铁型覆砂铸造作为一种融合金属型铸造与砂型铸造优势的特种工艺，在高端铸件生产中展现出独特价值。其通过在金属型表面覆设一层薄砂，既保留了铁型的高刚度与尺寸稳定性，又借助覆砂层实现了良好的充型能力与铸件表面质量。本文将系统剖析该工艺的技术原理、核心流程及质量控制要点，为工程实践提供理论支撑与操作指南。

一、工艺原理：金属型与砂型的协同机制

1.1 复合铸型的技术本质

铁型覆砂工艺的核心在于构建 "刚性铁型 + 柔性覆砂" 的复合铸型结构：

铁型基底：采用 HT300 以上灰铸铁或球墨铸铁制造，提供高强度支撑框架，其热导率（约 46W/m・K）远高于型砂（约 1.2W/m・K），可实现铸件的快速冷却

覆砂层：通常为 0.5-5mm 厚的树脂砂或水玻璃砂，利用砂层的溃散性解决铸件收缩阻碍问题，同时通过调节砂层厚度控制冷却梯度

这种结构使工艺兼具两大优势：铁型保证铸件尺寸精度（CT7-CT9 级）和表面粗糙度（Ra12.5-25μm），覆砂层则消除了金属型铸造常见的白口倾向，适用于球墨铸铁、灰铸铁等材料的精密铸造。

1.2 凝固控制的热力学特性

与传统砂型相比，铁型覆砂的热交换过程呈现独特规律：

激冷效应：铁型的激冷作用使铸件表层形成细晶粒组织，抗拉强度可提升 10%-15%

梯度冷却：通过调整覆砂层厚度（如轮毂铸件采用 2-3mm 覆砂），可在铸件截面形成 0.5-1℃/mm 的温度梯度，引导顺序凝固

蓄热平衡：铁型的蓄热能力（比热容 460J/kg・K）可使连续生产时铸型温度稳定在 150-250℃，避免冷型浇注导致的浇不足缺陷

二、核心工艺流程：从铸型制备到铸件清理

2.1 铁型制备与预处理

铁型设计：需考虑 1.0-1.5% 的铸造收缩率，分型面设置 0.5-1° 拔模斜度，典型汽车刹车盘铁型的壁厚设计为 20-30mm

表面处理：采用喷丸工艺（粒径 0.8-1.2mm）使铁型表面粗糙度达 Ra12.5，再喷涂石墨水剂涂料（浓度 15-20%）以改善脱模性

2.2 覆砂层成型工艺

2.2.1 射砂覆砂法（主流工艺）

设备：垂直分型射芯机（射砂压力 0.4-0.6MPa）

砂料：呋喃树脂砂（树脂加入量 1.5-2.0%，固化剂占树脂量 30%）

关键参数：射砂时间 8-15s，保压时间 5-10s，覆砂层密度控制在 1.6-1.8g/cm³

2.2.2 挤压覆砂法（适用于复杂型腔）

采用双螺杆挤出机（转速 30-50r/min）将混好的树脂砂挤压到铁型表面

典型应用：发动机缸体水套部位的 0.8-1.2mm 超薄覆砂

2.3 浇注与凝固控制

浇注温度：球墨铸铁控制在 1300-1350℃，灰铸铁 1350-1400℃，比传统砂型低 50-80℃

浇注速度：采用 "慢 - 快 - 慢" 三段式控制，以汽车齿轮箱盖为例，充型时间控制在 8-12s

开箱时间：根据铸件壁厚确定，30mm 壁厚铸件需在浇注后 3-5min 开箱，避免应力开裂

2.4 后处理工艺

落砂清理：采用振动落砂机（振幅 1-2mm，频率 50Hz）去除覆砂层

热处理：球墨铸铁件常进行退火处理（加热至 900℃保温 2h，随炉冷至 600℃）消除应力

无损检测：重要铸件需进行 UT（超声探伤）和 MT（磁粉检测），检测灵敏度达 Φ2mm 平底孔