智能砂型系统铸铁件镂空砂型设计规范总结

1. 标准概述

T/CFA 0203012-2023《智能砂型系统 第1部分：铸铁件镂空砂型设计规范》是中国铸造协会发布的团体标准，旨在规范智能砂型系统中铸铁件镂空砂型的设计活动。该标准由中国铸造协会智能铸造工作委员会提出，多家单位共同起草，包括共享装备股份有限公司、清华大学等。

2. 适用范围

本规范适用于智能砂型系统铸铁件镂空砂型的设计活动，包括砂型和砂芯的设计。标准所述的镂空砂型是指在保证砂型强度的前提下，将传统密实性砂型设计成空心结构的砂型。

3. 主要术语定义

• ​​镂空砂型​​：在保证砂型强度的前提下，将传统密实性砂型设计成空心结构的砂型
• ​​镂空砂型空心率​​：镂空砂型减少的重量与镂空前的砂型重量之比

4. 设计总则

4.1 确保安全性

镂空砂型结构设计应避免操作中的危险性，确保铸造生产安全可靠。

4.2 提高铸件质量

镂空砂型工艺设计应有利于提高铸件质量。

4.3 节约高效

设计应有利于提高镂空砂型空心率，操作简便、降低成本、提高效率。

4.4 利于冷却控制

设计应有利于铸件成形过程中的冷却控制。

5. 设计要求

5.1 通用要求

• 结构设计应考虑运输、放置、施涂和浇注过程中的强度要求
• 保证铸型型腔的尺寸精度和表面质量
• 砂型镂空部分应采用圆角过渡

5.2 镂空砂型的主要结构类型

壳型结构是最基本的镂空形式，砂型局部或整体可采用多层壳结构以提高强度和保温作用。围绕铸件冒口部位可采用多层壳提高保温性能。

网架应能加固砂型，在砂型放置时应能自支撑。网架的基本单元应为方形或圆形截面的杆。

不接触金属液的砂型表面宜布置加强筋，加强筋呈横纵交叉分布，形状可为方形或半圆形等。

壳型、网架、加强筋可组合使用，形成更复杂的镂空结构。

5.3 辅助结构设计

砂型应设计吊把，吊把设计应为凸出或凹陷结构，呈两端对称分布。吊把应设置在砂型的长边两侧的中间部位。

形成铸件外轮廓的镂空砂型应设置清砂孔，直径不应小于3mm。

所有镂空结构之间应采用圆角过渡。

在不影响铸件和砂型结构的外露面上宜设计浮凸或凹陷的标识。

6. 设计方法

6.1 镂空结构设计方法

• 最内层壳型厚度应满足金属液静压力要求
• 最内层应满足砂型整体强度大于金属液产生的张力
• 针对铸件厚大部位可加厚壳型
• 多层壳层数宜2-4层，壳间间隙宜1-3层

网架的高度不应低于壳型高度的1/3。

加强筋的尺寸和间隔应根据铸件壁厚和铁液净压头高度确定。

6.2 辅助结构设计方法

凸出吊把强度应满足吊运要求，其半径应按公式计算。

清砂孔的大小和分布应便于清砂。

7. 生成方法

7.1 生成方法

• 去除法：从密实砂型中去除一定形状的三维形体
• 添加法：在已生成的壳型上添加多层壳型或其他结构
• 抽壳法：对密实砂型采用抽壳生成镂空砂型

7.2 生成工具

宜采用专业的镂空设计软件或具有相关功能的三维造型设计软件。

7.3 模型格式

设计模型应能输出为增材或减材制造设备用工艺文件。

8. 附录内容

附录A：铸铁件镂空砂型设计推荐表

提供了壳型结构、网架结构和加强筋结构的设计推荐值，包括不同铸件壁厚和铁液净压头高度下的结构尺寸参数。

附录B：铸铁件典型镂空砂型结构图

展示了多种镂空结构的示意图，包括：

• 壳型镂空结构
• 壳型与网架组合结构
• 壳型与加强筋组合结构
• 多层壳型与网架组合结构
• 多层壳型、网架与加强筋组合结构

9. 标准意义

该标准的制定和实施将实现砂型轻量化，减少粘结剂和原砂用量，显著节约成本；同时改变传统铸造生产模式，提高生产效率，缩短工艺流程，改善生产环境，推动铸造行业技术进步。