การหล่อโลหะเหล่านี้ทำโดยใช้แม่พิมพ์ทรายที่ทำจากทราย "เปียก" ซึ่งประกอบด้วยน้ำและสารยึดเกาะอินทรีย์ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าดินเหนียว ชื่อ "ทรายเขียว" มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าแม่พิมพ์ทรายยังไม่ "แข็งตัว" มันยังคงอยู่ในสภาพ "เขียว" หรือยังไม่แข็งตัวแม้ว่าจะเทโลหะลงในแม่พิมพ์แล้วก็ตาม ทรายเขียวไม่ได้มีสีเขียว แต่ "เขียว" ในแง่ที่ว่ามันถูกใช้ในสภาพเปียก (คล้ายกับไม้สด) ตรงกันข้ามกับสิ่งที่ชื่อบ่งบอก "ทรายเขียว" ไม่ใช่ทรายชนิดหนึ่งโดยเฉพาะ (นั่นคือ ไม่ใช่ทรายเขียวในความหมายทางธรณีวิทยา) แต่เป็นส่วนผสมของ:

• ทราย ซิลิกา (SiO2 , ทราย โครไมต์ (FeCr2O4 หรือ ทราย (ZrSiO4 ) 75 ถึง 85% บางครั้งอาจมี โอลิวีน สเตาโรไลต์หรือกราไฟต์ปะปนอยู่
• เบนโทไนต์ ( ดินเหนียว ) 5 ถึง 11%
• น้ำ 2 ถึง 4%
• ตะกอนเฉื่อย3 ถึง 5%
• แอนทราไซต์ (0 ถึง 1%)

มีสูตรมากมายสำหรับการกำหนดสัดส่วนของดินเหนียว แต่ทุกสูตรล้วนให้ความสมดุลที่แตกต่างกันระหว่างความสามารถในการขึ้นรูป ผิวสำเร็จ และความสามารถของโลหะหลอมเหลวในการระบายก๊าซ ถ่านหิน ซึ่งโดยทั่วไปใน โรงหล่อเรียกว่าถ่านหินทะเลซึ่งมีอยู่ในอัตราส่วนน้อยกว่า 5% จะเผาไหม้บางส่วนเมื่ออยู่ร่วมกับโลหะหลอมเหลว ทำให้เกิดไอระเหยอินทรีย์ การหล่อทรายเขียวสำหรับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กจะไม่ใช้สารเติมแต่งถ่านหิน เนื่องจากCOที่เกิดขึ้นไม่สามารถป้องกันการออกซิเดชันได้ ทรายเขียวสำหรับอะลูมิเนียมโดยทั่วไปจะใช้ ทราย โอลิวีน (ส่วนผสมของแร่ฟอร์สเตอไรต์และฟาไลต์ซึ่งทำโดยการบด หิน ดูไนต์ )

การเลือกใช้ทรายมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับอุณหภูมิที่ใช้ในการหล่อโลหะ ที่อุณหภูมิในการหล่อทองแดงและเหล็ก ดินเหนียวจะถูกทำลายด้วยความร้อน โดยมอนต์มอริลโลไนต์จะเปลี่ยนเป็นอิลไลต์ซึ่งเป็นดินเหนียวที่ไม่ขยายตัว โรงหล่อส่วนใหญ่ไม่มีอุปกรณ์ราคาแพงมากพอที่จะกำจัดดินเหนียวที่ไหม้หมดไปและเติมดินเหนียวใหม่เข้าไป ดังนั้นโรงหล่อที่หล่อเหล็กจึงมักใช้ทรายซิลิกาซึ่งมีราคาถูกกว่าทรายชนิดอื่น เมื่อดินเหนียวไหม้หมดไป ก็จะมีการเติมทรายผสมใหม่เข้าไป และทรายเก่าบางส่วนจะถูกทิ้งหรือนำไปรีไซเคิลใช้ประโยชน์อื่น ซิลิกาเป็นทรายที่ไม่พึงประสงค์ที่สุด เนื่องจากเม็ดทรายซิลิกาที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา มีแนวโน้มที่จะแตกตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็กกว่าไมครอนเมื่อได้รับความร้อนอย่างฉับพลันในระหว่างการหล่อ อนุภาคเหล่านี้จะเข้าสู่ในอากาศของพื้นที่ทำงานและอาจทำให้เกิดโรค ซิลิโคซิส ในคนงานได้ โรงหล่อเหล็กจึงทุ่มเทความพยายามอย่างมากในการดักจับฝุ่นซิลิกาอย่างละเอียดเพื่อกำจัดมัน อุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจประเภทต่างๆ ยังถูกนำมาใช้ในโรงหล่ออีกด้วย^{[ 4 ​​] [ 5 ]}

ทรายยังมีลักษณะไม่เสถียรทางมิติที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปของควอตซ์จากอัลฟาควอตซ์เป็นเบตาควอตซ์ที่อุณหภูมิ 680  องศาเซลเซียส (1250  องศาฟาเรนไฮต์) บ่อยครั้งที่มีการเติมสารที่ติดไฟได้ เช่น ผงไม้ เพื่อสร้างช่องว่างให้เม็ดทรายขยายตัวโดยไม่ทำให้แม่พิมพ์เสียรูป ดังนั้นจึงมีการใช้ ออลิวีนโครไมต์ฯลฯเนื่องจากไม่มีการเปลี่ยนเฟสที่ทำให้เม็ดทรายขยายตัวอย่างรวดเร็ว ออลิวีนและโครไมต์ยังมีความหนาแน่นสูงกว่า ซึ่งทำให้โลหะเย็นตัวเร็วขึ้น จึงทำให้ได้โครงสร้างเม็ดละเอียดในโลหะ เนื่องจากไม่ใช่แร่แปรสภาพจึงไม่มีผลึกหลายเหลี่ยมเหมือนในซิลิกาและด้วยเหตุนี้จึงไม่ก่อให้เกิดอนุภาคขนาดเล็กกว่าไมครอนที่เป็นอันตราย

วิธี การหล่อแบบใช้ลมร้อน (Air Set)ใช้ทรายแห้งที่ยึดเกาะกับวัสดุอื่นที่ไม่ใช่ดินเหนียว โดยใช้กาว ที่แห้งเร็ว วิธีหลังนี้อาจเรียกว่าการหล่อแบบไม่ต้องอบ (No Bake Mold Casting ) เมื่อใช้วิธีนี้ จะเรียกโดยรวมว่าการหล่อทรายแบบ "ใช้ลมร้อน" (Air Set Sand Castings) เพื่อแยกความแตกต่างจากการหล่อทรายแบบ "ใช้ทรายเขียว" (Green Sand Castings) ทรายสำหรับทำแม่พิมพ์มีสองประเภท คือ ทรายธรรมชาติ (ทรายจากริมฝั่ง) และทรายสังเคราะห์ (ทรายจากทะเลสาบ) โดยทั่วไปแล้วจะนิยมใช้ทรายสังเคราะห์มากกว่าเนื่องจากมีองค์ประกอบที่สม่ำเสมอกว่า

ทั้งสองวิธีนี้ จะใช้ทรายผสมอัดรอบแบบจำลองเพื่อสร้างโพรงแม่พิมพ์ หากจำเป็น จะใช้ปลั๊กชั่วคราวใส่ลงในทรายและสัมผัสกับแบบจำลอง เพื่อสร้างช่องสำหรับเทของเหลวหล่อในภายหลัง แม่พิมพ์แบบตั้งอากาศมักจะทำโดยใช้ภาชนะหล่อที่มีส่วนบนและส่วนล่าง เรียกว่าโคปและแดรกส่วนผสมของทรายจะถูกอัดแน่นเมื่อเติมรอบแบบจำลอง และบางครั้งการประกอบแม่พิมพ์ขั้นสุดท้ายจะถูกสั่นเพื่ออัดทรายและเติมช่องว่างที่ไม่ต้องการในแม่พิมพ์ จากนั้นจะนำแบบจำลองออกพร้อมกับปลั๊กช่อง เหลือไว้เพียงโพรงแม่พิมพ์ ของเหลวหล่อ (โดยทั่วไปคือโลหะหลอมเหลว) จะถูกเทลงในโพรงแม่พิมพ์ หลังจากที่โลหะแข็งตัวและเย็นลงแล้ว ชิ้นงานหล่อจะถูกแยกออกจากแม่พิมพ์ทราย โดยทั่วไปจะไม่มีสารปลดปล่อยแม่พิมพ์ และแม่พิมพ์มักจะถูกทำลายในกระบวนการนำออก^{[ 6 ]}

ความแม่นยำของการหล่อถูกจำกัดด้วยชนิดของทรายและกระบวนการขึ้นรูป การหล่อทรายที่ทำจากทรายเขียวหยาบจะทำให้พื้นผิวมีลักษณะหยาบ ซึ่งทำให้ระบุได้ง่าย การหล่อที่ทำจากทรายเขียวละเอียดอาจเงางามได้ทันทีที่หล่อเสร็จ แต่มีข้อจำกัดเรื่องอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างของช่องในแบบ การหล่อด้วยแม่พิมพ์แบบใช้ลมสามารถผลิตชิ้นงานหล่อที่มีพื้นผิวเรียบกว่าทรายเขียวหยาบ แต่โดยส่วนใหญ่แล้ววิธีนี้จะถูกเลือกใช้เมื่อต้องการช่องที่ลึกและแคบในแบบ เนื่องจากค่าใช้จ่ายของพลาสติกที่ใช้ในกระบวนการ การหล่อแบบใช้ลมมักจะระบุได้ง่ายจากสีไหม้บนพื้นผิว โดยทั่วไปแล้วชิ้นงานหล่อจะถูกพ่นด้วยลูกเหล็กเพื่อขจัดสีไหม้นั้นออกไป พื้นผิวอาจถูกขัดและขัดเงาในภายหลังได้ เช่น เมื่อทำระฆังขนาดใหญ่หลังจากขึ้นรูปแล้ว ชิ้นงานหล่อจะถูกปกคลุมด้วยสารตกค้างของออกไซด์ ซิลิเกต และสารประกอบอื่นๆ สารตกค้างนี้สามารถกำจัดได้ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การขัดหรือการพ่นด้วยลูกเหล็ก

ในระหว่างการหล่อขึ้นรูป ส่วนประกอบบางส่วนของส่วนผสมทรายจะสูญเสียไปในกระบวนการหล่อขึ้นรูปด้วยความร้อน ทรายดิบสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลังจากปรับองค์ประกอบเพื่อเติมความชื้นและสารเติมแต่งที่สูญเสียไป แม่พิมพ์เองก็สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้เรื่อยๆ เพื่อผลิตแม่พิมพ์ทรายใหม่ กระบวนการหล่อขึ้นรูปด้วยทรายถูกใช้มาหลายศตวรรษเพื่อผลิตชิ้นงานหล่อด้วยมือ ตั้งแต่ปี 1950 เป็นต้นมา กระบวนการหล่อขึ้นรูปกึ่งอัตโนมัติได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับสายการผลิต

แม่พิมพ์แบบกล่องเย็นใช้สารยึดเกาะอินทรีย์และอนินทรีย์ที่ช่วยเสริมความแข็งแรงของแม่พิมพ์โดยการยึดเกาะกับทรายด้วยกระบวนการทางเคมี แม่พิมพ์ประเภทนี้ได้ชื่อมาจากการที่ไม่ต้องอบในเตาอบเหมือนแม่พิมพ์ทรายประเภทอื่นๆ แม่พิมพ์ประเภทนี้มีความแม่นยำในด้านขนาดมากกว่าแม่พิมพ์ทรายสด แต่มีราคาแพงกว่า ดังนั้นจึงใช้เฉพาะในงานที่จำเป็นจริงๆ เท่านั้น

แม่พิมพ์แบบไม่ต้องอบเป็นแม่พิมพ์ทรายแบบใช้แล้วทิ้ง คล้ายกับแม่พิมพ์ทรายทั่วไป ยกเว้นว่าแม่พิมพ์เหล่านี้ยังมีเรซิน เหลวที่แข็งตัวเร็ว และตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ด้วย แทนที่จะอัดแน่น ทรายหล่อจะถูกเทลงในแม่พิมพ์และถือไว้จนกว่าเรซินจะแข็งตัว ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง การหล่อแบบนี้ยังให้ผิวสำเร็จที่ดีกว่าแม่พิมพ์ทรายประเภทอื่น^{[ 7 ]}เนื่องจากไม่มีความร้อนเกี่ยวข้อง จึงเรียกว่ากระบวนการแข็งตัวแบบเย็น วัสดุแม่พิมพ์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ไม้ โลหะ และพลาสติก โลหะที่ใช้หล่อในแม่พิมพ์แบบไม่ต้องอบโดยทั่วไป ได้แก่ ทองเหลือง เหล็ก ( เฟอร์รัส ) และโลหะผสมอะลูมิเนียม

การขึ้นรูปด้วยสุญญากาศ ( กระบวนการ V ) เป็นรูปแบบหนึ่งของกระบวนการหล่อทรายสำหรับโลหะเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กส่วนใหญ่^{[ 8 ]}ซึ่งทรายที่ไม่ยึดติดกันจะถูกกักไว้ในแม่พิมพ์ด้วยสุญญากาศแบบจำลองจะถูกเจาะช่องระบายอากาศเป็นพิเศษเพื่อให้สามารถดูดสุญญากาศผ่านได้ แผ่นฟิล์มพลาสติก บางๆ ที่อ่อนตัวด้วยความร้อน ( 0.003 ถึง 0.008 นิ้ว (0.076 ถึง 0.203 มม.) ) จะถูกคลุมทับแบบจำลองและดูดสุญญากาศ ( 200 ถึง 400 มม.ปรอท (27 ถึง 53 กิโลปาสคาล) ) แม่พิมพ์ขึ้นรูปสุญญากาศพิเศษจะถูกวางไว้เหนือแบบจำลองพลาสติกและเติมทรายที่ไหลได้อิสระลงไป ทรายจะถูกสั่นเพื่ออัดแน่น และจะมีการขึ้นรูปช่องทางและถ้วยเทในส่วนบนของแม่พิมพ์ แผ่นพลาสติกอีกแผ่นหนึ่งจะถูกวางไว้ด้านบนของทรายในแม่พิมพ์และดูดสุญญากาศผ่านแม่พิมพ์พิเศษ ซึ่งจะทำให้ทรายที่ไม่ยึดติดกันแข็งตัวและแข็งแรงขึ้น จากนั้นจึงปล่อยสุญญากาศออกจากแม่พิมพ์และนำส่วนบนออก ทำส่วนล่างในลักษณะเดียวกัน (โดยไม่มีท่อส่งและถ้วยเท) วางแกนใดๆ ไว้ในตำแหน่งและปิดแม่พิมพ์ เทโลหะหลอมเหลวในขณะที่ส่วนบนและส่วนล่างยังคงอยู่ภายใต้สุญญากาศ เนื่องจากพลาสติกจะระเหยไป แต่สุญญากาศจะรักษารูปทรงของทรายในขณะที่โลหะแข็งตัว เมื่อโลหะแข็งตัวแล้ว จะปิดสุญญากาศและทรายจะไหลออกมาอย่างอิสระ ทำให้ได้ชิ้นงานหล่อ^{[ 9 ] [ 10 ]}    

กระบวนการหล่อแบบ V-process มีชื่อเสียงในเรื่องที่ไม่ต้องใช้แบบร่าง เนื่องจากฟิล์มพลาสติกมีความลื่นในระดับหนึ่งและจะขยายตัวเล็กน้อยเมื่อดูดอากาศออกในแม่พิมพ์ กระบวนการนี้มีความแม่นยำของขนาดสูง โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน ±0.010  นิ้วสำหรับนิ้วแรก และ ±0.002  นิ้วต่อนิ้วหลังจากนั้น สามารถผลิตชิ้นงานที่มีหน้าตัดเล็กได้ถึง0.090 นิ้ว (2.3 มม.)ผิวสำเร็จดีมาก โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 150 ถึง 125 rmsข้อดีอื่นๆ ได้แก่ ไม่มีข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับความชื้น ไม่มีค่าใช้จ่ายสำหรับสารยึดเกาะ การซึมผ่านของทรายดีเยี่ยม และไม่มีควันพิษจากการเผาไหม้สารยึดเกาะ สุดท้าย แม่พิมพ์จะไม่สึกหรอเนื่องจากทรายไม่สัมผัสกับแม่พิมพ์ ข้อเสียหลักคือกระบวนการนี้ช้ากว่าการหล่อทรายแบบดั้งเดิม ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับปริมาณการผลิตต่ำถึงปานกลางเท่านั้น ประมาณ 10,000 ถึง 15,000 ชิ้นต่อปี อย่างไรก็ตาม นี่ทำให้เหมาะสำหรับงานต้นแบบ เนื่องจากแม่พิมพ์สามารถปรับเปลี่ยนได้ง่ายเพราะทำจากพลาสติก^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}  

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์และเครื่องจักรกล ทำให้พื้นที่ที่ต้องการการหล่อโลหะต้องการประสิทธิภาพการผลิต ที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ขั้นตอนพื้นฐานของกระบวนการขึ้นรูปและหล่อโลหะด้วยเครื่องจักรกลนั้นคล้ายคลึงกับที่อธิบายไว้ในกระบวนการหล่อทรายด้วยมือ อย่างไรก็ตาม การพัฒนาทางเทคนิคและความคิดนั้นรวดเร็วและลึกซึ้งมาก จนทำให้ลักษณะของกระบวนการหล่อทรายเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง

สายการผลิตขึ้นรูปทรายแรงดันสูงอัตโนมัติ

ข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เพิ่มขึ้นทำให้จำเป็นต้องเพิ่มความเสถียรของแม่พิมพ์โดยการใช้แรงดันบีบอัดที่สูงขึ้นเรื่อยๆ และวิธีการอัดแน่นที่ทันสมัยสำหรับทรายในแม่พิมพ์ ในช่วงต้นทศวรรษที่ 1950 การขึ้นรูปด้วย แรงดันสูงได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในสายการผลิตแม่พิมพ์แบบกลไก และต่อมาเป็นแบบอัตโนมัติ สายการผลิตแรกๆ ใช้การกระแทกและการสั่นสะเทือนเพื่ออัดแน่นทรายในแม่พิมพ์ก่อน และ ใช้ลูกสูบที่ขับเคลื่อนด้วย อากาศอัดเพื่ออัดแน่นแม่พิมพ์

การขึ้นรูปแม่พิมพ์ทรายแนวนอน

ในสายการผลิตแม่พิมพ์แนวนอนอัตโนมัติรุ่นแรกๆ ทรายจะถูกฉีดหรือเหวี่ยงลงบนแบบจำลองในแม่พิมพ์และอัดด้วยแรงดันไฮดรอลิกสูงถึง 140 บาร์การจัดการแม่พิมพ์ในขั้นตอนต่อมา รวมถึงการพลิกกลับ การประกอบ และการดันออกบนสายพานลำเลียงนั้น ทำได้ด้วยมือหรือโดยอัตโนมัติ ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1950 มีการใช้ลูกสูบไฮดรอ ลิกหรือระบบลูกสูบหลายตัวในการอัดทรายในแม่พิมพ์ วิธีนี้ทำให้ได้แม่พิมพ์ที่มีความเสถียรและแม่นยำกว่าการใช้มือหรือระบบลมมากในช่วงปลายทศวรรษที่ 1960 ได้มีการพัฒนาระบบการอัดแม่พิมพ์โดยใช้แรงดันอากาศหรือแรงดันแก๊สที่ลดลงอย่างรวดเร็วเหนือแม่พิมพ์ทรายที่อัดไว้ล่วงหน้า (แรงดันทรายและแรงดันแก๊ส) หลักการทำงานทั่วไปของระบบสายการผลิตแม่พิมพ์แนวนอนส่วนใหญ่แสดงไว้ในภาพร่างด้านล่าง

ปัจจุบันมีผู้ผลิตเครื่องขึ้นรูปแม่พิมพ์แนวนอนอัตโนมัติจำนวนมาก ข้อเสียเปรียบหลักของระบบเหล่านี้คือ การสิ้นเปลืองชิ้นส่วนอะไหล่สูงเนื่องจากมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่จำนวนมาก ความจำเป็นในการจัดเก็บ ขนส่ง และบำรุงรักษาแม่พิมพ์ และประสิทธิภาพการผลิตที่จำกัดอยู่ที่ประมาณ 90-120  แม่พิมพ์ต่อชั่วโมง

การขึ้นรูปแนวตั้งโดยไม่ต้องใช้แม่พิมพ์ทราย

ในปี 1962 บริษัท Dansk Industri Syndikat A/S (DISA- DISAMATIC ) ได้คิดค้นกระบวนการหล่อแบบไร้ฝาแม่พิมพ์ โดยใช้แม่พิมพ์ที่แยกและเทในแนวตั้ง สายการผลิตแรกสามารถผลิตแม่พิมพ์ทรายได้มากถึง 240 ชิ้นต่อชั่วโมง ปัจจุบันสายการผลิตสามารถผลิตแม่พิมพ์ทรายได้ถึง 550 ชิ้นต่อชั่วโมง และต้องการผู้ควบคุมเพียงคนเดียวเท่านั้น ความคลาดเคลื่อนสูงสุดระหว่างแม่พิมพ์สองส่วนคือ0.1 มม. (0.0039 นิ้ว)แม้ว่าจะเร็วมาก แต่แม่พิมพ์ที่แยกในแนวตั้งมักไม่นิยมใช้ในโรงหล่อทั่วไป เนื่องจากต้องใช้เครื่องมือพิเศษในการใช้งานกับเครื่องจักรเหล่านี้ แกนกลางต้องตั้งด้วยหน้ากากแกนกลางแทนการใช้มือ และต้องแขวนอยู่ในแม่พิมพ์แทนที่จะวางบนพื้นผิวที่แยกออกจากกัน  

การขึ้นรูปทรายแผ่นไม้ขีดไฟ

หลักการของแผ่นแม่พิมพ์ที่มีลวดลายสองแบบอยู่แต่ละด้านของแผ่นเดียวกัน ได้รับการพัฒนาและจดสิทธิบัตรในปี 1910 ซึ่งเป็นการเปิดทางให้กับการพัฒนาการหล่อทรายในอนาคต อย่างไรก็ตาม บริษัท Hunter Automated Machinery Corporation ของอเมริกาเป็นเจ้าแรกที่เปิดตัวสายการผลิตหล่อแบบแนวนอนอัตโนมัติแบบไม่ต้องใช้แม่พิมพ์เป็นครั้งแรก โดยใช้เทคโนโลยีแผ่นแม่พิมพ์ดังกล่าว

วิธีการนี้คล้ายกับการขึ้นรูปแนวตั้งของ DISA (DISAMATIC) คือไม่ต้องใช้แม่พิมพ์ แต่เป็นการขึ้นรูปในแนวนอน เทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยแผ่นประกบ (matchplate molding) เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ข้อดีที่สำคัญคือแม่พิมพ์มีราคาไม่แพง เปลี่ยนแม่พิมพ์ได้ง่าย จึงเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นงานหล่อในปริมาณน้อย ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับโรงหล่อแบบรับจ้างผลิต เครื่องขึ้นรูปด้วยแผ่นประกบที่ทันสมัยสามารถให้คุณภาพการขึ้นรูปสูง ลดการเคลื่อนตัวของชิ้นงานหล่อเนื่องจากความไม่ตรงกันระหว่างเครื่องกับแม่พิมพ์ (ในบางกรณีต่ำกว่า0.15 มม. (0.0059 นิ้ว) ) แม่พิมพ์มีความเสถียรสม่ำเสมอ ลดการเจียร และปรับปรุงความคมชัดของเส้นแบ่งแม่พิมพ์ นอกจากนี้ เครื่องจักรยังถูกปิดล้อมเพื่อสภาพแวดล้อมการทำงานที่สะอาดและเงียบกว่า ลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยหรือปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาของผู้ปฏิบัติงาน  

มาตรฐานความปลอดภัย

การผลิตแม่พิมพ์แบบอัตโนมัติทำให้เกิดข้อกำหนดด้านความปลอดภัยในสถานที่ทำงานเพิ่มเติมมาตรฐานทางเทคนิคโดยสมัครใจ ที่แตกต่างกัน จะถูกนำมาใช้ขึ้นอยู่กับเขตอำนาจทางภูมิศาสตร์การเมืองที่เครื่องจักรจะถูกนำไปใช้

แคนาดา

ประเทศแคนาดาไม่มีมาตรฐานทางเทคนิคโดยสมัครใจเฉพาะสำหรับเครื่องจักรผลิตแม่พิมพ์ทราย เครื่องจักรประเภทนี้อยู่ภายใต้ข้อกำหนดดังต่อไปนี้:

การป้องกันความปลอดภัยของเครื่องจักร, CSA Z432. สมาคมมาตรฐานแคนาดา. 2016.

นอกจากนี้ ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยทางไฟฟ้ายังครอบคลุมถึง:

เครื่องจักรไฟฟ้าอุตสาหกรรม, CSA C22.2 เลขที่ 301. 2016.

สหภาพยุโรป

มาตรฐานหลักสำหรับอุปกรณ์การผลิตแม่พิมพ์ทรายในสหภาพยุโรปคือ: ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับเครื่องจักรและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการหล่อและการทำแกนหล่อ EN 710 คณะกรรมการมาตรฐานแห่งยุโรป (CEN)

มาตรฐาน EN 710 จะต้องใช้ร่วมกับEN 60204-1สำหรับความปลอดภัยทางไฟฟ้า และEN ISO 13849-1และEN ISO 13849-2หรือEN 62061สำหรับความปลอดภัยเชิงฟังก์ชัน นอกจากนี้ อาจจำเป็นต้องใช้มาตรฐานประเภท C เพิ่มเติมสำหรับสายพานลำเลียง หุ่นยนต์ หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่อาจจำเป็นต่อการสนับสนุนการทำงานของอุปกรณ์ทำแม่พิมพ์

สหรัฐอเมริกา

ไม่มีมาตรฐานเฉพาะสำหรับอุปกรณ์การผลิตแม่พิมพ์ทราย แต่มาตรฐาน ANSI B11 ประกอบด้วยมาตรฐานเครื่องมือกลทั่วไปบางส่วนที่สามารถนำมาใช้กับเครื่องจักรประเภทนี้ได้ เช่น:

• ความปลอดภัยของเครื่องจักร ANSI B11.0 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) 2020 ^{[ 12 ]}
• ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับมาตรการลดความเสี่ยง: การปกป้องและวิธีการอื่น ๆ ในการลดความเสี่ยง ANSI B11.19 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) 2019
• ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับการบูรณาการเครื่องจักรเข้ากับระบบ ANSI B11.20 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) 2017
• ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับเครื่องจักรขนถ่ายวัสดุ ANSI B11.24 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) 2002 (R2020)
• ความปลอดภัยเชิงฟังก์ชันสำหรับอุปกรณ์ (ระบบควบคุมกำลังไฟฟ้า/ของเหลว) หลักการทั่วไปสำหรับการออกแบบระบบควบคุมความปลอดภัยโดยใช้ ISO 13849-1, ANSI B11.26 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) 2018
• หลักเกณฑ์การวัดระดับเสียง ANSI B11.TR5 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) 2006 (R2017)

ทรายหล่อหรือที่รู้จักกันในชื่อทรายหล่อถูกกำหนดโดยคุณลักษณะแปดประการ ได้แก่ ความทนทานต่อความร้อน ความเฉื่อยทางเคมี การซึมผ่าน ผิวสำเร็จ ความเหนียวแน่น ความสามารถในการไหล การยุบตัว และความพร้อมใช้งาน/ต้นทุน^{[ 13 ]}

ความทนไฟ — หมายถึงความสามารถของทรายในการทนต่ออุณหภูมิของโลหะเหลวที่กำลังหล่อโดยไม่แตกตัว ตัวอย่างเช่น ทรายบางชนิดจำเป็นต้องทนต่ออุณหภูมิเพียง650 °C (1,202 °F)หากหล่อโลหะผสมอะลูมิเนียม ในขณะที่เหล็กต้องการทรายที่ทนต่ออุณหภูมิ1,500 °C (2,730 °F)ทรายที่มีความทนไฟต่ำเกินไปจะละลายและหลอมรวมเข้ากับชิ้นงานหล่อ^{[ 13 ]}    

ความเฉื่อยทางเคมี — ทรายต้องไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะที่กำลังหล่อ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลหะที่ ^มีปฏิกิริยาสูง เช่นแมกนีเซียมและไทเทเนียม^{[ 13} ]

การซึมผ่าน—หมายถึงความสามารถของทรายในการระบายก๊าซ ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจากในระหว่างกระบวนการเทจะมีการผลิตก๊าซหลายชนิด เช่นไฮโดรเจน ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำซึ่งต้องออกจากแม่พิมพ์ มิฉะนั้นจะ เกิด ข้อบกพร่องในการหล่อ เช่น รูพรุนและรูแก๊ส สำหรับน้ำแต่ละลูกบาศก์เซนติเมตรที่เติมลงในแม่พิมพ์ จะเกิดไอน้ำ 1600 ซีซี^{[ 13 ]}

การตกแต่งพื้นผิว — ขนาดและรูปร่างของอนุภาคทรายเป็นตัวกำหนดการตกแต่งพื้นผิวที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้ โดยอนุภาคที่ละเอียดกว่าจะให้การตกแต่งที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม เมื่ออนุภาคละเอียดขึ้น (และการตกแต่งพื้นผิวดีขึ้น) การซึมผ่านก็จะแย่ลง^{[ 13 ]}

ความเหนียวแน่น (หรือพันธะ ) — นี่คือความสามารถของทรายในการรักษารูปทรงที่กำหนดไว้หลังจากนำลวดลายออก^{[ 14 ]}

ความสามารถในการไหล – ความสามารถของทรายในการไหลเข้าไปในรายละเอียดที่ซับซ้อนและมุมแคบๆ โดยไม่ต้องใช้กระบวนการหรืออุปกรณ์พิเศษ^{[ 15 ]}

ความสามารถในการยุบตัว — นี่คือความสามารถของทรายที่จะสามารถแยกออกจากการหล่อได้ง่ายหลังจากที่แข็งตัวแล้ว ทรายที่มีความสามารถในการยุบตัวต่ำจะยึดติดกับการหล่ออย่างแน่นหนา เมื่อหล่อโลหะที่หดตัวอย่างมากในระหว่างการเย็นตัวหรือมีช่วงอุณหภูมิการแข็งตัวที่ยาวนาน ทรายที่มีความสามารถในการยุบตัวต่ำจะทำให้เกิดรอยแตกและรอยฉีกขาดร้อนในการหล่อ สามารถใช้สารเติมแต่งพิเศษเพื่อปรับปรุงความสามารถในการยุบตัวได้^{[ 15 ]}

ความพร้อมใช้งาน/ต้นทุน — ความพร้อมใช้งานและต้นทุนของทรายมีความสำคัญมาก เนื่องจากในการเทโลหะทุกๆ ตัน จะต้องใช้ทราย 3 ถึง 6 ตัน^{[ 15 ]}แม้ว่าทรายจะสามารถคัดกรองและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แต่ในที่สุดอนุภาคก็จะละเอียดเกินไปและจำเป็นต้องเปลี่ยนด้วยทรายใหม่เป็นระยะ^{[ 16 ]}

ในการหล่อขนาดใหญ่ การใช้ทรายสองชนิดที่แตกต่างกันจะประหยัดกว่า เนื่องจากทรายส่วนใหญ่จะไม่สัมผัสกับชิ้นงานหล่อ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติพิเศษใดๆ ทรายที่สัมผัสกับชิ้นงานหล่อเรียกว่าทรายปิดผิว (facing sand ) ซึ่งออกแบบมาสำหรับชิ้นงานหล่อโดยเฉพาะ ทรายชนิดนี้จะถูกถมรอบแบบให้มีความหนา30 ถึง 100 มม. (1.2 ถึง 3.9 นิ้ว)ส่วนทรายที่เติมเต็มรอบทรายปิดผิวเรียกว่าทรายรองรับ (backing sand ) ทรายชนิดนี้เป็นเพียงทรายซิลิกาที่มีสารยึดเกาะเพียงเล็กน้อยและไม่มีสารเติมแต่งพิเศษใดๆ^{[ 17 ]}  

ประเภทของทรายรองพื้น

ทรายฐานเป็นชนิดที่ใช้ทำแม่พิมพ์หรือแกนโดยไม่มีสารยึดเกาะ เนื่องจากไม่มีสารยึดเกาะจึงไม่สามารถยึดติดกันได้และไม่สามารถใช้งานได้ในสภาพนี้^{[ 15 ]}

ทรายซิลิกา

ทราย ซิลิกา (SiO2 เป็นทรายที่พบได้ตามชายหาดและเป็นทรายที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด โดยอาจทำมาจากการบดหินทรายหรือนำมาจากแหล่งธรรมชาติ เช่น ชายหาดและพื้นแม่น้ำจุดหลอมเหลวของซิลิกาบริสุทธิ์อยู่ที่1,760 °C (3,200 °F)อย่างไรก็ตาม ทรายที่ใช้จะมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเนื่องจากมีสิ่งเจือปน สำหรับการหล่อโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น เหล็กกล้า ต้องใช้ทรายซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์อย่างน้อย 98% แต่สำหรับโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า เช่นเหล็กหล่อและ โลหะ ที่ไม่ใช่เหล็กสามารถใช้ทรายที่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่าได้ (ระหว่าง 94 ถึง 98%) ^{[ 15 ]}  

ทรายซิลิกาเป็นทรายที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดเนื่องจากมีปริมาณมากและต้นทุนต่ำ ข้อเสียคือการขยายตัวทางความร้อน สูง ซึ่งอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในการหล่อกับโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง และการนำความร้อน ต่ำ ซึ่งอาจนำไปสู่การหล่อที่ไม่สมบูรณ์ นอกจากนี้ยังไม่สามารถใช้กับโลหะบางชนิดได้ เนื่องจากจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับโลหะ ทำให้เกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิว สุดท้าย ทรายซิลิกาจะปล่อยอนุภาคซิลิกาออกมาในระหว่างการเท ทำให้เสี่ยงต่อการเกิดโรคซิลิโคซิสในคนงานโรงหล่อ^{[ 18 ]}

ทรายมะกอก

โอลิวีนเป็นส่วนผสมของออร์โธซิลิเกตของเหล็กและแมกนีเซียมจากแร่ดูไนต์ข้อดีหลักคือปราศจากซิลิกา จึงสามารถใช้กับโลหะพื้นฐาน เช่น เหล็กกล้าแมงกานีสได้ ข้อดีอื่นๆ ได้แก่ การขยายตัวทางความร้อนต่ำ การนำความร้อนสูง และจุดหลอมเหลวสูง^{[ 18 ]}

ทรายโครไมต์

ทราย โครไมต์เป็นสารละลายของแข็งของสปิเนลข้อดีคือมีซิลิกาในปริมาณน้อย จุดหลอมเหลวสูงมาก ( 1,850 °C (3,360 °F) ) และมีค่าการนำความร้อนสูงมาก ข้อเสียคือมีราคาสูง จึงใช้ได้เฉพาะกับ การหล่อ เหล็กอัลลอย ราคาแพง และใช้ทำแกน เท่านั้น ^{[ 18 ]}  

ทรายเซอร์คอน

ทราย เซอร์คอนเป็นสารประกอบของเซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZrO2 ประมาณสองในสาม และซิลิกาหนึ่งในสาม มีจุดหลอมเหลวสูงสุดในบรรดาทรายพื้นฐานทั้งหมดที่2,600 °C (4,710 °F)มีการขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก และมีค่าการนำความร้อนสูง ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ จึงนิยมใช้ในการหล่อเหล็กอัลลอยและโลหะผสมราคาแพงอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเคลือบแม่พิมพ์ (สารเคลือบที่ใช้กับโพรงแม่พิมพ์) เพื่อปรับปรุงผิวสำเร็จ อย่างไรก็ตาม ทรายเซอร์คอนมีราคาแพงและหาได้ยาก^{[ 18 ]}  

ทรายชาโมต์

ชาโมต์ทำโดยการเผาดินเหนียวทนไฟ (Al O -SiO ) ที่อุณหภูมิสูงกว่า1,100 °C (2,010 °F)จุดหลอมเหลวอยู่ที่1,750 °C (3,180 °F)และมีการขยายตัวทางความร้อนต่ำ เป็นทรายที่มีราคาถูกเป็นอันดับสอง อย่างไรก็ตามยังคงมีราคาแพงกว่าซิลิกาถึงสองเท่า ข้อเสียคือเม็ดทรายหยาบมาก ทำให้ได้ผิวสำเร็จที่ไม่ดี และจำกัดเฉพาะการหล่อทรายแห้งเท่านั้นต้องใช้น้ำยาเคลือบแม่พิมพ์เพื่อแก้ไขปัญหาเรื่องผิวสำเร็จ ทรายชนิดนี้มักใช้ในการหล่อชิ้นงานเหล็กขนาดใหญ่^{[ 18 ] [ 19 ]}    

สารยึดเกาะจะถูกเติมลงในทรายพื้นฐานเพื่อยึดอนุภาคทรายเข้าด้วยกัน (กล่าวคือ เป็นกาวที่ยึดแม่พิมพ์เข้าด้วยกัน)

มีการเติมสารเติมแต่งลงในชิ้นส่วนขึ้นรูปเพื่อปรับปรุง: ผิวสัมผัส ความแข็งแรงในสภาพแห้ง ความทนความร้อน และคุณสมบัติในการรองรับแรงกระแทก

อาจเติมสารลดแรงตึงผิวได้ถึง 5% เช่น ผงถ่านหิน น้ำมันดินครีโอโซตและน้ำมันเชื้อเพลิง ลงในวัสดุหล่อเพื่อป้องกันการเปียก (ป้องกันไม่ให้โลหะเหลวเกาะติดกับอนุภาคทราย ทำให้เหลืออยู่บนพื้นผิวการหล่อ) ปรับปรุงผิวสำเร็จ ลดการแทรกซึมของโลหะ และ ลดข้อบกพร่องจากการไหม้สารเติมแต่งเหล่านี้ทำได้โดยการสร้างก๊าซที่พื้นผิวของโพรงแม่พิมพ์ ซึ่งป้องกันไม่ให้โลหะเหลวเกาะติดกับทราย สารลดแรงตึงผิวจะไม่ใช้กับการหล่อเหล็ก เนื่องจากอาจ ทำให้ โลหะเกิดคาร์บอน ในระหว่างการหล่อได้ ^{[ 23 ]}

สามารถเติม"วัสดุรองรับ" ได้ถึง 3% เช่น ผงไม้ขี้เลื่อยเปลือกข้าวบดพีทและฟาง เพื่อลด การเกิดสะเก็ดรอยแตกร้าวและรอยแยกจากการหล่อโลหะที่อุณหภูมิสูง วัสดุเหล่านี้มีประโยชน์เพราะการเผาไหม้เมื่อเทโลหะลงไปจะสร้างช่องว่างเล็กๆ ในแม่พิมพ์ ทำให้เม็ดทรายสามารถขยายตัวได้ นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการยุบตัวและลดเวลาในการเขย่าแม่พิมพ์^{[ 23 ]}

สามารถใช้ สารยึดเกาะจากธัญพืชได้มากถึง 2% เช่นเดกซ์ทรินแป้งด่างซัลไฟต์และกากน้ำตาลเพื่อเพิ่มความแข็งแรงเมื่อแห้ง (ความแข็งแรงของแม่พิมพ์หลังการบ่ม) และปรับปรุงผิวสัมผัส สารยึดเกาะจากธัญพืชยังช่วยปรับปรุงการยุบตัวและลดเวลาในการเขย่าแม่พิมพ์ เนื่องจากจะไหม้หมดไปเมื่อเทโลหะลงไป ข้อเสียของสารยึดเกาะจากธัญพืชคือมีราคาแพง^{[ 23 ]}

สามารถใช้ผง เหล็กออกไซด์ได้ถึง 2% เพื่อป้องกันการแตกร้าวของแม่พิมพ์และการแทรกซึมของโลหะ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นการปรับปรุงคุณสมบัติการทนไฟ ผงซิลิกา (ซิลิกาละเอียด) และผงเซอร์คอนยังช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการทนไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการหล่อเหล็ก ข้อเสียของสารเติมแต่งเหล่านี้คือทำให้การซึมผ่านลดลงอย่างมาก^{[ 23 ]}

เพื่อนำแบบจำลองออกจากแม่พิมพ์ ก่อนการหล่อ จะมีการใช้สารแยกแม่พิมพ์กับแบบจำลองเพื่อให้ถอดออกได้ง่าย สารแยกแม่พิมพ์อาจเป็นของเหลวหรือผงละเอียด (เส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคระหว่าง75 ถึง 150 ไมโครเมตร (0.0030 ถึง 0.0059 นิ้ว) ) ผงที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ทัลก์กราไฟต์และซิลิกาแห้ง ส่วนของเหลวที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่น้ำมันแร่และสารละลายซิลิคอนในน้ำ ซึ่งมักใช้กับแบบจำลองโลหะและไม้ขนาดใหญ่มากกว่า^{[ 24 ]}