1、 特種鑄造特種鑄造第六章第六章 金屬型鑄造 6.1 概述 定義：金屬型鑄造(Gravity die casting)是指液態(tài)金屬在重力作用下充填金屬鑄型并在型中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成形方法。 如圖6-1所示。由于金屬鑄型可以重復(fù)使用，壽命（指澆注次數(shù)）可達(dá)數(shù)萬次，所以金屬型鑄造又稱永久型鑄造（Permanent mold）。圖6-1（a）金屬型合模狀態(tài) 圖6-1（b）傾轉(zhuǎn)澆注 戰(zhàn)國時已用此方法生產(chǎn)銅錢，到漢代發(fā)展為戰(zhàn)國時已用此方法生產(chǎn)銅錢，到漢代發(fā)展為由中央制造鐵范由中央制造鐵范, ,發(fā)給地方作坊，用以生產(chǎn)統(tǒng)一發(fā)給地方作坊，用以生產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)格的貨幣。漢代以后，隨著疊鑄方法進(jìn)一步發(fā)規(guī)格的貨幣。

2、漢代以后，隨著疊鑄方法進(jìn)一步發(fā)展，開始大量使用鐵范來生產(chǎn)車馬器件等。展，開始大量使用鐵范來生產(chǎn)車馬器件等。 優(yōu)點：（與砂型鑄造相比）（1）金屬型的熱導(dǎo)率和熱容量大，金屬液的冷卻速度快，鑄件組織致密，力學(xué)性能比砂型鑄件高。如鋁合金鑄件的抗拉強度可增加1020，伸長率約提高1倍。（2）能獲得較高尺寸精度和表面光潔度好的鑄件，減少了加工余量。尺寸精度CT7-9級，表面粗糙度Ra6.3-12.5（3）鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15%-30%。（4）不用砂或少用砂，節(jié)約造型材料80%-100%，減少環(huán)境污染。缺點:金屬型制造成本高。金屬型急冷、不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不足

3、、冷隔、開裂或鑄鐵件白口等缺陷。鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時間以及所用的涂料，對鑄件質(zhì)量的影響敏感，控制難度大。 近年來，為了防止?jié)沧r金屬液流動過程中形成紊流，減少氧化夾渣及卷氣等缺陷，采用傾轉(zhuǎn)式澆注已成為金屬型鑄造的主流方式，見圖6-1。6.2 金屬型鑄造成形過程的特點6.2.1 金屬型導(dǎo)熱性對鑄件成型的影響導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性退讓性退讓性透氣性透氣性q=q=3 3（T T6-6-T T2 2）t/xt/x3 3t t 傳熱時間傳熱時間 3 3- - 中間層中間層導(dǎo)熱系數(shù)（遠(yuǎn)小于鑄型）導(dǎo)熱系數(shù)（遠(yuǎn)小于鑄型）各因素的影響（時間各因素的影響（時間t t確定）：確定）：

4、3 3：取決于材料的成分：取決于材料的成分厚度可控厚度可控T T1 1：金屬液溫度，一般固定：金屬液溫度，一般固定T T2 2：外界溫度，可控：外界溫度，可控導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性導(dǎo)導(dǎo)致致的的特特點點 當(dāng)當(dāng)x x3 3很小，忽略不計時，金屬型的很小，忽略不計時，金屬型的蓄熱蓄熱和和散熱散熱就成了鑄件冷卻速度的決定因素。就成了鑄件冷卻速度的決定因素。6.6.金屬型的蓄熱：金屬型的蓄熱：6.6.金屬型的蓄熱：金屬型的蓄熱：b CXb-b-蓄熱系數(shù)蓄熱系數(shù)-鑄型導(dǎo)熱系數(shù)鑄型導(dǎo)熱系數(shù)C-C-鑄型比熱容鑄型比熱容X-X-鑄型厚度鑄型厚度6.6.金屬型的蓄熱：金屬型的蓄熱：b-b-蓄熱系數(shù)蓄熱系數(shù)-鑄型導(dǎo)熱系數(shù)鑄型

5、導(dǎo)熱系數(shù)C-C-鑄型比熱容鑄型比熱容X-X-鑄型厚度鑄型厚度6.6.金屬型的蓄熱：金屬型的蓄熱： 當(dāng)涂料有一定厚度時，可以通過涂料成當(dāng)涂料有一定厚度時，可以通過涂料成分和厚度的控制實現(xiàn)對導(dǎo)熱速度的控制分和厚度的控制實現(xiàn)對導(dǎo)熱速度的控制導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性導(dǎo)導(dǎo)致致的的特特點點2.2.金屬型的散熱：金屬型的散熱：A A 自然散熱自然散熱 決定于自身的導(dǎo)熱能力，通過其外決定于自身的導(dǎo)熱能力，通過其外表面向外界散失熱量。表面向外界散失熱量。B B 強制散熱強制散熱 通過自身的導(dǎo)熱能力，采取強制手通過自身的導(dǎo)熱能力，采取強制手段冷卻鑄型，達(dá)到冷卻的目的。段冷卻鑄型，達(dá)到冷卻的目的。例如：風(fēng)冷，水冷等。例如：風(fēng)冷

6、，水冷等。 綜上所述，金屬型鑄造時，鑄型材料的導(dǎo)綜上所述，金屬型鑄造時，鑄型材料的導(dǎo)熱性能對鑄件的凝固起主導(dǎo)作用。熱性能對鑄件的凝固起主導(dǎo)作用。導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性導(dǎo)導(dǎo)致致的的特特點點6.2.2 金屬型無透氣性對鑄件成型的影響易造成的缺陷：易造成的缺陷： 6.6.氣體阻力大造成澆不足、冷隔。氣體阻力大造成澆不足、冷隔。 2.2.排不出的氣體造成鑄件侵入性氣孔的排不出的氣體造成鑄件侵入性氣孔的產(chǎn)生。產(chǎn)生。透透氣氣性性導(dǎo)導(dǎo)致致的的特特點點需采取的措施：需采取的措施： 6.6.金屬型上設(shè)置排氣裝置，如排氣槽、排金屬型上設(shè)置排氣裝置，如排氣槽、排氣塞，局部死角處要加強排氣氣塞，局部死角處要加強排氣 2.2.盡

7、可能的清除產(chǎn)氣根源。盡可能的清除產(chǎn)氣根源。氣體的來源：高溫下涂料發(fā)氣氣體的來源：高溫下涂料發(fā)氣 型腔內(nèi)原型腔內(nèi)原有氣體有氣體 潮氣潮氣 油污油污透透氣氣性性導(dǎo)導(dǎo)致致的的特特點點6.2.3 金屬型無退讓性對鑄件成型的影響室溫：應(yīng)力集中室溫：應(yīng)力集中阻礙取件和取芯、導(dǎo)致裂紋阻礙取件和取芯、導(dǎo)致裂紋為了防止裂紋，應(yīng)采取的措施：為了防止裂紋，應(yīng)采取的措施：6.6.在一定溫度下取出型芯或使鑄件脫出鑄型。在一定溫度下取出型芯或使鑄件脫出鑄型。2.2.設(shè)置專門的抽芯機構(gòu)和鑄件頂出機構(gòu)。設(shè)置專門的抽芯機構(gòu)和鑄件頂出機構(gòu)。3.3.必要時修改型芯為砂芯。必要時修改型芯為砂芯。4.4.增大金屬型斜度和涂料層厚度。增

8、大金屬型斜度和涂料層厚度。冷卻過程中：收縮受阻冷卻過程中：收縮受阻拉拉應(yīng)力應(yīng)力拉伸變形拉伸變形熱裂紋熱裂紋冷裂紋冷裂紋應(yīng)變：應(yīng)變：1 1=（Ts-TTs-T1 1）退退讓讓性性導(dǎo)導(dǎo)致致的的特特點點 6.3.1 金屬型的準(zhǔn)備及預(yù)熱金屬型的準(zhǔn)備及預(yù)熱 6. 金屬型的準(zhǔn)備 新金屬型或長期未用的金屬型，應(yīng)先起封，除油，并在200300下烘烤，除凈油跡。 對于經(jīng)過了一個生產(chǎn)周期，需要清理的金屬型而言，應(yīng)著重清除型腔、型芯、活塊、排氣塞等工作表面上的銹跡、涂料、粘附的金屬屑等雜物。 2. 金屬型的預(yù)熱金屬型的預(yù)熱 金屬型在工作前應(yīng)預(yù)熱并涂敷涂料，未經(jīng)預(yù)熱和噴涂涂料的金屬型不能進(jìn)行澆注。這是因為金屬型導(dǎo)熱性

9、好，金屬液冷卻快，流動充型能力差，容易使鑄件出現(xiàn)冷隔、澆不足、夾雜、氣孔等缺陷。同時未預(yù)熱的金屬型在澆注時，鑄型將受到強烈的熱沖擊，應(yīng)力倍增，極易損壞。 金屬型的預(yù)熱方法主要有：1）用煤氣或天然氣火焰預(yù)熱。該方法簡單、方便，但金屬型上溫度分布不均勻。2）采用電加熱方法。在模具背面設(shè)置電加熱管，澆注開始前將金屬型預(yù)熱到指定的溫度。該方法同上述1）方法一樣，簡單方便，但溫度不是很均勻。也可烘箱加熱。3）將金屬型放入加熱爐中預(yù)熱，可獲得均勻一致的溫度，但僅限于小金屬型。4）采用澆注金屬液的方法預(yù)熱。該方法一般不推薦，因為一是浪費金屬液，二是縮短金屬型使用壽命。小型鑄型。 6.3.2 金屬型的澆注金屬

10、型的澆注 在金屬型工藝方案確定之后，金屬型的澆注工藝參數(shù)即模具溫度、澆注溫度和涂料的選擇是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件和延長金屬型使用壽命的關(guān)鍵。6.3.3 鑄件的出型和抽芯時間 金屬型芯在鑄件中最適宜的停留時間是當(dāng)鑄件冷卻到塑性變形溫度范圍內(nèi)，并有足夠的強度時，是最好的抽芯時間。 鑄件在金屬型中停留的時間過長，就會使金屬型壁溫度升高，冷卻時間加長，也會降低金屬型的生產(chǎn)率。 最合適的時間應(yīng)由實驗確定。 6.3.4 金屬型工作溫度的調(diào)節(jié) 由于金屬型的導(dǎo)熱性能比砂型高很多（熱導(dǎo)率約高150倍，蓄熱系數(shù)約高20倍，導(dǎo)溫系數(shù)約高65倍），金屬型能獲得很大的溫度梯度，使鑄件的冷卻速度增大。因此，金屬型鑄造時，對于逐層凝

11、固的合金和具有體積凝固特性的合金，均能得到組織致密的鑄件。同時，冷卻速度快，可使鑄件晶粒細(xì)化，還能減輕或消除非鐵合金鑄件的針孔。為了得到更快的冷卻速度，要求采用較低的金屬型溫度。金屬型工作溫度調(diào)節(jié)的方式有以下幾種：（1）風(fēng)冷（2）間接水冷（3）直接水冷（4）局部加熱 6.3.5 金屬型涂料 金屬型涂料的作用：1）保護(hù)金屬型。澆注時可減輕液體金屬對金屬型的熱沖擊和對型腔表面的沖刷作用；在取出鑄件時，減輕鑄件對金屬型和型芯的磨損，并使鑄件易從鑄型中取出。2）采用不同冷卻性能的涂料（如激冷涂料、保溫涂料等）能調(diào)節(jié)鑄件在金屬型中各部位的冷卻速度，控制凝固順序。3）改善鑄件的表面質(zhì)量。防止因金屬型有較強

12、的激冷作用而導(dǎo)致鑄件表面產(chǎn)生冷隔或流痕以及鑄件表面形成白口層。4）改善型腔中氣體的排除條件，增加合金的流動性。5）獲得復(fù)雜外型及薄壁鑄件。涂料組成：1）耐火材料：氧化鋅、滑石粉、鋯砂粉、硅藻土粉等。2）粘結(jié)劑：水玻璃、糖漿、紙漿廢液等。3）溶劑：水等。4）附加物 從上面的一些分析可知，確定金屬型澆注工藝規(guī)范時，應(yīng)鑄件材質(zhì)、形狀大小、復(fù)雜程度等考慮以下三點原則： （1）保證鑄件全部表面能得到清晰的外形，沒有冷隔和澆不足的現(xiàn)象，也就是希望冷卻慢些，要求有較高的澆注溫度和金屬型溫度。 （2）保證鑄件變形小，不發(fā)生扭曲和裂紋，要求金屬型溫度高而澆注溫度低。 （3）保證鑄件組織細(xì)密，力學(xué)性能好，希望快速

13、冷卻，要求較低的金屬型溫度和澆注溫度。 6.4 6.4 金屬型鑄件的工藝設(shè)計金屬型鑄件的工藝設(shè)計 金屬型的鑄造工藝方案是決定金屬型鑄件質(zhì)量的最本質(zhì)因素。在確定鑄造工藝方案時應(yīng)注意以下幾點：（1）澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)盡可能簡單，設(shè)置直澆道、橫澆道等時應(yīng)避免產(chǎn)生紊流。近年來，為了防止?jié)沧r金屬液流動過程中形成紊流，可采用傾轉(zhuǎn)式澆注。（2）鑄件應(yīng)力求避免壁厚的突然變化，厚壁與薄壁之間應(yīng)平滑過渡。因為壁厚的劇烈變化易引起金屬液流動時形成紊流及凝固時產(chǎn)生熱節(jié)，增加卷氣或縮孔/松之類的缺陷。（3）為保證金屬液完全充滿型腔，對于易形成密閉空間的部位（如拐角、凹坑等）應(yīng)設(shè)置排氣塞或排氣道來強化排氣。（4）確保順序

14、凝固，合理設(shè)置冒口或補縮通道。（5）為了保證鑄件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，應(yīng)考慮設(shè)置模具的冷卻結(jié)構(gòu)。6.4.1 鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性分析 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析的原則：1）鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)阻礙出型、抽芯、收縮。 見圖6-112）壁厚差不能太大，以免造成各部分溫差懸殊，從而引起鑄件縮裂和縮孔。3）限制金屬型鑄件的最小壁厚、可鑄孔直徑、可鑄槽的大小。 6.4.2 澆注位置的選擇(鑄件在金屬型中的位置) 鑄件在金屬型中的位置，直接關(guān)系到型芯和分型面的數(shù)量、液體金屬的導(dǎo)入位置、冒口的補縮效果、排氣的通暢程度以及金屬型的復(fù)雜程度等。鑄件在金屬型中位置的設(shè)計原則如下： 1）澆注系統(tǒng)易于安放，保證金屬液平穩(wěn)地充滿金屬型，排氣

15、方便，避免金屬液流卷氣和氧化。 2）鑄件最厚大部位應(yīng)放置在金屬型的上端，便于設(shè)置冒口補縮。如蓋子或盤形鑄件的厚大法蘭面應(yīng)向上，便于設(shè)置冒口補縮。 3）應(yīng)使金屬型結(jié)構(gòu)簡單，型芯數(shù)量少，安裝方便，定位牢固可靠。 4）應(yīng)保證便于分型取出鑄件，防止鑄件被拉裂或變形。 下面以圖6-12為例進(jìn)行簡要說明 圖6-12a所示的方案就不太合理，因為澆注時金屬液通過澆口4直接沖擊到砂芯3，導(dǎo)致金屬液流紊亂，容易進(jìn)渣和卷氣；金屬型芯2處的厚壁遠(yuǎn)離冒口，不易得到補縮，易產(chǎn)生縮孔、縮松；上方的冒口偏大，切割工作量大；因為有金屬型芯2，不設(shè)頂出機構(gòu)或抽芯機構(gòu)，無法取出鑄件。 圖6-12b所示的方案比較合理，采用了底注式澆

16、注，金屬液自下而上充型，流動平穩(wěn)，排氣良好。砂芯位于下方，放置方便，牢固。壁厚部位位于上端，冒口補縮容易。因此圖6-12b正好克服了圖6-12a的缺點，由此可見鑄件在金屬型中的位置決定了工藝方案的優(yōu)劣，所以在確定鑄件位置時，應(yīng)多方比較，綜合考慮，以選擇最佳的位置方案。 6.4.3 分型面的選擇 鑄件的分型面一般有垂直、水平和綜合分型（垂直、水平混合分型或曲面分型）三種形式，一般應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和鑄造成形方法進(jìn)行確定。 一個鑄件經(jīng)常有幾種分型的可能，如圖6-13a所示鑄件1的分型情況，在鑄件1大圓柱面外圍會留下飛邊或毛刺，影響表面質(zhì)量及精度。 若采用圖6-13b所示分型方案則效果比較好。 同理，鑄

17、件2若采用圖6-13c的分型方案，須改變鑄件外形即增加一個鑄造斜度，以利取件。同時毛刺也留在平面上，影響鑄件表面質(zhì)量。 而采用圖6-13d所示的分型方案則無上述缺點。因此在選擇分型方案時，須從多方面比較，而找出最合理的方案。分型面選擇的基本原則：1）對于形狀簡單的鑄件，分型面應(yīng)盡量選在鑄件的最大端面上，同時鑄件最好都布置在一個半型內(nèi)或大部分分布在半型內(nèi)。2）矮的盤形和筒形鑄件，分型面應(yīng)盡量不選在鑄件的軸心上。3）分型面應(yīng)盡可能地選在同一個平面上，盡量避免曲面分型。4）應(yīng)保證鑄件分型方便，盡量減少或不用活塊。5）分型面應(yīng)盡量不選在鑄件的基準(zhǔn)面上，也不要選在精度要求較高的表面上。6）分型面的位置應(yīng)

18、盡量避免做鑄造斜度，而且取件容易。6.4.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計 原則：6. 金屬型澆注速度要大，超過砂型的20%。2. 液體金屬充型時，型腔里的氣體要能順利排 除，其流向應(yīng)盡可能與液流方向一致，順利地將氣體擠向冒口或出氣冒口。3. 應(yīng)注意使液體金屬在充型時流動平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流，不沖擊型壁或型芯，更不可產(chǎn)生飛濺。澆注系統(tǒng)的類型：頂注式：2. 底注式：3. 側(cè)注式： 6.5 金屬型（模具）的設(shè)計金屬型（模具）的設(shè)計 在金屬型鑄造工藝方案確定以后，就可以進(jìn)行金屬型（模具）的結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容包括金屬型結(jié)構(gòu)與材料選擇；型體（或鑲塊）設(shè)計；型芯設(shè)計；排氣設(shè)計；頂桿位置設(shè)計等。 6.5.1 6.5.1 金屬型

19、的結(jié)構(gòu)形式金屬型的結(jié)構(gòu)形式 金屬型的結(jié)構(gòu)取決于鑄件形狀、尺寸大小、分型面選擇等因素，按分型面劃分，典型的金屬型結(jié)構(gòu)形式如下：1）整體金屬型 如圖6-18所示，澆注出來的鑄件無分型面，尺寸精度高，但應(yīng)用受到限制，僅適用于從鑄型中方便取出的簡單鑄件。2）水平分型金屬型 如圖6-19所示，鑄型主體由上、下兩半型組成，下半型固定在工作臺面上，上半型作開（合）型動作。可以配置各種型芯，抽芯及頂出。砂芯安放方便，但不便于設(shè)計澆、冒口系統(tǒng)，排氣條件差。適用于輪盤類鑄件。3）垂直分型金屬型 如圖2-16c所示，鑄型主體由左、右兩半型組成，其中一個半型固定，另一個做開（合）型動作（也可以兩個半型同時動作）。操作

20、方便，便于設(shè)置澆冒口系統(tǒng)，易實現(xiàn)機械化。適用于結(jié)構(gòu)簡單，開型阻力小的鑄件。4）綜合分型金屬型 鑄型主體有兩個或兩個以上的垂直和水平分型面組成，可以設(shè)置型芯及抽芯，方便設(shè)計澆冒口和排氣。易實現(xiàn)機械化，廣泛應(yīng)用于各類復(fù)雜鑄件。 6.5.2 6.5.2 金屬型（模具）主體設(shè)計金屬型（模具）主體設(shè)計 金屬型主體（型體）是指構(gòu)成型腔，用于形成鑄件外形的部分。 型體結(jié)構(gòu)與鑄件尺寸大小、澆注位置、合金種類等有關(guān)。型體結(jié)構(gòu)有整體式和組合式（或鑲拼式）兩種。6.5.2.1 型腔尺寸計算 型腔尺寸是決定鑄件尺寸精度的主要因素。型腔尺寸應(yīng)考慮零件尺寸、公差、合金的收縮、涂料的厚度、金屬型受熱之后的膨脹率以及金屬型各

21、部分之間的間隙等。上述因素在實際生產(chǎn)中變化較大，需要根據(jù)經(jīng)驗加以判定，或通過試模加以調(diào)整，以得到合理的數(shù)據(jù)。型腔尺寸經(jīng)驗公式：Ax=Ap+ Ap Ax Ax型腔尺寸Ap鑄件名義尺寸，mm鑄件收縮率，%金屬型的涂料層厚度，mmAx型腔尺寸制造公差，mm6.5.2.2 分型面尺寸 6.5.2.3 金屬型尺寸的確定 在確定型腔的基本尺寸之后，可按下列原則確定金屬型的外形尺寸：1）型腔外輪廓離金屬型邊緣的距離不小于20mm；2）一型多件的鑄型，鑄件與鑄件之間的距離，小件不小于10mm，一般鑄件不小于30mm；3）定位銷孔表面至鑄型邊緣的距離不小于10mm。4）直澆道至鑄件間的距離一般取1025mm，內(nèi)

22、澆道長度一般取812mm；直澆道高度應(yīng)比鑄件高出4060mm。 金屬型壁厚 金屬型壁厚主要影響鑄型的重量、強度及鑄件的冷卻速度。金屬型壁厚太厚，增加了鑄型的重量，在澆注初期，可加快鑄件的冷卻速度。但模具溫度達(dá)到一定值后，厚壁蓄熱太多，金屬型向外界散失熱量的速度慢，從而引起模具溫度過高，又會降低鑄件的冷卻速度。型壁太薄，又可能導(dǎo)致金屬型剛性不夠，影響金屬型使用壽命。 金屬型壁厚與鑄件壁厚、鑄件材料等緊密相關(guān)，一般根據(jù)鑄件壁厚加以確定，其原則是在保證金屬型剛性的前提下，型壁選擇稍薄一些，可按鑄件壁厚的16.5倍加以選擇，常用壁厚為2025mm，一般不小于15mm。6.5.2.4 增強金屬型的剛性

23、6.5.3 金屬型型芯設(shè)計 根據(jù)鑄件復(fù)雜程度及精度要求，金屬型鑄造既可用砂芯，也可用金屬芯或二者同時并用。砂芯的設(shè)計原理和砂型鑄造相同，但砂芯最好能與大氣相通，以便排氣。 金屬芯一般設(shè)計成活動的，以便取件時及時抽出。在設(shè)計時要注意以下兩點： 1）金屬芯安放位置要準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠，不能轉(zhuǎn)動。 2）抽芯時抽芯力要足夠。 6.5.4 金屬型的頂出設(shè)計 除非形狀特別簡單的鑄件，一般金屬型鑄件均須設(shè)置頂桿將鑄件頂出。 頂出方式一般有兩種：1）一是在開型過程中，頂桿板碰到固定在機器上的頂出桿后，頂桿板不動，此時鑄型繼續(xù)打開而頂出鑄件，稱之為回程取件。2）二是開型（模）后，鑄型不動，由頂出油（氣）缸前進(jìn)推動頂

24、桿板頂出鑄件。 6.5.5 金屬型排氣設(shè)計 金屬型鑄造的一個特點就是排氣性能不好，特別是對于形狀復(fù)雜的鑄件，氣體常常聚集在型腔的深處、大平面上以及離冒口較遠(yuǎn)的部位。 因此在上述這些地方必須設(shè)置一些排氣裝置，以防止氣體不能及時排出而發(fā)生氣孔、冷隔、澆不足缺陷。 6.5.6 金屬型的定位、導(dǎo)向及鎖緊機構(gòu) 6.5.7 金屬型（模具）材料的選擇 金屬型鑄造中，由于金屬液的澆注溫度高（如鋁合金的澆注溫度為973K1023K），金屬型的型腔部分直接與高溫金屬液接觸且受交變的熱應(yīng)力作用，為保證金屬型的使用壽命，型腔的制作材料應(yīng)具有足夠的耐熱性、淬透性和良好的機加工和焊接性能。 目前型腔材料應(yīng)用最多的是 3C

25、r2W8V 和4Mo5SiV1（即美國牌號H13），對于型腔以外且和金屬液體不直接接觸的其他部分（俗稱模架）則采用普通碳素鋼，此種方式稱之為鑲拼式金屬型。 當(dāng)生產(chǎn)量不大或進(jìn)行產(chǎn)品試制或為降低成本時，也可使用HT200、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵等材料制作整體金屬型。 當(dāng)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為滿足順序凝固需要在金屬型上進(jìn)行局部強化冷卻時，可采用激冷塊（亦可采用水冷或氣冷）。要求激冷塊具有高的熱導(dǎo)率和蓄熱系數(shù)，一般均采用純銅及銅合金，其中以鈹青銅為最優(yōu)。 6.6 6.6 金屬型鑄造缺陷與對策金屬型鑄造缺陷與對策 對于鋁/鎂合金的金屬型鑄造，常見的鑄件缺陷主要有縮孔/縮松、冷隔或澆不足、裂紋及氣孔等。下面將分別給

26、予說明。 6.6.1 縮孔縮孔/ /縮松縮松 縮孔是鑄件表面或內(nèi)部出現(xiàn)的一種粗糙、不規(guī)則的空洞。縮松則是許多分散的微小縮孔，如圖6-34所示。 縮孔/縮松處因冷卻速度慢，晶粒粗大。該缺陷常發(fā)生在鑄件的內(nèi)澆道附近、冒口根部的肥厚部位、壁的厚薄轉(zhuǎn)接處、局部肥大的凸耳、以及大平面的局部表面。 其形狀不規(guī)則，鑄件的縮松，可通過外觀、斷面或X射線檢查發(fā)現(xiàn)。 縮松在X射線底片上呈云霧狀，嚴(yán)重的呈絲狀。另外鑄件局部表面發(fā)白，實際上就是縮松缺陷。圖6-34 鋁合金金屬型鑄造的縮孔/縮松缺陷 6.6.2 冷隔或澆不足冷隔或澆不足 冷隔是鑄件表面上的一種透縫或有邊緣的表面夾縫，中間被氧化皮隔開，不完全融合為一體。

27、 冷隔嚴(yán)重時就成了澆不足，圖6-35所示即為澆不足或冷隔缺陷。冷隔常發(fā)生在鑄件頂部、薄的水平面或垂直面、厚薄壁的轉(zhuǎn)接處、薄的筋片，以及合金液最后匯流處。 冷隔可以通過外觀檢查或熒光檢查發(fā)現(xiàn)。圖6-35 冷隔或澆不足缺陷 6.6.3 裂紋裂紋 金屬型鑄造容易發(fā)生裂紋，因為金屬型本身沒有退讓性，冷卻速度快，容易造成鑄件內(nèi)應(yīng)力增大而出現(xiàn)裂紋。 裂紋的外觀呈直線或不規(guī)則的曲線，如圖6-36。 裂紋分為熱裂紋和冷裂紋兩種：熱裂紋一般沿晶界開裂，斷面被強烈氧化呈暗色或黑色，無金屬光澤。冷裂紋斷面的金屬表面潔凈，有金屬光澤。裂紋與縮松、夾渣有聯(lián)系，多發(fā)生在鑄件尖角處的內(nèi)側(cè)，厚薄斷面的交接處。 圖6-36 裂

28、紋缺陷 6.6.4 氣孔氣孔 氣孔是存在于鑄件表面或內(nèi)部呈圓形、橢圓形和不規(guī)則形狀的孔洞。表面氣孔直觀可見，皮下氣孔經(jīng)加工后才能發(fā)現(xiàn)（如果較輕微，表面吹砂后也可顯露出來），如圖6-37。 內(nèi)部氣孔只能通過斷口或X射線透視檢查才能發(fā)現(xiàn)。 氣孔的形成原因有： 1）澆注速度太快，不平穩(wěn)，氣體被卷入合金液中； 2）金屬型排氣系統(tǒng)不合理，不能及時把型腔中的氣體排出； 3）合金熔化溫度過高，精練效果不好； 4）金屬型涂料沒有完全烘干； 5）砂芯沒有烘干，通氣不良等。 相應(yīng)的措施有： 1）控制澆注溫度，保持平穩(wěn)澆注； 2）在排氣條件差的部位增加排氣槽或排氣塞； 3）控制合金熔化溫度，正確精練，并檢查精練質(zhì)量

29、； 4金屬型涂涂料后應(yīng)讓涂料中的水分揮發(fā)干凈； 5 砂芯應(yīng)烘干，排氣系統(tǒng)應(yīng)暢通。圖6-37 氣孔缺陷示意圖a) 零件外形 b）加工后的外表面 6.7 摩托車鋁合金車輪的金屬型鑄造工藝實例摩托車鋁合金車輪的金屬型鑄造工藝實例 近十年來, 我國鋁合金車輪行業(yè)發(fā)展十分快速，現(xiàn)已成為世界上鋁合金車輪的主要生產(chǎn)國。 由于金屬型鑄造投資少、工藝成熟、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短, 因而在鋁合金車輪，特別是鋁合金摩托車車輪生產(chǎn)中普遍采用了金屬型鑄造方法，其材料一般選用ZL101或ZL101A。 6.7.1 車輪的澆注系統(tǒng)特點 摩托車車輪鑄件的結(jié)構(gòu)特點是繞圓周對稱，壁厚均勻，平均壁厚一般為67mm, 屬于典型的同時凝固的零

30、件。 輪轂的澆注多采用臥式結(jié)構(gòu)，澆口位于車輪的中心， 中心處的型芯作為分流錐使用。 澆注系統(tǒng)采用頂注，開放式結(jié)構(gòu)（直澆道下大上小，便于上模開模），如圖6-38所示。冒口設(shè)在輪輞的上部，沿圓周均布。 當(dāng)液體金屬從中心澆入時, 先沖向型腔底部, 當(dāng)?shù)撞恐饾u充滿，液面上升才通過水平面四散到整個輪輞底部, 然后再充滿整個型腔。 這種流動形態(tài)會引起兩次金屬液流的攪動，易產(chǎn)生鑄造缺陷。因此金屬鋁液必須進(jìn)行凈化、細(xì)化、變質(zhì)、過濾處理，并有效地控制模具型腔的溫度和合理地設(shè)置冒口，順利排除腔內(nèi)空氣，才能消除有關(guān)缺陷。 6.7.2 車輪的模具結(jié)構(gòu)特點 由于車輪采用復(fù)合分型，其模具由上模、下模、四只側(cè)模及頂出系統(tǒng)等

31、組成。 模具安裝在專用的立式澆注機上，如圖6-39所示。 由此可知：車輪的金屬型模具結(jié)構(gòu)緊湊，可以根據(jù)生產(chǎn)需要及時更換，可以在同一澆注機上生產(chǎn)不同型號的車輪，生產(chǎn)通用性強。圖6-38 鋁合金摩托車車輪鑄件圖6-39 摩托車車輪的金屬型澆注機6-上模油缸；2-上模導(dǎo)向桿；3-上模板；4-側(cè)模板； 5-側(cè)模油缸；6-澆注臺；7-頂出油缸；8- 工作臺架 6.7.3 鑄造工藝參數(shù)選擇及控制要點 摩托車車輪的生產(chǎn)工藝流程包括合金熔化、澆注、去除澆冒口、固溶處理、時效處理、整形、精加工、噴漆、檢查裝配、包裝等工序強化。 其中鑄造工藝和熱處理工藝參數(shù)的選擇對車輪性能和質(zhì)量有重要影響。表6-8為生產(chǎn)中常用的

32、工藝參數(shù)。工 序 項 目 參 數(shù) 鑄 造 化學(xué)成分 符合GB/T1173-1995規(guī)定 熔化溫度 / 750760 精煉溫度 / 710730 精煉時間 /min 810 澆注溫度 / 700720 模具溫度 / 250350 鑲?cè)囟?/ 250 冷卻時間 /min 35 表6-8 鋁合金車輪的鑄造工藝參數(shù)固溶處理 固溶溫度/ 5255 固溶時間 / h 68 淬火處理 冷卻介質(zhì) 水 介質(zhì)溫度 / 6080 轉(zhuǎn)移時間 / s 1020 人工時效 時效溫度/ 1605 時效時間 / h 6 冷卻介質(zhì) 空氣（室溫） 6.7.3.1 鋁液的凈化處理 鋁合金車輪的鑄造對鋁液含氣量的要求很嚴(yán)格。鋁液含氣量高，會導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔、針孔缺陷而報廢。在實際生產(chǎn)中，特別是南方的梅雨季節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)鋁液經(jīng)過除氣精煉后，含氣量仍偏高，達(dá)不到工藝規(guī)定的要求。 盡管鋁液精煉后含氣量偏高的原因有多方面如除氣精煉的時間短；除氣精煉的溫度控制不合適等，在保證參數(shù)控制嚴(yán)格的前提下，其它需要注意的事項有 ： 1） 采用惰性氣體小氣泡旋轉(zhuǎn)噴吹技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熔劑來處理鋁液。因為熔劑除氣精煉時, 人為因素影響較