什么是翻砂

翻砂是一种传统的金属铸造工艺，其核心原理是通过制作模具（称为“砂型”），将熔融的金属液体浇注进模具中，待金属冷却凝固后形成所需形状的铸件，这种工艺因在制作砂型过程中需要反复翻动和拼接砂箱，故被称为“翻砂”，也常被称为“砂型铸造”，翻砂工艺历史悠久，可追溯至青铜时代，是人类最早掌握的金属成型技术之一，至今仍在机械制造、工艺品生产、汽车零部件等领域广泛应用。

翻砂工艺的流程复杂且精细，通常包括模具制作、造型、熔炼、浇注、清理和检验等关键步骤，首先是模具制作，根据铸件的形状和尺寸，设计并制作出模型（称为“木模”或“金属模”），模型需考虑金属冷却后的收缩率，确保铸件最终尺寸准确，然后是造型环节，这是翻砂的核心步骤：将型砂（通常由硅砂、黏土、水等混合而成）填入砂箱中，通过紧实、起模、修型等工序，形成具有铸件空腔的砂型，砂型通常分为上下两部分，分别称为上砂型和下砂型，通过定位销精准对接，确保铸件形状完整，接下来是熔炼，根据铸件材料选择合适的金属（如铸铁、铸钢、铝合金等），在熔炉中加热至熔融状态，并通过除渣、除气等工艺保证金属液的纯净度，随后将高温金属液浇注进砂型中，这一过程需控制浇注温度和速度，避免金属液飞溅或卷入气体，浇注后，金属液在砂型中冷却凝固，形成固态铸件，最后是清理环节，通过振动、切割、打磨等方式去除铸件表面的浇注系统、冒口和型砂，并进行热处理、表面处理等工序,以提高铸件的力学性能和外观质量。

翻砂工艺的优势在于其灵活性和适应性，它可以生产形状复杂、壁厚不均的铸件，尤其是对于内腔复杂的零件（如发动机缸体、泵体等），翻砂几乎是唯一可行的成型方式，翻砂对设备和材料的成本要求相对较低，尤其适合小批量、多品种的生产，中小型企业也能轻松应用，翻砂所用的原材料（如型砂、金属废料）来源广泛，且部分砂型可重复使用，具有一定的经济性和环保性，翻砂工艺也存在明显缺点：由于砂型的透气性和退让性有限，铸件容易产生气孔、夹砂、缩孔等缺陷，导致成品率较低；砂型制作过程依赖人工操作，精度和一致性难以保证，尤其对于高精度要求的零件（如航空零部件），翻砂可能无法满足需求；翻砂生产的铸件表面粗糙度较高,通常需要后续机械加工才能达到使用标准。

根据造型方法的不同，翻砂工艺可分为湿型砂铸造、干型砂铸造、化学硬化砂铸造等多种类型，湿型砂铸造是最常见的形式，其砂型不经烘干直接浇注，生产效率高，适用于中小型铸件；干型砂铸造需将砂型烘干，透气性好，适合大型或复杂铸件；化学硬化砂铸造通过添加固化剂（如树脂）使砂型快速硬化，尺寸精度高，常用于精密铸件的生产，近年来，随着技术的发展，传统翻砂工艺也在不断改进，例如采用计算机辅助设计（CAD）和3D打印技术制作砂型，显著提高了模具精度和生产效率；通过数值模拟软件优化浇注系统和冷却过程，减少了铸件缺陷；环保型黏结剂和再生砂技术的应用,也降低了翻砂对环境的影响。

翻砂工艺的应用领域极为广泛，在机械制造中，它是生产机床床身、齿轮箱体等大型零部件的主要方式；在汽车工业中，发动机缸体、曲轴、刹车盘等关键部件多通过翻砂成型；在航空航天领域，一些耐高温合金零件也采用精密翻砂工艺制造；翻砂还常用于生产艺术铸件，如青铜雕塑、古建筑构件等，其独特的质感是其他工艺难以替代的，尽管现代铸造技术（如压铸、精密锻造）不断发展，但翻砂凭借其不可替代的优势,仍将在未来制造业中占据重要地位。

相关问答FAQs：

1. 问：翻砂工艺和3D打印铸造有什么区别？
   答：翻砂工艺是传统砂型铸造，依赖人工制作砂型，成本较低但精度有限；而3DD打印铸造是通过增材制造技术直接打印砂型或蜡模，精度高、生产周期短，适合复杂结构和小批量生产，但设备和材料成本较高，两者在适用场景上互补，翻砂更适合大批量、低成本生产，3D打印则更侧重高精度、个性化铸件。

   

2. 问：翻砂铸件常见的缺陷有哪些？如何避免？
   答：常见缺陷包括气孔（金属液卷入气体）、夹砂（型砂混入铸件）、缩孔（冷却不均导致缩松）、裂纹（内应力过大）等，避免方法包括：优化浇注系统设计，确保金属液平稳充型；严格控制型砂配比和紧实度，提高砂型强度；合理设置冒口和冷铁，改善冷却条件；对铸件进行热处理，消除内应力，通过X射线检测、超声波探伤等无损检测技术,可及时发现并剔除缺陷铸件。