一、砂箱造型
砂箱造型是在合适的砂箱内填砂和紧实，并在起模后仍然使用砂箱支撑砂型，以便吊运和浇注的造型方法。砂箱造型操作方便，适应性强，可以制作各种铸件的砂型，因此应用最为广泛。
1.砂箱
（1）砂箱的分类及应用 砂箱分类方法及应用见表3-1。常见手工造型砂箱如图3-1所示。
表3-1 砂箱分类方法及应用
（2）砂箱的选用 选用砂箱的总体原则是：砂箱大小和高度合适，重量轻，强度高，箱壁能很好地支撑型砂，易装配合型并保证定位准确，紧固方便可靠。
1）砂箱大小的选择。砂箱长、宽（或直径）、高主要根据模样的外形尺寸和浇注系统在砂型中的位置来确定。浇注系统到砂箱四壁和顶面到箱带位置都要留有合适的吃砂量。砂箱尺寸偏大，吃砂量过大，不仅会浪费型砂和烘干燃料，而且会增加砂型重量和舂砂时间；若砂箱尺寸偏小，则浇注系统无法安置。若吃砂量过小，则砂型在烘干时容易开裂，造成塌型或浇注时跑火，浇注时散热快而影响铸件质量。砂箱高度偏小，造成直浇道以及冒口太短，金属液压力不够，铸件容易出现浇不到、缩孔、缩松等缺陷或报废。因此，砂箱尺寸的选择是非常重要的。表3-2列出了铸型各处吃砂量参考值，供选用砂箱和制造砂箱时参考。
图3-1 常见手工造型砂箱
a）普通砂箱 b）专用砂箱
1—箱带 2—吊环 3—锁箱耳 4—箱体 5—把手 6—定位箱耳 7—箱卡凸台
表3-2 铸型各处吃砂量参考值
采用干砂型浇注时，铸型强度高一些，各处吃砂量可适当减小一些，以节约烘干燃料和时间。
2）箱带的选择。微型砂箱和部分小型砂箱无箱带，其余大多数砂箱都设有箱带。箱带的作用是增加砂型强度和型砂附着力，提高砂箱强度和刚度，保证砂型在翻转和吊运过程中不变形和损坏。错位十字形箱带和断口十字形箱带能减小砂箱在铸造过程中的内应力。砂箱箱带下端的吃砂量要适当，浇冒口与箱带和箱壁之间也要保持一定距离。箱带吃砂量过小时，会因箱带传热快而导致铸件和浇注系统迅速冷却，造成冷隔、浇不到、变形和缩孔等缺陷。
3）砂箱外部结构的选择。砂箱外部结构主要指把手、吊轴、吊环、定位装置、紧固装置和箱壁透气孔等。
微形和小型砂箱一般只设有把手和定位箱耳或箱卡凸台。把手用于人工翻型和搬运，箱耳用于砂箱插定位销套和定位销。大量生产的小型铸件选用有箱耳砂箱时，会使合箱定位快捷方便，箱卡凸台会使砂型紧固方便。
中型砂箱一般都设有吊轴、锁箱耳、箱卡凸台，有的还设有透气孔。吊轴便于翻转和吊运砂型。
大型砂箱除设有吊轴外，还设有吊环、透气孔，一般不设锁箱耳。吊轴和吊环便于各种起吊用具起吊以及铸型合型紧固。砂箱上的透气孔便于砂型烘干和浇注时铸型内气体快速排出。
大中型铸件的单件生产一般不用箱耳定位销套和定位销合型定位，而是用内箱锥定位，因此砂箱上可以不做定位装置。大中型铸件的铸型广泛使用螺栓卡于箱轴和吊环上夹紧固砂型。
4）砂箱质量的选择。砂箱除了尺寸和结构要选择适当外，不可忽视的还有砂箱质量的选择。使用前仔细检查吊轴、吊环、箱角、箱壁等关键部位，发现有破裂和损坏等情况时应停止使用。要求铸钢材质的中型砂箱在长度方向箱壁的变形量，局部向外扩大不超过15mm，向内不超过8mm，其他砂箱适当增减。
大中型砂箱上下平面的变形情况要放在平台上检查，其变形量不得影响定位、合型等质量要求。
2.砂箱造型方法
砂箱造型具有较大的灵活性和适用性，是目前应用最广泛的一种造型方法。这里着重介绍几种砂箱造型方法，以及如何根据铸件的结构来选择最合理的造型方法。
（1）假箱造型 假箱只是代替模板用于造型，而不用来浇注铸件。利用预先制备好的半个铸型来简化造型操作的方法叫做假箱造型。
在此以图3-2所示的手轮铸件为例，说明假箱造型方法。因为手轮的轮缘是断面为圆的环状铸件，所以为了取模方便，将分型面选在圆环的凸点位置，即圆环的水平直径处。
图3-2 假箱造型
a）舂平箱 b）造假箱 c）造下型 d）翻转下型，待造上型
1—平箱 2—分型面 3—模样 4—下型 5—直浇道模样 6—上型
假箱的造型方法及过程是：先在平板上舂好一个平箱，刮平顶面，翻转砂型，将砂型中心区表面的型砂挖松一层，填上型砂并舂制一个砂胎，如图3-2a所示。放上模样并轻轻敲几下，用型砂将模样下方塞紧，使模样的凸点位于砂胎的顶面，然后沿着模样的内外凸点（即分型面）修出一个圆台形砂胎，这样假箱便制好了，如图3-2b所示。在分型面上均匀地撒上一薄层无粘结剂的细硅砂作为分型砂，然后将下砂箱安放于假箱上，填型砂舂制好下型，刮平顶面，如图3-2c所示。将下型连同假箱一起翻转过来，移去假箱，模样便留在下型上，撒少量的细硅砂作为分型砂，将上砂箱安装在下型上面，安放好直浇道模样以及冒口模样（冒口模样要根据需要确定是否安放），如图3-2d所示。填型砂并舂实上型，刮平顶面，扎好出气孔，打好合型号，拔去直浇道模样，翻开上型，取出模样，修型后刷（喷）涂料（干型）或撒石墨粉（铸铁湿型）。
假箱作为模板或胎具对模样的薄弱环节具有保护作用，并且减少了分型平面不平整的实模造型时的挖砂、修型操作。由于假箱可用强度较高的型砂制作，可供多次反复使用，因此假箱造型效率很高，而且造型质量较好。
（2）吊砂造型 铸型中凸起的砂块在下型上时称为自带砂芯；凸起的砂块在上型时称为吊砂。吊砂处于悬吊状态，在吊砂自重或外力作用下很容易损坏。因此，吊砂的下吊长度稍大一些就要考虑加固。吊砂加固方法有以下几种：
1）用木片加固吊砂。湿砂型较小的吊砂块可以采用图3-3所示的木片加固方法，木片的下半部在吊砂内，上半部在分型面以上的砂型中，借助木片与型砂之间的摩擦力把吊砂拉住。要求木片在上型中有较大的长度，木片应扁而薄，以增加木片与型砂的接触面积，增大摩擦力。当吊砂重量偏大时，可将木片紧贴箱带，并用另外的木片将吊砂木片挤紧在箱带上，使其不致下滑。木片与型腔表面之间的距离应保持在15mm左右为宜，若距表面太近，则浇注时易燃烧而产生大量气体，使铸件产生气孔，而距离过远时会使加固吊砂的作用减弱。
干砂型的吊砂不能用木片加固，因为烘干砂型时木片会燃烧而失去对吊砂的加固作用。
2）用铁钩加固吊砂。干砂型较短的吊砂一般用图3-4所示的方法加固，铁钩可用粗铁丝或直径为5～8mm的低碳圆钢弯制而成。
图3-3 用木片加固吊砂
图3-4 用铁钩加固吊砂
3）用吊砂骨架加固吊砂。下吊长度大的吊砂块可用图3-5a所示的铸铁吊砂骨架加固。铸铁吊砂骨架与芯骨的形状和做法相同。
图3-5 用吊砂骨架加固吊砂
a）加固吊砂的方法 b）紧固骨架的方法
1—压板 2—箱带 3—带钩螺栓 4—垫铁 5—骨架 6—砂箱
吊砂骨架固定很重要，一般都采用图3-5b所示的螺栓紧固方法，用垫铁将骨架垫平，通过螺母将骨架锁紧，骨架的形状、结构、尺寸根据吊砂形状和尺寸来确定，骨架的结构要便于舂砂并保证一定的吃砂量。为了使型砂与骨架能很好地粘结在一起，在使用骨架前要将其清理干净，将骨架在箱带上固定好以后，应在骨架上刷一层泥浆水或型砂粘结剂。
4）用箱带加固吊砂。采用吊砂造型大批量生产铸件时，可以设计专用砂箱，吊砂部分可使用图3-6所示的专门按照吊砂块设计加高的箱带进行加固。采用箱带加固吊砂，牢固可靠，可大大简化造型操作，提高生产效率，是一种较好的加固吊砂方法。
（3）活砂造型 在造型过程中，把阻碍起模的一部分砂型制成可以搬移的砂块，在起模过程中可以将其从砂型中取出，再按照一定的程序将模样从砂型中或活砂中取出，然后将砂块在砂型中复位，这种造型方法就叫做活砂造型。
在此以图3-7所示的绳轮为例，分析绳轮的形状结构，说明活砂造型的操作方法及过程。(https://www.daowen.com)
1）绳轮的结构分析。从图3-7可以看出，绳轮是一个上下对称并且中心对称的环状铸件，各处壁厚较小，绳轮的表面要求光滑，其边缘有两个凸点，两个凸点位置是最大的圆截面，两个凸点相距较近，铸件的整体高度很小。根据绳轮的上述结构特点，需要在两个凸点位置分别设分型面才能起出全部模样，并且还必须在绳轮的对称中心平面上设分模面。如果采用三箱造型，那么中箱砂型太薄，容易垮塌，所以采用图3-8所示的活砂造型比较合适。
图3-6 用特制箱带加固吊砂
图3-7 绳轮的结构分析
2）活砂造型的操作方法及过程。首先在平台上放上模，套上砂箱，安放直浇道模样后填砂并舂实，如图3-8a所示；取出直浇道模样，翻转上箱，挖出分型面，如图3-8b所示；合下半模样，在分型面上撒上分型剂（新的细硅砂），扫去模样上的分型剂，手工做出活砂块，如图3-8c所示；在新的分型面上撒上分型剂，套下砂箱，填砂舂实下型，如图3-8d所示；打型号，翻开下型，活砂块被留下，取出下型中的半个模样，如图3-8e所示；将下型合于上型上面，同时翻转上下型，使上型在上，通过合型和整形翻转，活砂块被扣于下型内，如图3-8f所示；再打开翻转上型，此时上半模可能留在下型内，也可能带在上型内，取出上半模，如图3-8g所示；最后将上型扣于下型上即合型结束。在整个造型过程中，翻箱次数多，要求活砂块强度要高，必要时要在活砂块中放入芯骨。最好是采用定位销定位，以使合型方便一些。
从上述造型方法可以看出，活砂造型工序繁琐，生产效率低，只适合单件生产。如果批量生产，则可以先做一个假箱，以减少挖砂时间。
（4）漏模造型 漏模造型是将模样固定在模底板上，舂砂后，模样经漏板漏出，而贴着模样有一定紧实度的型砂由于有漏板挡住，不会被带出。这种用漏模作起模工具的手工造型方法称为漏模造型，如图3-9所示。
图3-8 活砂造型操作方法及过程
a）舂制上型 b）挖砂 c）做活砂块 d）舂制下型 e）取下半模 f）翻型将活砂块扣于下型内 g）开型取出上半模 h）最后合型
图3-9 漏模造型
a）铸件 b）造型
1—砂型 2—漏板 3—模板
图3-9a所示的铸件若用一般的起模方法，砂型的轮齿部分在起模时很容易损坏，损坏后不仅修理费工时，而且很难修复到原来的形状。因此，为了保证铸件质量，可以采用图3-9b所示的漏模造型来解决起模的问题。
漏模造型的操作方法是：先将模样固定在模底板上，舂砂结束后，模样下降经漏板漏出。在漏模过程中，因轮齿之间的型砂由漏模板挡住，不会被齿轮模样带出，所以砂型不会损坏。由此可见，采用漏模造型可以提高质量，保证铸件的尺寸精度，提高劳动生产率，减轻劳动强度，对操作技术要求较低，并能延长模样的使用寿命，从而降低铸件的生产成本。
（5）劈模造型 劈模造型又叫抽芯模造型。某些大、中型铸件，由于模样高大、型腔深，铸件无起模斜度或起模斜度允许量很小，或模样表面有凸台、凹坑等结构，模样的起模方向不是向上而是水平方向，因此舂砂后砂型除对起模产生很大的摩擦阻力外，起模方向问题也给起模带来困难，很容易损坏模样和砂型。在这种情况下，需采用劈模造型。
所谓劈模造型，就是将模样沿着起模方向劈成数块，作成脱皮块及中间带有适当斜度的抽芯并组装在一起。起模时先将中间的抽芯拔出来，再按一定的起模顺序取出周围的脱皮块。图3-10所示就是箱体铸件造型时模样被劈成几块后的形状，在分模上作5°～15°的斜度，所标脱皮块的数字即为起模的顺序，按此顺序起模便可很方便地起出模样。
图3-10中起模方法是：首先向上取掉模样盖板1，向上拔起2（抽芯）；3和4为无凸台与凹坑结构，同时有向上的起模斜度，因此3和4可以向上起模；5～8由于有凸台结构，因此只能水平方向向中心平移起模，再向上取出离开砂型；最后将中型吊起或翻面取出底板9。盖板1和底板9将2～8箍住，给中间劈模的组合带来很大的方便。
一些钢锭模或者高大的箱体铸件可以采用劈模造型，因为模样被分成几块后，不仅可以从垂直方向取模，而且可侧向取模，这样使得模样上的某些凸台（搭子）不用拆活，凹下部分也可不必采用砂芯，从而简化了造型操作，同时由于模样避免了过大的起模斜度而保证了铸件的尺寸精度。所以，劈模造型对于一些高大的铸件来说是一种很好的造型方法。
图3-10 劈模造型
a）铸件 b）劈模结构
1～9—起模顺序
（6）劈箱造型 某些外部形状复杂的大型铸件，如机床床身，铸件侧面的形状一般都凹凸不平，高度又较大，在舂制中箱时砂型不易舂匀、舂实，某些活块在舂砂时容易移位，另外，在组装铸型时，砂芯数量多，修型、下芯、检验都很困难。这时采用劈模造型不一定很合适，而宜采用劈箱造型。
劈箱造型是为了便于造型与下芯，将三开箱造型中的中箱沿垂直方向劈开成两半或若干部分进行造型的方法。也可以同时将模样劈成相应的几个部分，然后分别将劈开的各部分模样固定在特制的模底板上，采用专用砂箱进行造型，使模样、砂箱等定位准确，最后再将各部分砂型和砂箱组成铸型。具体的造型及组装方法和过程如图3-11所示。
采用一套特制的砂箱，用金属平板作为下型，分别在专用模底板上采用图3-11a所示的专用砂箱造前、后侧砂型，如图3-11b所示。用端面专用砂箱造左、右侧型，用芯盒造各砂芯。砂型和砂芯可以由多人分组同时进行制造，也可以单独由1人或2人一块一块地制造。砂型造好后可以湿型装配，合型装配的顺序是：首先将中间砂芯按顺序装配在下型上，在装配过程中检查型腔尺寸（见图3-11c），然后装配左、右砂型和前、后砂型以及顶面砂芯，用楔铁紧固好前后侧型和上下型，如图3-11d所示。
图3-11 劈箱造型
a）两侧墙板砂箱 b）两侧墙板砂型 c）装芯后 d）铸型装配
1—铁底板 2、8—两侧墙板砂型 3—楔铁 4—砂芯 5—气孔 6—拉杆 7—方钢 9—浇口杯
劈箱造型时将模样沿高度方向劈分成几部分，模块可以卧倒舂砂，大大降低了舂砂高度，使填砂、舂砂、起模、修型和检查工作简便。劈分后的模块、模板加工制造容易，几块模板可同时造型，从而缩短造型周期。砂型和砂芯可湿态装配，从而改善劳动条件。劈箱造型的铸件尺寸可以得到保证，铸件的胀砂、砂眼等缺陷大为减少。
（7）组芯造型 砂芯一般是用来形成铸件的内部空腔的，但对外部形状复杂的铸件，也可以采用砂芯来构成铸件的外型。这种用若干块砂芯组合成铸型的造型方法称为组芯造型。
图3-12所示的铸件是一个机座，它的上下底面是长方形法兰，四个侧面凹入，四方均有铸孔，内部有一薄壁将机座隔成两个方形腔室。这一类铸件如果尺寸较大，则在做成模样造型时，不仅起模困难，而且花费大量木材。如果采用组芯造型，则只需做几只简单的芯盒就行了。因此，小批量生产时采用此方法比较经济合理。
图3-12 组芯造型
a）铸件 b）铸型
机座铸件的组芯造型方法及过程如下：先在工作平台上舂制一个底箱，翻转后刷好涂料，等待烘干；在工作平台上用粉笔画出机座俯视轮廓线，画好冒口、浇注系统的位置，在所画轮廓线上摆好上箱，放置冒口模样和直浇道模样，再填砂、舂砂；翻转上型后刷好涂料等待烘干；舂制好四周四块和中间两块主要砂芯以及几个小砂芯后，将几只小砂芯安装固定在几块主要砂芯上；挖出砂芯吊环，吊运到烘干平板上，刷好涂料以备烘干；在底箱与上型以及砂芯都烘干后，便可以进行砂芯的组装。
砂芯组装过程是：先摆好底箱，为了使砂芯安放的位置能同上型的冒口及浇注位置相吻合，根据上型浇注系统及冒口的位置在底箱上画出机座俯视轮廓线，然后根据轮廓线位置下好中间的两块砂芯，将芯头下方的缝隙堵好，接着下好四周的砂芯，并用芯卡将各个砂芯固牢，检查型腔尺寸；套上箱圈，在箱壁与砂芯之间的空隙里填砂并舂实，然后修平到与砂芯的顶面平齐；用天然气或煤气火焰进行表面烘干，最后盖好上型并紧固好上、中、下型。
大型铸件采用组芯造型时，为了保证浇注安全，可以在地坑中组装砂芯。但地坑与砂芯之间要用型砂填实，并且做好铸型的排气工作。
（8）多箱造型 某些外部形状复杂、高度较大的大、中型铸件，如中、大型的钢锭模、空气压缩机缸体、汽轮机气缸体等，铸件侧面的形状一般都凹凸不平，高度又较大，采用其他造型和浇注方法时很难保证铸件质量，或起模困难，或砂芯固定稳定性差，或修型、下芯、检验都很困难，而又不宜采用组芯造型、劈箱造型等造型方法时，可采用多箱造型。
多箱造型是比通常两箱造型多采用一个或多个中箱的造型方法，通常有分箱分模、分箱不分模两种形式，可依据铸件结构和造型需要选择。在造型生产过程中，逐箱舂砂紧实、修平分型面、撒分型砂，起模时根据分箱分模具体情况，或逐箱起模，或整体起模，合箱时根据下芯、检验需要逐层进行。
多箱造型操作时的注意事项：
①造型时首先对模样进行分析，确定各箱的舂制顺序。
②多箱造型时分型面多，浇注时跑火的可能性大，合箱后要仔细检查各箱之间箱缝的封堵等细节，保证铸件质量和浇注安全。
③为防止在翻箱、起模以及吊运过程中砂型损坏，中间箱应设箱带，或在铸型内放加强肋以加强铸型。
④多箱造型时错箱的可能性大，合箱时应严格定位。
图3-13是压缩机气缸体多箱造型示意图。气缸体质量要求较高，下芯、合箱检验都很困难，多箱造型采用上、下箱和两个中箱，以方便下芯、砂型固定和检验。
图3-14是管接头多箱造型工艺图。造型操作过程为：首先舂制下型，从下往上顺序舂制各型，做好合箱泥号，中间各箱上、下箱均做合箱泥号，作为与上面各箱和下面各箱的定位标准，打开上箱，取出上箱的模样，修型、开浇道，将最下边的一个中箱合在下型上，下芯（见图3-15），然后合上各箱。