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金属模铸造金属型铸造工艺1、概述1.1铸造原理金属铸造俗称硬模铸造，是用金属材料制造铸件，并在重力下将熔融金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。由于一副金属型可以浇注几百次至几万次，故金属型铸造又称为永久型铸造。金属型铸造既适用于大批量生产形状复杂的铝合金、镁合金等非铁合金铸件，也适合于生产钢铁金属的铸件、铸锭等。1.2工艺过程1.3工艺特点（1）优点1）金属型的热导率和热容量大，冷却速度快，铸件组织致密，力学性能比砂型铸件高15%左右。2）能获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度值的铸件，并且质量稳定性好。3）因不用和很少用砂芯，改善环境、减少粉尘和有害气体、降低劳动强度。（2）缺点1）金属型本身无透气性，必须采用一定的措施导出型腔中的空气和砂芯所产生的气体。2）金属型无退让性，铸件凝固时容易产生裂纹3）金属型制造周期较长，成本较高。因此只有在大量成批生产时，才能显示出好的经济效果。1.4金属型铸件的一般要求金属型铸件最小壁厚(单位：mm)铸件外廓尺寸铸钢件灰铸铁件（含球墨铸铁）可锻铁件铝合金铸件镁合金铸件铜合金铸件70×70542.5-3.52-3——370×70－150×150——5——42.54-5150×150106——5——6-8金属型铸件内孔的最小尺寸(单位：mm)铸造合金孔的最小直径d孔深不通孔通孔铸钢121520铸铁121520锌合金6~89~1212~20镁合金6~89~1212~20铝合金8~1012~1515~20铜合金10~1210~1515~202.铸件工艺设计2.1基准面的选择基准面决定铸件各部分相对的尺寸位置。所以选择铸造基面时，必须和铸件机械加工的加工基准面统一，其选择原则为：1）非全部加工的铸件，应尽量取非加工面作为基面。因为加工面在加工过程中，尺寸会因加工而变动，所以可能将造成相对尺寸位置的变动。而且铸件经过加工后，去掉的加工余面也不便检查。2）采用非加工面作基面时，应该选尺寸变动最小、最可靠的面作基面。用活块形成的铸件表面最好不选为基面。3）基面应尽可能平整和光洁，不应当有残余浇冒口、毛刺、飞翅等。4）全部加工的零件，应取加工余量最小的面作为基面，以保证机械加工时不至因加工余量不够而造成废品。5）为了检验尺寸方便，最好是选择较大的平面作为基面，尽量避免选取弯曲的面，或是有铸造斜度的面为基面。2.2铸件在金属型中的位置原则：①便于安放浇注系统，保证合金液平稳充满铸型②便于合金顺序凝固，保证补缩。③使型芯（或活块）数量最少、安装方便、稳固、取出容易。④力求铸件内部质量均匀一致，盖子类及碗状铸件可水平安放。⑤便于铸件取出，不致拉裂和变形。2.3分型面的选择原则：①简单铸件的分型面应尽量选在铸件的最大端面上②矮的盘形和筒形铸件的分型面应尽量不选在轴心上③分型面应尽可能地选在同一个平面上④应保证铸件分型方便，尽量用或不用活块⑤分型面的位置应尽量使铸件避免做铸造斜度，而且容易取出铸件⑥分型面应尽量不选在铸件的基准面上，也不要选在精度要求高的表面上⑦应便于安放浇冒口和便于气体从铸型中排出2.4铸件工艺性设计2.4.1铸件工艺性设计原则铸件工艺性设计应在尽量满足产品结构要求的前提下，通过调整机械加工余量、增大铸造斜度、增加工艺余量和工艺肋及工艺凸台等方法，使铸件结构更加合理，从而获得优质铸件。铸件工艺性设计原则：①为了简化金属型结构，提高铸件质量，产品中需要机械加工的小孔（螺纹孔、安装孔）一般不铸出来②产品中局部厚大处，当不便于设置冒口补缩时，有些小孔也应铸出来，以加快厚大部位的冷却速度，避免产生缩松。③为了便于设置冒口以对整体铸件进行补缩，有些大孔也不应该铸出，同时还要调整加工余量，满足铸件顺序凝固的要求④为了防止铸件在生产过程中变形，对一些形的铸件应增加防变形肋，待最后工序加工去掉。⑤加工过程中装卡定位性能差的铸件，可以根据需要设计定位装卡凸台，其位置应有利于铸件补缩。⑥在不影响产品性能的前提下，可以局部加大铸造斜度，避免设计活块。2.4.2铸件工艺性设计参数的选择（1）加工余量：与砂型铸件相比，金属型铸件的加工余量可以适当减少。铸件加工余量的选择应考虑下列原则：①零件尺寸精度要求高、表面粗糙度值要求低的加工面，可适当放大加工余量。②加工面越大，加工余量应相应加大。③加工面距加工基准面越远，加工余量应相应增加。④用砂芯形成的铸件表面，应比用金属芯形成的表面给予较大的加工余量。⑤浇冒口开设的加工面应予较大的加工余量。（2）工艺余量：为了保证铸件的顺序凝固，有时需要将铸件某一局部余量加大，这种超过了机械加工余量规定的额外部分，称为工艺余量。（3）铸件尺寸公差：见GB/T6414-1999（4）铸造圆角：铸造圆角半径R（mm）一般可以按以下公式计算：式中、’为铸件相邻壁的厚度对于铸铁件，为避免铸件表层白口，铸造圆角半径R(mm)可按下式计算：（5）铸造斜度：铸件铸造斜度的大小，与铸件表面和金属型间的相对位置有关。凡是在铸件冷却时与金属型表面有脱离倾向的面，应给予较小的铸造斜度，凡是铸件冷却时趋向于包紧金属型或芯的面，应给予较大的斜度。例：铸件的孔及凹进部分，其铸造斜度应大些，一般可取2°-7°,对不加工面可取2°-3°,加工表面可取3°-7°2.4.3铸件图的绘制绘制铸件图的过程就是铸造与零件设计、机械加工等部门将铸件的基准面、加工余量位置及数值、特殊位置的铸造斜度等铸造工艺因素及技术要求，以图加以说明。铸件图既是设计、制造金属型和铸件验收的技术依据，也是机械加工、设计制造工装夹具的技术文件之一。2.5浇注系统2.5.1浇注系统的设计原则设计和计算可以参照砂型铸造的方法，但应考虑金属型铸造冷却快、排气条件差、浇注位置受到限置等特点，具体原则如下：①浇注系统尺寸的大小应保证金属液在规定的时间内能良好的充满金属型。②金属液应平稳流入型腔，不直接冲击芯和型壁，避免产生涡流和飞溅。③金属液应顺序地充填铸型，以利于金属型腔中气体的排除。④铸型的热分布应合理，有利于铸件金属凝固，以便于铸件得到充分的补缩。⑤浇注系统结构设计应简单、体积小、在保证铸件质量的前提条件下，金属液消耗尽可能小。2.5.2浇注系统的形式，常见的浇注形式如下：①顶注式：，适用于矮而简单的铸件，一般镁合金铸件高度不大于80mm，铝合金铸件的高度不大于100mm②中注式：，适用于铸件高度适中（在100mm左右），外形特殊、两端及四周均有厚大部位，难以采用其它浇注方法的铸件。③底注式：，广泛用于各种尺寸及各种合金的铸件。非铁合金用得较多，特别是易产生氧化渣的金属多用这种方法。④缝隙式：特别适合质量要求高或高度较大的筒形或板状铸件。2.5.3烧注系统的组成部分①浇口杯：浇口杯接受和贮存一定量的金属液，同时起到缓冲和浮渣的作用。②直流道：1)直流道一般设计成封闭式。2)不带浇口杯的直流道，上部喇叭口直径最好不小于d30mm。3)垂直浇道底部受金属液的冲击力很大，故高度一般不应超过150mm，如果直流道需要设计得比较高时，可改用倾斜浇道，但倾斜浇道高度也不应超过250mm。4)当直浇道设计超过250mm，可采用蛇形浇道。5)直浇道的截面形状最好是圆形。而且直径最好不超过25mm。否则易产生涡流，造成浇注过程中金属液内产生中空现象，卷入气体，造成氧化夹渣。6)对于大型铝合金铸件，可将一个大的截面的直浇道分成2-3个截面较小的直浇道。③横浇道：横浇道起缓冲、稳流和挡渣的作用，并将直浇道的金属液分配给内浇道。金属液一般不设计，除了底注式加上横浇道。④内浇道：内浇道直接与铸件相连，起着控制金属液流动速度和方向的作用。内浇道设计：a、内浇道比横浇道设计得扁平一些，并均匀地分布于铸件各特殊部位，每个内浇道只负担一部分型腔金属液的充型，力求使金属液流动平稳。B、为制造方便，内浇道应尽量设计在分型面上。C、内浇道的厚度一般应为与铸件相连接处的对应的铸件壁厚的50%-80%。对于薄壁铸件，可比铸件壁厚小2mm左右。D、内浇道的宽度，一般为内浇道厚度的3倍以上。E、内浇道长度：小型铸件为10-20mm中型铸件为20-40mm小型铸件为30-60mm⑤缝隙浇道：2.5.4金属型铸造浇注系统尺寸计算：根据金属液流入型腔时平均上升速度计算法：根据实际经验，金属液在金属型中平均上升速度v平升=式中－铸件平均壁厚mm则浇注时间t(s)由下式决定式中h-金属型腔的高度(cm)金属液在浇道内的流速，取决于铸件的重量、金属液的密度、浇注时间和浇道最小截面面积：式中v平升－金属液在金属型中平均上升速度(cm/s)Amin==W－铸件的重量(g)－金属液的密度g/cm式中t－浇注时间(s)Amin—浇道的最小截面积(cm)铸造合金A1:A2:A3备注铸铁1.25:1.25:1铸钢1.15:1.05:1铝镁合金1:2-4:3-6开放式，适用于大型铸件1:2-3:3-6开放式，适用于中型铸件1:1.5-3:1.5-3开放式，适用于小型铸件1:3-4:1.5半开放式，适用于小而简单的铸件1:1.2:1.5封闭式。复杂的壳形铸件，高度在150mm下，重量在3kg以下的铝合金铜合金1:1.2:1.52.6冒口设计冒口形式冒口高度h冒口根部直径DDhzDhz明冒口顶冒口0.8-1.5D1.2-1.5d2-4d侧冒口2-3D暗冒口1.2-2D1.2-2d说明冒口高度太低会影响补缩效果，太高又可能引起内浇道过热。直径较大的冒口，冒口高度取下值，但冒口直径不宜过大，否则铸件靠冒口处容易产生缩松，特别是对于铝硅合金，当冒口直径超过100mm，应采取措施，减少冒口金属液的用量。3、金属型模具设计3.1金属型结构设计3.1.1金属型型体设计（1）金属型壁厚：金属型壁厚主要影响铸型的重量、强度及铸件的冷却速度。型壁太厚，增加了铸型重量，加快了铸件冷却速度。型壁太薄，由于温度不均匀而产生应力使其变形，缩小使用寿命。金属型的壁厚与铸件壁厚、铸件材料、铸型外廓尺寸及毛胚加工方法有关，也与金属型本身的材质有关，必须综合考虑各种影响因素来确定不同条件下最合适的金属型壁厚。如下表：（铝合金铸件用金属型壁厚单位㎜）铸件壁厚金属型壁厚1015-2010-1520-2515-3025-3030(0.8-1.2)（2）型腔尺寸计算：型腔尺寸是决定铸件尺寸精度的主要因素。金属型型腔尺寸的计算，除根据铸件尺寸和公差外，还应考虑合金的收缩、涂料厚度、金属型加温后的膨胀以及金属型各部分的间隙等。1）型腔尺寸可用如下公式计算式中－型腔尺寸（㎜）－铸件尺寸的中间值（㎜）－综合线收缩率（%）－涂料厚度（㎜）－铸件尺寸制造（㎜）2）铸件的中间值可以按以下公式计算=式中－铸件的最小极限尺寸（㎜）－铸件尺寸公差3）综合线收缩率包括铸件收缩和金属型膨胀。一般大型薄壁铸件取下限，小型铸件为了计算方便，通常取1%合金无阻收缩（%）部分受阻收缩（%）全受阻收缩（%）铝合金0.9-1.20.7-0.90.5-0.7镁合金1.0-1.20.8-1.00.6-0.84）涂料厚度一般情况下每边为0.1-0.3㎜，型腔凹处取正值，凸处取负值，中心距L处等于零。（3）其它尺寸的确定1）型腔表面至金属型边缘的距离不小于20㎜。2）一型多件的铸型，铸件与铸件间的距离，小件不小于10㎜，一般铸件不小于30㎜。3）定位销孔表面至铸型边缘的距离不小于10㎜4）直浇道至铸件间的距离一般取10-25㎜，内浇道长度一般取8-12㎜，直浇道高度应比铸件顶部高出40-60㎜5）为了开型方便，一般在金属型的分型面上设计撬开金属型的槽子。（4）砂芯头与金属芯座配合间隙D或0.150.250.51.00.150.250.51.00.250.51.01.0-1.01.01.5-1.51.52.03.1.2金属型的排气系统由于金属型本身不透气，因此型腔的排气问题必须足够重视，否则会造成气孔、冷隔和欠铸等缺陷。（1）排气孔：一般在型腔最后充满处开直径为1-5㎜的圆形排气孔。（2）排气槽：排气槽又称通气槽、通气沟等。对于气槽的深度h，对于铸铁和青铜一般为0.25㎜，对于铝合金一般为