铸造模型详解：14大类型、材料选用与关键工艺余量
模型是铸造过程的核心工具，可定义为按特定结构制造的实物模型，用于在湿砂或其他适用材料中压出称为“砂型”的型腔印痕。将熔融金属浇入砂型并凝固后，即获得模型的复制件——铸件。模型的制作过程称为模型制造。
模型类型概览
模型选择取决于：造型操作难易度、产量大小、造型工艺类型及铸件特殊结构特征等因素。常见 14 种类型如下：
- 单件模型（实体模型）
- 分型模型（两件/多件）
- 合型板模型
- 上下箱分离模型
- 带浇道模型
- 活动块模型
- 扫模/旋模
- 骨架模型
- 扇形/分段模型
- 壳型模型
- 箱式组合模型
- 层积/叠层模型
- 滚箍/板条组合模型
- 左右镜像模型
1. 单件/实体模型
无接缝、无分型面、无活动块的整体模型，不固定在模板/框架上，故称“散模”。成本低，但造型工需自行开浇道、冒口，耗时长，仅适用小批量、大型简单形状铸件。
2. 分型模型
因结构复杂难以单件起模，将模型按分型面分为上下两半（或三件以上即多件模型）。上下半部通过定位销/孔精确对齐，分型面即砂型分型面。三件模型有时需三箱造型，亦可在两箱砂箱中完成。
3. 合型板模型
将分型模型上下半部分分别安装在一块板（木/金属）两面对应位置。多个模型可共用一块合型板，浇道模型固定在下箱面板上。合箱后上下砂型完美对齐，浇注系统一次成型。常用铝制合型板，适合造型机大批量生产小型铸件，制造成本高但量产摊销划算。
4. 上下箱分离模型
大型铸件整箱过重，单人难操作。将模型按便利分型线分半，分别安装在独立模板上，可由不同班组同步造上下箱，大幅提升产能。
5. 带浇道模型
批量生产中，为保证熔融金属顺利充满型腔，需预制浇注系统。将多个模型组合成多型腔砂型，模型间连接部分即形成浇道/流道。消除了手工开浇道、起模耗时。木制或金属制，适合小型铸件大批量生产。
6. 活动块模型
当铸件结构导致模型无法整体起模（即使分型、分型面不止一平面）时采用。主体模型先起出，再取出需翻转/移动的活动块。维护工作量大、造型速度慢。
7. 扫模/旋模
利用旋转扫板成型对称回转体砂型/砂芯（大型件）。扫板轮廓对应铸件横截面，绕中心轴旋转成型。直扫板成型槽/棱，曲扫板成型大型铁锅等回转体。优势：省去昂贵模型制造成本。
8. 骨架模型
超大型铸件若做实体模型需大量木材。骨架模型用肋条框架勾勒轮廓尺寸，肋间填塞粘土/砂/泥砂，用刮板刮平。通常分上下箱两半。适用于水管、管弯、阀体、箱体等。
9. 扇形/分段模型
适用于环形、轮缘、齿轮等回转体。模型为圆周一段，固定在下砂箱中心主轴上。造型时依次转动模型、捣实砂型，逐段完成整圆周。
10. 壳型模型
多用于排水管件、管道弯头。金属制、装板、中心线分型、精准定位销。短弯管常成对造型浇铸。壳型模型为空心壳结构：外表面作模型成外型，内表面作芯盒成砂芯。有时称实心外形为“壳型”，内部挖空为“实心模型”。
11. 箱式组合模型
用木板胶钉拼成箱状，既节材又减重。适用于轮廓规则、矩形框架类铸件。
12. 层积/叠层模型
由两片以上木条胶接叠层构成。特殊皮带轮、法兰等难以整体雕刻的复杂形状，通过分段层积易于实现。有时需中心销/桩定位。
13. 滚箍/板条组合模型
圆筒、管子、柱类采用纵向条板（滚箍）斜面拼接，两端封“端盖”。条板外侧斜面贴合严密，胶钉固定于端盖。此法强度高、成型接近成品尺寸、余量极小。端盖可做半正多边形以便纵向分型。
14. 左右镜像模型
成对使用且不可互换、轮毂/凸台中心线对称的铸件（如吊架、车床腿、行李架托架）需制作左右镜像模型。图纸常仅给单侧视图，模型师需自行推导对侧。若底座设计对称可省去一副模型。
金属模型
大批量生产用，极少作散模。铸造成型无需分段拼接，但制造工艺复杂、要求极高技能（金属切削、精加工、装配、检测）。通常安装在单/双面模板上，小型模型可共板安装。
模型工艺余量
模型不按铸件成品尺寸制作，否则铸件会偏小。必须预留：收缩余量、拔模斜度、加工余量、变形余量、起模震动余量。
1. 收缩余量
金属凝固冷却收缩。模型按收缩尺/收缩规放大，比普通尺尺长。如铸铁收缩 10 mm/m，模型师用每米长 10 mm 的铸铁收缩尺。不同金属收缩不同，各有专用收缩尺。母模铸金属模型需双重收缩余量。
2. 拔模斜度
垂直面向内微倾斜以减少起模损伤砂型边缘。外表面斜度约 10~20 mm/m，内表面 40~60 mm/m。也可用度数表示。取决于垂直高度、结构复杂度、造型方式。
3. 加工余量
需机加工表面预留多余金属量。量值取决于：金属种类、铸件尺寸形状、造型方法。手工造型不同金属标准加工余量见表。
4. 变形/翘曲余量
因壁厚不均或冷却速度差导致铸件翘曲（如 U 型件腿张开）。模型预先反向预弯（腿内收），冷却后拉直平行。无标准数据，大型件余量可达 20 mm。
5. 起模震动余量
起模前震动模型会微增型腔。为保证铸件尺寸一致，模型预留微小负余量补偿震动膨胀。
模型材料选用原则
选择依据：
① 使用要求（产量、质量、复杂度、最小壁厚、精度、表面光洁度）
② 生产类型与造型工艺
③ 设计变更可能性
④ 重复订单可能性
优良模型材料应具备：
① 易加工、成型、拼接
② 质轻
③ 高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐化学作用
④ 尺寸稳定性好
⑤ 易得、低成本
⑥ 可修复、可复用
⑦ 可获得良好表面光洁度
常用材料类别：木材及木制品、金属及合金、石膏、塑料橡胶、蜡。
木材
最常用，满足多数要求。易加工、易得，可胶接/弯曲/雕刻成各种形状，易打磨光滑，虫胶漆保护最常用。
金属
大批量或木材不耐用环境下用。不受潮变形、存放不翘曲。机械造型因精度高、耐用、强度大常用金属模。常由木制母模铸造，需双重收缩余量。如黄铜模型生产铸铁件：木母模预留 14 mm/m（黄铜）+ 10 mm/m（铸铁）= 24 mm/m。常用金属：铸铁、钢、黄铜、铝、白铜。
铸铁
专用高精度模型。强度高、型面光滑锐利、耐砂磨损。但重、脆、易锈、需干燥存放。
黄铜
小型金属模型首选。强度高、不锈、表面光洁度优于铸铁、耐砂磨损。但比重大于铸铁，限用于小型模。
铝合金
综合性能最佳：熔点低、软易加工、轻质、耐腐蚀。缺点：较软，粗暴使用易损伤。
白铜/锌基合金
压铸生产常用，故称压铸合金。熔点低(~200℃)、收缩极小、最适合精细复杂形状。
塑料
现代模型新材料：不吸湿、高强、尺寸稳定、耐磨、表面光滑亮丽、轻质。光滑表面易脱模无需离型剂、固体收缩极低。制作时先做木制母模成型腔，浇注塑料树脂。模具材质多样（木、橡胶、塑料、金属、石膏最常用）。
两大类：热固性（环氧树脂因工艺性好最流行）与热塑性（聚苯乙烯泡沫最常用，多密度可选，易切削、加工、胶接成型）。
橡胶
硅橡胶等用于熔模铸造精密模具。双组分液态混合浇注固化成型，同环氧树脂工艺类似。
石膏
石膏水泥(巴黎石膏)用于模型、芯盒。抗压强度高(~300 kg/cm²)、木工刀具即可加工。滑石+水泥+水成可塑浆料浇注成型。亦用于造型随动板。专用石膏：Ultracal、Hydrocal、Hydrostone、模型专用 Hydrocal。
制模法：① 母模成型腔浇注石膏浆；② 扫模-刮板法旋转成型。
蜡
熔模铸造专用。多种蜡混合+聚合剂/稳定剂等添加剂。常用：石蜡、虫胶蜡、蜂蜡、地蜡、微晶蜡。优良蜡模要求：灰分≤0.05%、耐投料涂料、高抗拉强度硬度、良好焊接强度。成型方式：液/半液态蜡注射分模；固态注射可减少收缩、提高强度。
选择题 (MCQ)
- 下列哪项不是划线工具？ a) 刨子 b) 斜角尺 c) 直角尺 d) 划针 → 答案：a（刨子属切削工具）
- 斜角尺用于 ___ a) 划直角 b) 划非直角 c) 切木 d) 截木 → 答案：b
- 划线规划线垂直于边缘？ a) 对 b) 错 → 答案：b（划平行线）
- 下列非切削工具？ a) 圆锯 b) 平刨 c) 钳子 d) 线锯 → 答案：c（钳子用于拔钉）
- 非钻孔工具？ a) 棘轮扳手 b) 螺丝刀 c) 钻头 d) 尖锥 → 答案：b（螺丝刀拧螺丝）
- 切木材用哪种锯？ a) 线锯 b) 横截锯 c) 圆锯 d) 背锯 → 答案：c
- 燕尾锯切 ___ a) 方木 b) 木材 c) 硬木 d) 胶合板 → 答案：a
- 深孔钻削用？ a) 中心钻 b) 麻花钻/绞钻 c) 螺旋钻 d) 锥钻 → 答案：b
- 非刨削工具？ a) 玫瑰刨 b) 珠刨 c) 洋刨 d) 槽刨 → 答案：a
- ___ 用于磨刀。 a) 爪锤 b) 油石 c) 钳子 d) 棘轮扳手 → 答案：b
本文系统梳理了木工/铸造模型的 14 大类型、金属/非金属材料选用指南及五大工艺余量计算要点，配合选择题巩固知识，供工艺工程师、模型师参考。
工业技术