铁型覆砂铸造是在金属型铸造和壳型铸造的基础上发展起来的一种铸造新技术，比较早是由Jack Stocks于1956年提出的，至20世纪60年代，德国、苏联、日本等国就开始把铁型覆砂铸造应用于铸造生产，主要用于生产球铁曲轴、连杆、电机底座、缸套、刹车盘、炸弹壳、坦克履带等铸件。

　我国对铁型覆砂铸造的应用性研究起始于20世纪70年代初，稍晚于国外。1979年，浙省机电设计研究院和永康拖拉机厂等单位合作，首次将铁型覆砂铸造成功运用于S195曲轴坯的批量铸造生产。1991年，该技术被国家和机械部列为国家“八五”重点新技术推广项目，以浙江省机电设计研究院作为该项目的技术依托单位，经过多年的研究基本上解决了铁型覆砂技术用于批量生产的一系列问题。

铁型覆砂铸造原理  

　铁型覆砂铸造是在金属型内腔覆上一层薄砂，形成高强度型腔的铸造方法。覆砂造型一般采用热固化的成品覆膜砂，模型需要电加热，加热温度在200~250 ℃，铁型温度来自于浇注后的余热。

　工艺特点：通过对铁型的重量、壁厚及覆砂层厚度合理地设计，调节铸件各个部位的冷却速度，创建比较佳的凝固顺序，从而提高铸件的质量。铁型-覆砂层-铸件的温度分布图，见图1，在铸件凝固过程中，随着铸件温度下降，覆砂层和铁型的温度都会逐步上升。当覆砂层的厚度超过某一厚度以后，铁型对于铸件冷速度的影响将会降到很低，相当于壳型铸造；如果覆砂层厚度很薄，就接近于金属型铸造。

铁型覆砂铸件  

　　由于铸型刚性好，使铸件尺寸精度和外观质量提高，加工余量减少。同时，铁型覆砂铸造各工序操作简单，对操作工技能要求低，人为因素对产品质量的影响小，产品质量稳定，因此可以降低生产成本。该工艺经过三十多年的发展，应用范围不断扩大，由原先的曲轴等球铁件，发展到灰铁件、耐磨铸件、铸钢件等100多种产品的生产，铸件重量小的有1.8 kg的配重块，大的有230 kg的支撑座、550 kg的曲轴等。

球铁件

重卡桥壳

  为采用铁型覆砂铸造的陕汽重卡桥壳，材质为QT450-10，重185 kg，其基本尺寸为 1 595 mm × 415 mm × 283 mm，主要壁厚8~31 mm 。桥壳在工作中需承受较大的弯曲应力、扭距力和抗疲劳应力，同时必须具有较好的强韧性配合的综合力学性能，一般采用呋喃树脂砂工艺，但生产效率较低、废品率较高等铁型覆砂铸造生产桥壳，采用一型两件的浇注方式，工艺出品率达到85%，每小时生产桥壳铸件16~20支。

灰铁件

离合器壳体

　为HT250的离合器壳体，铸件重约45 kg，其基本尺寸为 725 mm×564 mm×188 mm，主要壁厚8~22 mm。铁型覆砂工艺采用顶铸式浇注方式，一型一件，工艺出品率达到89%。

耐磨铸件

双金属复合锤头

　锤头、斗齿、磨片等耐磨铸件，也都有采用铁型覆砂铸造工艺，图4为用铁型覆砂生产的双金属复合锤头，重12.5 kg。双金属复合锤头用于建材、冶金等行业的锤式破碎机，锤头在高速旋转的转子的带动下，以惯性对物料进行打击和挤压破碎，锤端受坚硬物体的磨损非常严重，因此，要求锤端有高的耐磨性，材质为高铬铸铁，锤柄要有优良的韧性，材质为碳素结构钢。复合锤头的镶铸工艺，一般都采用手工砂型的铸造方法，一型2件，生产效率低，铸件表面质量差。应用铁型覆砂铸造后，一型16件，表面质量大为提高，同时因产品组织致密，提高了铸件的耐磨性能。

铸钢件

闸瓦托铸件

　目前，铁型覆砂铸造工艺应用于铸钢件的生产并不多，主要有：闸瓦托、档键、排气管等。图5为应用铁型覆砂生产出的闸瓦托铸件。该闸瓦托作为铁路货车制动装置的关键部件，其质量的好坏直接影响到货车的运行性能，而且闸瓦托与制动梁的连接尺寸直接影响到制动梁的性能，所以对闸瓦托的尺度要求也较高，部分尺寸精度要求达到了CT4级。铁型覆砂工艺采用一型6件的布置形式，并设置明冒口对铸件的厚大部位的补缩、排气，有效解决了铸件缩孔、气孔、裂纹等铸造缺陷。

铁型覆砂铸造生产线  

　随着铁型覆砂铸造工艺应用的范围不断扩大，铁型覆砂铸造生产线也在不断的改进，特别是人工成本的不断提高，对生产线的用人数量、工人的劳动强度及工作环境提出了更高的要求。

　铁型覆砂铸造生产线一般采用环形布置，可根据车间的布置做适当调整，设备的配置也根据产品的特点略有不同，比如，生产相同材质的多品种铸件时，可以采用两台双工位造型机串联布置的形式，不但可以提高生产效率，同时可以减少单个产品铁型的投入量。生产线根据自动化程度的不同，可以分为简单机械化生产线和自动生产线两类。

简单机械化生产线

　简单机械化生产线由于投资少、建设周期短、设备维护简单，非常适合刚起步的企业。生产线主要设备包括：造型机、翻箱机、开箱机、合箱机、铁型清理机、过渡小车等，其特点是单机的运行由人工控制操作按钮完成，铁型在设备之间的输送由人工推动铁型在辊道上运行。生产线一般布置形式如图6所示，在满负荷生产条件下，每小时生产20型左右，需要7~8人。

自动化生产线铁件

　自动化生产线根据铁型的输送形式分为刚性线和柔性线。

　刚性线的输送形式是铁型布满整条生产线，在生产线的两端设置推接缸，以后箱推前箱的形式完成铁型的输送，该生产线结构简单、电控系统也相对简单、生产线操作人员也相对较少，一般4~5人，生产线布置如图7所示，但该生产线需要的铁型的数量较多，只适用于需求量大且稳定的产品，目前，刚性线主要用于生产磨球、斗齿等产品。虽然铁型数量多、投入大，但此类产品生产批量大，从经济效益考虑也是非常适合的。

刚性生产线布置

　柔性线采用各种推箱、送箱或者机动辊道的机构来完成铁型在各个设备之间的输送，电控系统相对复杂，但可以根据产能的需求来配备铁型。柔性线的一般布置如图8所示，根据产品的特点，生产线布置及配备有所差异，用人也有所差异，一般情况下需要6人左右。

结束语  

　铁型覆砂铸造作为一种特种铸造工艺，可以大大提高铸件的表面质量和内在质量，简化了生产工序，节约了生产成本。该工艺在我国经过30多年的发展，已经有了长足的进步，给许多中小企业带来了较好的经济效益。

　但是，该工艺的特征驱使每种铸件需要配备专门的铁型，使铸件模具投入成本较高，对于批量小的铸件从经济效益来考虑就不太适合，因此限制其适用范围，成为制约其发展的重要因素；同时，各种铸件的铁型尺寸大小不一，也是阻碍铁型覆砂铸造生产线更加自动化重要障碍。

（作者：夏小江，黄列群，潘东杰，沈永华，浙江省机电设计研究院有限公司）

摘自《2016中国铸造活动周论文集》

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