在机械制造领域，铸造工艺作为金属零件成型的核心手段，始终朝着“高精度、高效率、低成本、低能耗”的方向迭代。铁模覆砂铸造工艺(IronMoldSandLiningCasting)作为一种融合了金属型铸造与砂型铸造优势的复合成型技术，凭借其铸件质量稳定、生产效率高、资源消耗低等突出特点，已广泛应用于汽车、工程机械、农机装备等行业，成为中大型铸铁件、铸钢件生产的优选方案。本文将从工艺原理、核心优势、关键技术、应用场景及发展趋势等方面，全面解析这一先进铸造技术。

  一、工艺原理：金属型与砂型的协同成型逻辑

  铁模覆砂铸造的核心原理是“以铁模为刚性支撑，以薄砂层为成型界面”，通过金属模的高强度与砂层的优良退让性、透气性相结合，实现铸件的精准成型。其工艺流程主要包括以下关键步骤：

  (一)铁模设计与制造

  铁模作为铸件的外模支撑体，通常采用HT200-HT250灰铸铁或QT450-10球墨铸铁加工而成，需根据铸件结构设计分型面、浇注系统、冒口、排气通道及砂层定位结构。铁模的尺寸精度直接决定铸件的外形轮廓精度，因此加工过程中需控制平面度、垂直度及型腔表面粗糙度(一般要求Ra≤1.6μm)，同时预留合理的砂层厚度空间(通常为5-15mm，根据铸件大小和结构调整)。

  (二)砂料制备与覆砂工艺

  覆砂层采用专用树脂砂(常用酚醛树脂覆膜砂)，砂粒选用高纯度石英砂或宝珠砂，粒度控制在40-70目，以保证砂层的透气性和强度。覆砂工艺主要分为两种形式：

  射砂覆砂：通过射砂机将树脂砂高速射入铁模型腔，利用压缩空气使砂粒均匀填充并紧实，砂层厚度由铁模内的定位凸台控制，适用于结构复杂、型腔曲面较多的铸件。

  涂敷覆砂：对于简单平面或大尺寸铸件，采用手工或机械涂敷方式将树脂砂均匀涂抹在铁模型腔表面，经压实后形成砂层，工艺操作更为灵活。

  (三)合模、浇注与冷却

  覆砂完成后，将上下铁模合模并通过螺栓或卡具锁紧，确保分型面密封良好。根据铸件材质选择对应的浇注温度(铸铁件1300-1400℃，铸钢件1500-1600℃)，将熔融金属通过浇注系统注入型腔。由于铁模的导热性远优于砂型，铸件在铁模的强制冷却作用下快速凝固，同时砂层的退让性可有效避免铸件因凝固收缩产生裂纹。

  (四)落砂与清理

  铸件冷却至一定温度(通常200-300℃)后，松开铁模进行落砂，砂层因高温固化后形成的壳层可通过振动或高压水枪清除，随后对铸件进行飞边清理、冒口切除、抛丸处理等后续工序，最终得到成品铸件。

  二、核心优势：兼顾质量与效率的技术突破

  相较于传统砂型铸造和纯金属型铸造，铁模覆砂铸造工艺在技术性能和经济指标上具有显著优势：

  (一)铸件质量优异，精度高

  铁模的刚性支撑可有效避免砂型铸造中常见的型腔变形、胀箱等问题，铸件尺寸公差可达CT8-CT10级，表面粗糙度Ra≤6.3μm，无需大量机械加工即可满足装配要求，材料利用率提升10-15%。

  砂层采用树脂砂，透气性好、发气量低，可减少铸件气孔、夹砂等缺陷;同时铁模的强制冷却使铸件晶粒细化，组织致密，力学性能显著提升(如铸铁件抗拉强度提高10-20%，硬度均匀性改善)。

  (二)生产效率高，成本可控

  铁模可重复使用数千次甚至上万次，无需像砂型铸造那样每次生产都需制作砂模，大幅缩短了生产周期(单件生产周期较砂型铸造缩短30-50%)，适合批量生产。

  覆砂层厚度仅为传统砂型的1/5-1/10，砂料消耗量减少60-80%，树脂、固化剂等辅料用量也相应降低，同时减少了废砂排放，环保压力更小;铁模的重复利用也降低了模具制造成本的分摊。

  (三)适用范围广，工艺灵活性强

  可生产的铸件材质涵盖灰铸铁、球墨铸铁、铸钢、合金铸铁等，铸件重量从几公斤到数十吨，尤其适用于中大型结构件(如发动机缸体、曲轴、机床床身、工程机械配重等)。

  对于结构复杂的铸件，可通过拆分铁模、设计抽芯机构等方式实现成型，同时砂层的可塑性强，能适应铸件的复杂曲面和细小结构(如螺纹孔、肋条等)。

  (四)能耗低，环保性能突出

  铁模的强制冷却作用减少了铸件冷却时间，降低了能源消耗;废砂排放量少，且树脂砂可通过再生处理回收利用(再生率可达70%以上)，减少了固废污染;生产过程中无粉尘飞扬、有害气体大量排放等问题，符合绿色铸造的发展要求。

  三、关键技术要点：保障工艺稳定性的核心环节

  铁模覆砂铸造的工艺稳定性依赖于多个技术环节的精准控制，以下是其中的核心要点：

  (一)铁模设计与加工技术

  型腔设计需考虑铸件的凝固顺序，合理设置冒口和冷铁，确保铸件补缩充分，避免缩孔、缩松缺陷;分型面选择应便于合模、脱模和清理，减少飞边产生。

  铁模材料需具备良好的耐热性和耐磨性，加工后需进行时效处理(如人工时效或自然时效)，消除内应力，防止使用过程中变形开裂;型腔表面可进行氮化处理，提高硬度和使用寿命。

  (二)砂料配方与覆砂工艺控制

  树脂砂的配方是关键，树脂加入量通常为砂重的1.5-3.0%，固化剂加入量为树脂的20-40%，需根据环境温度、铸件厚度调整配比，确保砂层的强度(常温抗压强度≥2.5MPa)和固化速度。

  覆砂过程中需控制射砂压力(0.4-0.6MPa)、射砂时间(0.5-1.5s)和砂层厚度均匀性，避免出现砂层脱落、空鼓、厚薄不均等问题;砂层固化后需进行强度检测，合格后方可合模浇注。

  (三)浇注系统与工艺参数优化

  浇注系统采用底注式或阶梯式，确保金属液平稳充型，避免卷渣、飞溅;内浇道的位置和尺寸需根据铸件结构设计，使金属液均匀分布，减少局部过热。

  浇注温度、浇注速度和冷却时间是核心工艺参数：浇注温度过高易导致铸件粘模、砂层烧结，过低则易产生浇不足、冷隔缺陷;冷却时间需根据铸件厚度调整，过短易产生裂纹，过长则影响生产效率。

  (四)模具维护与砂处理技术

  铁模使用后需及时清理型腔残留砂粒和粘砂，检查型腔表面是否有磨损、变形，定期进行修复和氮化处理;长期闲置时需做好防锈处理，避免受潮生锈。

  废砂处理采用机械再生工艺(如振动破碎、风选、磁选)，去除废砂中的树脂膜、粉尘和金属杂质，再生砂需检测含泥量、酸耗值等指标，确保满足覆砂要求后再循环使用。

  四、应用场景：赋能多行业的关键零部件生产

  铁模覆砂铸造工艺凭借其独特优势，已在多个工业领域实现规模化应用，成为关键零部件生产的核心技术：

  (一)汽车制造行业

  用于生产发动机缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、变速箱壳体等核心零部件，尤其适用于商用车和新能源汽车的大型铸铁件生产。例如，某商用车企业采用铁模覆砂工艺生产的发动机缸体，尺寸精度达CT9级，废品率从传统砂型铸造的8%降至3%以下，生产效率提升40%。

  (二)工程机械行业

  可生产挖掘机斗杆、动臂、回转平台、装载机铲斗等结构件，以及液压泵体、阀体等精密铸件。工程机械零部件通常要求高强度、高耐磨性，铁模覆砂铸造的铸件组织致密，力学性能稳定，能满足极端工况下的使用要求。

  (三)农机装备行业

  用于生产拖拉机机体、变速箱壳体、后桥壳体等大型铸件，农机零部件对成本控制要求较高，铁模覆砂工艺的砂料消耗少、模具重复利用率高，可有效降低生产成本，同时铸件的可靠性也能满足农机长时间作业的需求。

  (四)机床制造行业

  适用于机床床身、立柱、横梁等基础件生产，这些零部件要求高精度、高刚度和良好的抗震性，铁模覆砂铸造的铸件尺寸稳定性好，内部缺陷少，可减少后续加工余量，提高机床的加工精度和使用寿命。

  五、发展趋势：智能化与绿色化的未来方向

  随着制造业向智能化、绿色化转型，铁模覆砂铸造工艺也在不断迭代升级，未来发展将呈现以下趋势：

  (一)智能化升级

  引入CAD/CAM/CAE一体化设计系统，通过数值模拟软件(如ProCAST、AnyCasting)对铸件成型过程进行仿真分析，优化铁模结构、浇注系统和工艺参数，减少试模次数，缩短研发周期。

  生产过程实现自动化控制，采用机器人进行覆砂、合模、落砂、清理等工序，配备在线检测设备(如激光测距仪、超声波探伤仪)实时监测铸件尺寸和内部质量，提高生产稳定性和产品一致性。

  (二)绿色化发展

  研发环保型树脂砂材料，采用低甲醛、低VOC(挥发性有机化合物)树脂，减少生产过程中的有害气体排放;推广废砂再生技术，提高再生砂利用率，降低固废排放，实现“近零排放”生产。

  优化能源结构，采用电加热、天然气加热等清洁能源替代煤炭，结合余热回收系统(如铸件冷却余热回收用于车间供暖)，降低单位产品能耗，打造绿色铸造工厂。

  (三)工艺拓展与创新

  拓展应用于铝合金、铜合金等非铁金属铸件生产，通过改进铁模材质和覆砂配方，适应非铁金属的浇注温度和成型要求，填补非铁金属大型铸件高精度生产的技术空白。

  融合3D打印技术，采用3D打印制作铁模型腔的砂芯或砂层模具，缩短铁模制造周期，实现小批量、个性化铸件的快速生产，满足定制化制造需求。

  六、结语

  铁模覆砂铸造工艺作为金属成型技术的重要创新，通过金属型与砂型的优势互补，实现了铸件质量、生产效率与环保性能的协同提升，为机械制造行业的高质量发展提供了有力支撑。随着智能化技术的深度融合和绿色制造理念的全面践行，这一工艺将不断突破技术瓶颈，拓展应用边界，在汽车、工程机械、高端装备等领域发挥更加重要的作用。对于制造企业而言，掌握铁模覆砂铸造的核心技术，优化工艺参数，将成为提升市场竞争力的关键所在，也为推动我国铸造行业从“大国”向“强国”转型注入新的动力。