《智能砂型系統 第1部分：鑄鐵件鏤空砂型設計規范》編制說明

(征求意見稿)

1、任務來源、工作簡要過程、主要參加單位和工作組成員等

1）任務來源

本項目是依據中國鑄造協會2022年6月23日【2022】53號批復的團體標準立項，

項目編號為T/CFA2022017，項目名稱為“智能砂型系統第1部分：鑄鐵件鏤空砂型設

計規范”。本項目是制訂項目。主要起草單位:共享裝備股份有限公司、共享智能鑄造產

業創新中心有限公司、清華大學、國家數字化設計與制造創新中心、國家數字化設計與制

造創新中心北京中心、天津萬立鑫晟新材料技術研究院有限公司、廣東峰華卓立科技股份

有限公司。計劃完成時間為2022年。

2)工作簡要過程

標準起草單位于2021年5月1日成立了起草工作組，由共享裝備股份有限公司為組

長單位，負責主要起草工作。工作組對國內外鏤空鑄型設計的技術現狀與發展情況進行全

面調研，同時廣泛搜集相關標準和國內外技術資料，進行了大量的研究分析、資料查證工

作，結合實際應用經驗，進行全面總結和歸納，在此基礎上編制出《《智能砂型系統第

1部分：鑄鐵件鏤空砂型設計規范》標準草案初稿。2022年1月份提交中國鑄造協會組織

專家進行了研討，對標準的框架及內容進行了討論和確定，起草單位進行了修訂后并申請

立項，中國鑄造協會組織專家進行了評議，于2022年6月23日批復立項。標準起草組依

據專家提出的一些意見對標準進行了修改和完善，形成標準的征求意見稿，并于2022年

8年5月，報中鑄協標準工作委員會秘書處。

3）主要參加單位和工作組成員及其所做的工作

本文件起草單位：共享裝備股份有限公司、共享智能鑄造產業創新中心有限公司、清

華大學、國家數字化設計與制造創新中心、國家數字化設計與制造創新中心北京中心、天

津萬立鑫晟新材料技術研究院有限公司、廣東峰華卓立科技股份有限公司。

本文件主要起草人：xx、xxx、。

2、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則

1)標準化對象簡要情況

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本標準的標準化對象：鑄鐵件鏤空砂型。增材制造技術為古老的鑄造技術提供了新的

發展機遇和新思路，尤其是為鑄型設計提供了顛覆性的新思路和制備手段。鑄型的鏤空化

是實現智能鑄型的基礎，是智能鑄造的關鍵，是實現鑄件鑄造過程閉環控制冷卻的保障。

本標準圍繞鏤空砂型設計，明確了鏤空砂型設計的目的，提出了鏤空砂型設計的原則，制

定了鏤空砂型設計技術規范。通過標準的制定和實施，將推進智能鑄造技術的發展，將推

進增材制造技術的普及，為推進鑄造產業結構調整與優化升級創造條件，為實現鑄造智能

化奠定基礎，推動鑄造行業的科技進步；同時將改變傳統鑄造的生產模式，提高生產效率

和響應速度，降低生產成本，縮短鑄造工藝流程，改善鑄造生產作業環境，減少對環境的

不利影響。國際和國內標準中沒有相關鏤空砂型設計技術規范，特制定此標準用于規范鏤

空砂型工藝。

2)制訂標準的原則

（1）制訂標準的依據和理由

本標準在起草過程中主要按GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分:標準的結

構和編寫規則》的要求編寫。在確定本標準主要技術指標時，綜合考慮生產企業的能力和

用戶的利益，尋求最大的經濟、社會效益，充分體現了標準在技術上的先進性和合理性。

（2）制訂標準的原則

本標準在制訂過程中，遵循“面向市場、服務產業、自主制定、適時推出、及時修訂、

不斷完善”的原則，注重標準修訂與技術創新、試驗驗證、產業推進、應用推廣相結合，

本著先進性、科學性、合理性和可操作性以及標準的目標、統一性、協調性、適用性、一

致性和規范性的原則來進行本標準的制定工作。

3、與國際、國外對比情況

本標準制定過程中未查到同類國內、國際、國外標準。

本標準水平為國內領先水平。

4、標準主要內容

1）標準適用范圍

文件規定了鑄鐵件鏤空砂型設計的設計總則和設計要求。

本文件適用于鑄鐵件鑄造生產中使用的鏤空砂型的設計。

2）標準內容

2/7

本標準由范圍、規范性引用文件、術語和定義、設計總則和設計要求組成。

5、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經濟論證，預期的經濟效果等

1）驗證方法

采用實驗室和生產車間驗證的方法。

2）驗證情況分析

1、實驗室試驗論證階段。

驗證地點：清華大學

驗證時間：2016年10月至2019年12月

持續時間：39個月

試驗階段，針對鋁合金鑄造試件應力框（如圖1），設計了鏤空砂型，并應用于鑄件的

澆注，獲得了良好質量的鑄件，并且避免了實現了鑄件冷卻速度的提高，力學性能的提高，

以及鑄件冷卻過程的整體和局部的控制冷卻。

根據鑄造工藝，利用軟件生成了該鑄造試件的各種鏤空結構，采用ExOne-Smax打印

出了鏤空砂型，如圖2所示。3D打印中采用呋喃樹脂粘結劑，加入量為1.6-1.8%，固化

劑為0.2%，室溫強度大于2MPa。這些砂型沒有分型面，鏤空砂型為一個完整的整體。為

了便于鑄件型腔的清砂，在難以清砂的部位設置了清砂工藝孔進行清砂，同時采用內窺鏡

進行內部清砂情況的檢查。將熔融的A356鋁合金澆入砂型，得到了具有良好外表面的鑄

件，如圖3所示。

圖1應力框的形狀尺寸

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(a)鏤空砂型1（六面體桁架型）(b)鏤空砂型2（四面體桁架型）

(e)鏤空砂型3（表面加強筋型）(f)鏤空砂型4（冒口處中空保溫層）

圖2應力框的典型鏤空砂型

圖3鏤空砂型的澆注圖4應力框鑄造過程中鏤空砂型的溫度分布圖5

有鏤空砂型澆注得到的應力框鑄件

采用鏤空砂型時應力框粗桿中心的冷卻曲線和傳統密實鑄型條件下的冷卻曲線對比

如圖6所示。從圖中可以看出采用鏤空砂型后粗桿后期的冷卻速度明顯快于密實砂型的情

況，這是由于鏤空砂型壁厚較薄，表面溫度高，因此和空氣之間的傳熱效率高，因此鑄件

的冷卻效率高，不同于密實砂型在鑄造后期由于蓄能接近飽和而緩慢冷卻的情況。鏤空砂

型的冷卻效率提高28%以上，見表1。

表1鏤空砂型的型砂節約、控制冷卻的效果

類型殼型厚桁架桿/砂型重量型砂減重冷卻效率700to200提高率

度筋斷面(Kg)率(%)提高或凝固時間延長(%)

(mm)(mm)

傳統密實砂型--300-

鏤空砂型11020201260冷卻提高28

鏤空砂型1+整體102020126054

4/7

風冷

鏤空砂型2+整體10Φ1068055

風冷

鏤空砂型310101039035

空氣套保溫凝固時間延長14%

鏤空結構4中在冒口部位采用了中空層設計，中空層內的空氣導熱效率低，因此具有

一定的保溫作用。從圖中可以看出冒口的凝固時間推遲120s，如圖7所示，這有利于提

高冒口的補縮能力。該中中空層結構也可以用于鑄件薄壁部位以緩解和厚大部位的溫差，

從而降低鑄件的殘余應力，減小變形。

由于鏤空砂型的結構方便性，為了加快應力框粗桿的冷卻，對鏤空結構3的應力框粗

桿的殼型底部進行了吹風強制冷卻，進一步顯著加快了粗桿的冷卻，從而顯著縮小了粗桿

和細桿之間的溫差，有利于降低應力框的殘余應力。這也說明了鏤空砂型的靈巧性，使得

智能鑄造得以實現。

澆注后采用對鏤空砂型整體吹風冷卻的方法，也顯著提高了應力框的整體冷卻效果，

鏤空砂型1和2整體吹風冷卻后提高鑄件冷卻效果至55%左右，如表1所示。

圖6應力框粗桿在鏤空砂型1中和傳統砂圖7鏤空砂型4冒口中空保溫結構的保溫

型中的冷卻曲線對比

效果

2、生成車間試驗論證階段。

驗證地點：共享裝備股份有限公司

驗證時間：2019年5月至2020年4月

持續時間：12個月

試驗階段，針對機床鑄鐵件的砂芯，進行了鏤空設計，并應用于鑄件的澆注，獲得了

良好質量的鑄件，并且避免了采用傳統砂芯造成的鑄件的裂紋缺陷。

3、小批量試驗階段。

驗證地點：共享裝備股份有限公司

驗證時間：2020年4月至2021年2月

5/7

持續時間：10個月

驗證批量：10件

6、與有關的現行的方針、政策、法律、法規和強制性標準的關系；

本標準與現行相關法律、法規、規章及相關標準等無沖突。根據《中華人民共和國標

準化法》的要求，本標準科學、合理、先進、適用，有利于提高生產企業的技術水平和經

濟效益，有利于保護消費者的利益，有利于保護環境，有利于合理利用國家資源，推廣科

學技術成果，有利于促進對外經濟技術合作和對外貿易，并符合技術上先進，經濟上合理

的要求，具有合法性、實用性、規范性、協調性。

7、對征求意見及重大分歧意見的處理經過和依據

本標準制定過程中，無重大分歧意見。

8、標準水平建議，預期的社會經濟效果

1）標準水平建議

建議本標準的性質為團體標準。

2）預期的社會經濟效果

增材制造技術為古老的鑄造技術提供了新的發展機遇和新思路，尤其是為砂型設計提

供了顛覆性的新思路和制備手段。砂型的鏤空化是實現智能砂型的基礎，是智能鑄造的關

鍵，是實現鑄件鑄造過程閉環控制冷卻的保障。本標準圍繞鏤空砂型設計，明確了鏤空砂

型設計的目的，提出了鏤空砂型設計的原則，制定了鏤空砂型設計技術規范。

通過標準的制定和實施，將推進智能鑄造技術的發展，將推進增材制造技術的普及，

為推進鑄造產業結構調整與優化升級創造條件，為實現鑄造智能化奠定基礎，推動鑄造行

業的科技進步；同時將改變傳統鑄造的生產模式，提高生產效率和響應速度，降低生產成

本，縮短鑄造工藝流程，改善鑄造生產作業環境，減少對環境的不利影響。

通過標準的制定和實施，將促進技術創新，增強產品的國內外市場競爭力，同時為推

進鑄造產業結構調整與優化升級創造條件，對規范市場競爭，引導市場良性發展，加快我

國快速成型鑄造技術快速發展具有積極的促進作用。

9、貫徹標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術措施、過渡辦法等內容），根據國

家經濟、技術政策需要和該標準涉及的產品的技術改造難度等因素提出標準的實施日期的

建議

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在本