翻砂是什么工艺？为何叫翻砂？

翻砂是一种传统的金属铸造工艺,其核心原理类似于用“砂”作为模具材料，通过填充、紧实、起模等步骤制成型腔，再将熔融的金属液体浇注进去，待冷却凝固后形成所需的铸件形状，这种工艺因在制作砂型时需要将砂箱翻转、分开取出模样而得名“翻砂”，也称为砂型铸造，翻砂工艺历史悠久，可追溯至公元前3000年左右的中国古代青铜器时代，随着技术发展，至今仍在机械制造、金属加工、艺术铸造等领域占据重要地位，尤其在复杂形状、小批量生产或大型铸件制造中具有不可替代的优势。

翻砂工艺的流程严谨且复杂,涉及多个环节，每个步骤都会直接影响铸件的质量，首先是模具制作，这是翻砂的基础，根据产品图纸，制作出与铸件内部形状相同的“模样”（通常为木模、金属模或塑料模），同时需要考虑金属冷却时的收缩率，适当放大尺寸，然后是制备型砂，型砂由原砂（如硅砂）、粘结剂（如粘土、水玻璃、树脂等）、附加物（如煤粉、淀粉等）按一定比例混合而成，需具备良好的透气性、强度、耐火性和退让性，混合后的型砂需经过调匀、松散处理，确保性能均匀，接下来是造型操作，将模样固定在底板上，放置砂箱，分层次填入型砂并逐层紧实（常用手工紧实或机器紧实），紧实度需适中——过松会导致浇注时金属液冲砂，过紧则影响透气性和铸件冷却，对于复杂铸件，常采用分模造型，将砂箱分成上下两部分，分别制作型腔后合箱，之后是起模，小心地将砂箱翻转，取出模样，形成与铸件外形一致的型腔，并对型腔进行修整，清除多余砂粒，修补损坏部位，为提高铸件表面质量，还需在型腔表面涂刷耐火涂料（如石墨涂料、锆英粉涂料），防止铸件粘砂，合箱时，将上下砂箱准确对位，必要时用卡具固定，防止浇注时错箱，浇注前需检查金属液的温度和成分，确保符合要求，然后平稳地将金属液从浇口注入型腔，避免飞溅和氧化，浇注后需进行冷却，小型铸件可能需要几十分钟，大型铸件则可能需要数天，冷却过程中金属液凝固收缩，形成铸件，最后是落砂清理，将冷却后的砂箱打开，取出铸件，去除表面的型砂、浇冒口（金属液补缩系统的多余部分），并进行打磨、抛光或热处理等后续加工，最终得到合格的铸件。

翻砂工艺的分类多样,可根据不同标准划分，按粘结剂类型可分为粘土砂型铸造（以粘土为粘结剂，成本较低，应用广泛）、树脂砂型铸造（以树脂为粘结剂，型砂强度高，适合复杂铸件）、水玻璃砂型铸造（以水玻璃为粘结剂，硬化快，适合大批量生产）等，按造型方法可分为手工造型（依赖工人经验，适合单件小批量生产）、机器造型（通过机器实现紧实和起模，效率高，适合大批量生产）、组芯造型（用多个砂芯组合成铸件型腔，适合复杂内腔铸件），按金属材质可分为铸铁件翻砂（如机床床身、管道配件）、铸钢件翻砂（如齿轮、阀门）、有色金属翻砂（如铝合金轮毂、铜合金雕塑）等，不同类型的翻砂工艺各有特点，需根据铸件的材料、形状、批量、成本等因素选择合适的方法。

翻砂工艺的优势在于其灵活性和适用性广,它几乎可以铸造各种金属材料，包括铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金等，且不受铸件形状复杂程度的限制，即使是带有复杂内腔、精细花纹的铸件也能通过合理设计砂型和砂芯实现，翻砂设备的投入相对较小，尤其手工造型适合小批量、多品种的生产，无需高昂的模具成本，这对于新产品试制、维修配件生产等场景尤为重要，翻砂铸件的组织致密，力学性能较好，尤其适合制造承受较大载荷的零部件，如发动机缸体、泵体、阀门等，通过调整型砂配比、浇注温度等参数，可以控制铸件的表面质量和尺寸精度，满足不同使用需求，翻砂工艺也存在明显缺点：一是生产过程依赖人工操作，尤其在手工造型时，产品质量受工人技术水平影响较大，一致性较差；二是砂型铸造的表面精度较低，通常需要后续机械加工，增加了工序和成本；三是生产过程中会产生粉尘、废气等污染物，对环境有一定影响，需采取环保措施；四是铸件容易产生气孔、缩孔、夹砂等缺陷，废品率相对较高，需要严格的过程控制。

随着现代工业的发展,翻砂工艺也在不断改进和创新，新材料的应用提升了型砂性能，如树脂粘结剂的使用使砂型强度和透气性大幅提高，减少了铸件缺陷；自动化和智能化技术的引入提高了生产效率，如机器造型线、自动浇注设备、机器人清理单元等，减少了人工干预，保证了产品质量稳定性，消失模铸造（又称实型铸造）、V法铸造等新型翻砂工艺的出现，进一步拓展了翻砂技术的应用范围，例如消失模铸造无需起模，可直接用泡沫塑料模样造型，简化了流程，适合制造复杂结构铸件。

在工业生产中,翻砂工艺的应用极为广泛，在机械制造领域，机床的床身、底座，发动机的缸体、缸盖，泵和阀体的壳体等大多通过翻砂工艺生产；在汽车行业，发动机零部件、变速箱壳体、轮毂等也常采用砂型铸造；在建筑领域，排水管道、暖气片、阀门等铸铁件多为翻砂产品；在艺术领域，青铜雕塑、铜钟、金属工艺品等也依赖翻砂工艺实现复杂造型和精细纹饰，可以说，翻砂工艺作为“工业之母”，为现代制造业提供了基础零部件支撑，是不可或缺的加工技术。

尽管3D打印等新型增材制造技术近年来发展迅速,但在大规模、高性价比的金属零部件生产中，翻砂工艺仍具有显著优势，随着环保要求的提高和技术的进步，翻砂工艺将向绿色化、智能化、精密化方向发展，例如通过采用环保粘结剂减少污染，利用数字孪生技术优化铸造工艺，通过自动化检测设备提升质量控制水平，继续在制造业中发挥重要作用。

相关问答FAQs：

1. 问：翻砂工艺与3D打印铸造有什么区别？
   答：翻砂工艺属于传统减材/近净成形工艺，通过制作砂型浇注金属液形成铸件，适合大批量、大尺寸铸件生产，成本较低；而3D打印铸造属于增材制造，通过逐层堆积材料直接制作铸型或铸件，适合复杂结构、小批量生产，无需模具，但设备和材料成本较高，生产效率相对较低，两者在适用场景、成本结构和生产效率上各有优势。

   

2. 问：翻砂铸件常见的缺陷有哪些？如何预防？
   答：翻砂铸件常见缺陷包括气孔（金属液卷入气体或型砂水分过高导致）、缩孔（金属液收缩补缩不足）、夹砂（型砂脱落混入铸件）、裂纹（冷却不均匀或内应力过大）等，预防措施包括：严格控制型砂配比和水分，确保透气性和强度；优化浇注系统设计，平稳浇注避免卷气；合理设置冒口进行补缩；控制冷却速度，必要时采用热处理消除内应力；加强过程检验，及时发现并调整工艺参数。