硬壳，硬化时间的长短取决于模具温度和壳型厚度等因素。

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