金屬型鑄造金屬型鑄造11.1概述定義：金屬型鑄造(Gravitydiecasting)是指液態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1-1所示。由于金屬鑄型可以重復使用，壽命（指澆注次數）可達數萬次，所以金屬型鑄造又稱永久型鑄造（Permanentmold）。第1頁/共106頁1.1概述第1頁/共106頁2圖1-1（a）金屬型合模狀態

第2頁/共106頁圖1-1（a）金屬型合模狀態第2頁/共106頁3圖1-1（b）傾轉澆注第3頁/共106頁圖1-1（b）傾轉澆注第3頁/共106頁4

戰國時已用此方法生產銅錢，到漢代發展為由中央制造鐵范,發給地方作坊，用以生產統一規格的貨幣。漢代以后，隨著疊鑄方法進一步發展，開始大量使用鐵范來生產車馬器件等。

第4頁/共106頁戰國時已用此方法生產銅錢，到漢代發展為由中央制造鐵范5第5頁/共106頁第5頁/共106頁6優點：（與砂型鑄造相比）（1）金屬型的熱導率和熱容量大，金屬液的冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能比砂型鑄件高。如鋁合金鑄件的抗拉強度可增加10％～20％，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，一般可節約15%-30%。（4）不用砂或少用砂，節約造型材料80%-100%，減少環境污染。第6頁/共106頁優點：（與砂型鑄造相比）第6頁/共106頁7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、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，對鑄件質量的影響敏感，控制難度大。

近年來，為了防止澆注時金屬液流動過程中形成紊流，減少氧化夾渣及卷氣等缺陷，采用傾轉式澆注已成為金屬型鑄造的主流方式，見圖1-1。第7頁/共106頁缺點:第7頁/共106頁81.2金屬型鑄造成形過程的特點

金屬型導熱性對鑄件成型的影響導熱性退讓性透氣性q=λ3（T1-T2）t/x3t–傳熱時間λ3-中間層導熱系數（遠小于鑄型）各因素的影響（時間t確定）：λ3：取決于材料的成分厚度可控T1：金屬液溫度，一般固定T2：外界溫度，可控導熱性導致的特點第8頁/共106頁1.2金屬型鑄造成形過程的特點

金屬型導熱性對鑄件成型的影9第9頁/共106頁第9頁/共106頁10

當x3很小，忽略不計時，金屬型的蓄熱和散熱就成了鑄件冷卻速度的決定因素。1.金屬型的蓄熱：1.金屬型的蓄熱：b-蓄熱系數λ-鑄型導熱系數C-鑄型比熱容X-鑄型厚度1.金屬型的蓄熱：b-蓄熱系數λ-鑄型導熱系數C-鑄型比熱容X-鑄型厚度1.金屬型的蓄熱：

當涂料有一定厚度時，可以通過涂料成分和厚度的控制實現對導熱速度的控制導熱性導致的特點第10頁/共106頁當x3很小，忽略不計時，金屬型的蓄熱和散熱就成了鑄件冷112.金屬型的散熱：A自然散熱決定于自身的導熱能力，通過其外表面向外界散失熱量。B強制散熱通過自身的導熱能力，采取強制手段冷卻鑄型，達到冷卻的目的。例如：風冷，水冷等。

綜上所述，金屬型鑄造時，鑄型材料的導熱性能對鑄件的凝固起主導作用。導熱性導致的特點第11頁/共106頁2.金屬型的散熱：綜上所述，金屬型鑄造時，鑄型材料的12第12頁/共106頁第12頁/共106頁13第13頁/共106頁第13頁/共106頁14第14頁/共106頁第14頁/共106頁15第15頁/共106頁第15頁/共106頁16第16頁/共106頁第16頁/共106頁17金屬型無透氣性對鑄件成型的影響第17頁/共106頁金屬型無透氣性對鑄件成型的影響第17頁/共106頁18易造成的缺陷：

1.氣體阻力大造成澆不足、冷隔。

2.排不出的氣體造成鑄件侵入性氣孔的產生。透氣性導致的特點第18頁/共106頁易造成的缺陷：透第18頁/共106頁19第19頁/共106頁第19頁/共106頁20需采取的措施：

1.金屬型上設置排氣裝置，如排氣槽、排氣塞，局部死角處要加強排氣

2.盡可能的清除產氣根源。氣體的來源：高溫下涂料發氣型腔內原有氣體潮氣油污透氣性導致的特點第20頁/共106頁需采取的措施：氣體的來源：高溫下涂料發氣型腔內原有氣體21金屬型無退讓性對鑄件成型的影響室溫：應力集中→阻礙取件和取芯、導致裂紋為了防止裂紋，應采取的措施：1.在一定溫度下取出型芯或使鑄件脫出鑄型。2.設置專門的抽芯機構和鑄件頂出機構。3.必要時修改型芯為砂芯。4.增大金屬型斜度和涂料層厚度。冷卻過程中：收縮受阻→拉應力→拉伸變形→熱裂紋→冷裂紋應變：ε1=α（Ts-T1）退讓性導致的特點第21頁/共106頁金屬型無退讓性對鑄件成型的影響室溫：應力集中→阻礙取件和取芯22金屬型的準備及預熱

1.金屬型的準備新金屬型或長期未用的金屬型，應先起封，除油，并在200~300℃下烘烤，除凈油跡。對于經過了一個生產周期，需要清理的金屬型而言，應著重清除型腔、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。

第22頁/共106頁金屬型的準備及預熱第22頁/共106頁232.金屬型的預熱金屬型在工作前應預熱并涂敷涂料，未經預熱和噴涂涂料的金屬型不能進行澆注。這是因為金屬型導熱性好，金屬液冷卻快，流動充型能力差，容易使鑄件出現冷隔、澆不足、夾雜、氣孔等缺陷。同時未預熱的金屬型在澆注時，鑄型將受到強烈的熱沖擊，應力倍增，極易損壞。第23頁/共106頁2.金屬型的預熱第23頁/共106頁24第24頁/共106頁第24頁/共106頁25

金屬型的預熱方法主要有：1）用煤氣或天然氣火焰預熱。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。在模具背面設置電加熱管，澆注開始前將金屬型預熱到指定的溫度。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。第25頁/共106頁金屬型的預熱方法主要有：第25頁/共106頁26金屬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即模具溫度、澆注溫度和涂料的選擇是生產優質鑄件和延長金屬型使用壽命的關鍵。第26頁/共106頁金屬型的澆注第26頁/共106頁27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鑄件冷卻到塑性變形溫度范圍內，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率。最合適的時間應由實驗確定。第27頁/共106頁鑄件的出型和抽芯時間金屬型芯在鑄件中最適宜的停28金屬型工作溫度的調節由于金屬型的導熱性能比砂型高很多（熱導率約高150倍，蓄熱系數約高20倍，導溫系數約高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。第28頁/共106頁金屬型工作溫度的調節第28頁/共106頁29金屬型工作溫度調節的方式有以下幾種：（1）風冷第29頁/共106頁金屬型工作溫度調節的方式有以下幾種：（1）風冷第29頁/共130（2）間接水冷第30頁/共106頁（2）間接水冷第30頁/共106頁31（3）直接水冷第31頁/共106頁（3）直接水冷第31頁/共106頁32（4）局部加熱第32頁/共106頁（4）局部加熱第32頁/共106頁33金屬型涂料

金屬型涂料的作用：1）保護金屬型。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）能調節鑄件在金屬型中各部位的冷卻速度，控制凝固順序。3）改善鑄件的表面質量。防止因金屬型有較強的激冷作用而導致鑄件表面產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）獲得復雜外型及薄壁鑄件。第33頁/共106頁金屬型涂料第33頁/共106頁34涂料組成：1）耐火材料：氧化鋅、滑石粉、鋯砂粉、硅藻土粉等。2）粘結劑：水玻璃、糖漿、紙漿廢液等。3）溶劑：水等。4）附加物第34頁/共106頁涂料組成：第34頁/共106頁35

從上面的一些分析可知，確定金屬型澆注工藝規范時，應鑄件材質、形狀大小、復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）保證鑄件組織細密，力學性能好，希望快速冷卻，要求較低的金屬型溫度和澆注溫度。第35頁/共106頁從上面的一些分析可知，確定金屬型澆注工藝361.4金屬型鑄件的工藝設計

金屬型的鑄造工藝方案是決定金屬型鑄件質量的最本質因素。在確定鑄造工藝方案時應注意以下幾點：（1）澆注系統的設計應盡可能簡單，設置直澆道、橫澆道等時應避免產生紊流。近年來，為了防止澆注時金屬液流動過程中形成紊流，可采用傾轉式澆注（圖2-1b）。（2）鑄件應力求避免壁厚的突然變化，厚壁與薄壁之間應平滑過渡。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生熱節，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）應設置排氣塞或排氣道來強化排氣。（4）確保順序凝固，合理設置冒口或補縮通道。（5）為了保證鑄件質量和提高生產效率，應考慮設置模具的冷卻結構。第36頁/共106頁1.4金屬型鑄件的工藝設計第36頁/共106頁37鑄件結構的工藝性分析鑄件結構工藝性分析的原則：1）鑄件結構不應阻礙出型、抽芯、收縮。

見圖1-112）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。第37頁/共106頁鑄件結構的工藝性分析鑄件結構工藝性分析的原則：第37頁/共138第38頁/共106頁第38頁/共106頁39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，直接關系到型芯和分型面的數量、液體金屬的導入位置、冒口的補縮效果、排氣的通暢程度以及金屬型的復雜程度等。鑄件在金屬型中位置的設計原則如下：1）澆注系統易于安放，保證金屬液平穩地充滿金屬型，排氣方便，避免金屬液流卷氣和氧化。2）鑄件最厚大部位應放置在金屬型的上端，便于設置冒口補縮。如蓋子或盤形鑄件的厚大法蘭面應向上，便于設置冒口補縮。3）應使金屬型結構簡單，型芯數量少，安裝方便，定位牢固可靠。4）應保證便于分型取出鑄件，防止鑄件被拉裂或變形。第39頁/共106頁澆注位置的選擇(鑄件在金屬型中的位置)第39頁/共106頁40

下面以圖1-12為例進行簡要說明圖1-12a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，導致金屬液流紊亂，容易進渣和卷氣；金屬型芯2處的厚壁遠離冒口，不易得到補縮，易產生縮孔、縮松；上方的冒口偏大，切割工作量大；因為有金屬型芯2，不設頂出機構或抽芯機構，無法取出鑄件。圖1-12b所示的方案比較合理，采用了底注式澆注，金屬液自下而上充型，流動平穩，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1-12b正好克服了圖1-12a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劣，所以在確定鑄件位置時，應多方比較，綜合考慮，以選擇最佳的位置方案。第40頁/共106頁下面以圖1-12為例進行簡要說明第40頁/41第41頁/共106頁第41頁/共106頁42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，一般應根據鑄件結構和鑄造成形方法進行確定。一個鑄件經常有幾種分型的可能，如圖1-13a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，影響表面質量及精度。若采用圖1-13b所示分型方案則效果比較好。同理，鑄件2若采用圖1-13c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，影響鑄件表面質量。而采用圖1-13d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。第42頁/共106頁分型面的選擇第42頁/共106頁43第43頁/共106頁第43頁/共106頁44分型面選擇的基本原則：1）對于形狀簡單的鑄件，分型面應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或大部分分布在半型內。2）矮的盤形和筒形鑄件，分型面應盡量不選在鑄件的軸心上。3）分型面應盡可能地選在同一個平面上，盡量避免曲面分型。4）應保證鑄件分型方便，盡量減少或不用活塊。5）分型面應盡量不選在鑄件的基準面上，也不要選在精度要求較高的表面上。6）分型面的位置應盡量避免做鑄造斜度，而且取件容易。第44頁/共106頁分型面選擇的基本原則：第44頁/共106頁45澆注系統設計原則：1.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.應注意使液體金屬在充型時流動平穩，不產生渦流，不沖擊型壁或型芯，更不可產生飛濺。第45頁/共106頁澆注系統設計第45頁/共106頁46澆注系統的類型：頂注式：第46頁/共106頁澆注系統的類型：第46頁/共106頁472.底注式：第47頁/共106頁2.底注式：第47頁/共106頁483.側注式：第48頁/共106頁3.側注式：第48頁/共106頁491.5金屬型（模具）的設計

在金屬型鑄造工藝方案確定以后，就可以進行金屬型（模具）的結構設計。設計內容包括金屬型結構與材料選擇；型體（或鑲塊）設計；型芯設計；排氣設計；頂桿位置設計等。第49頁/共106頁1.5金屬型（模具）的設計第49頁/共106頁50金屬型的結構形式金屬型的結構取決于鑄件形狀、尺寸大小、分型面選擇等因素，按分型面劃分，典型的金屬型結構形式如下：1）整體金屬型如圖1-18所示，澆注出來的鑄件無分型面，尺寸精度高，但應用受到限制，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1-19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，但不便于設計澆、冒口系統，排氣條件差。適用于輪盤類鑄件。第50頁/共106頁金屬型的結構形式第50頁/共106頁51第51頁/共106頁第51頁/共106頁52第52頁/共106頁第52頁/共106頁533）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）。操作方便，便于設置澆冒口系統，易實現機械化。適用于結構簡單，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，可以設置型芯及抽芯，方便設計澆冒口和排氣。易實現機械化，廣泛應用于各類復雜鑄件。第53頁/共106頁3）垂直分型金屬型如圖2-16c所示，鑄型主體由左、右兩半54第54頁/共106頁第54頁/共106頁55第55頁/共106頁第55頁/共106頁56金屬型（模具）主體設計金屬型主體（型體）是指構成型腔，用于形成鑄件外形的部分。型體結構與鑄件尺寸大小、澆注位置、合金種類等有關。型體結構有整體式和組合式（或鑲拼式）兩種。第56頁/共106頁金屬型（模具）主體設計第56頁/共106頁57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部分之間的間隙等。上述因素在實際生產中變化較大，需要根據經驗加以判定，或通過試模加以調整，以得到合理的數據。第57頁/共106頁型腔尺寸計算第57頁/共106頁58型腔尺寸經驗公式：Ax=[Ap+Ap×ε±δ]±ΔAx

Ax——型腔尺寸Ap——鑄件名義尺寸，mmε——鑄件收縮率，%δ——金屬型的涂料層厚度，mmΔAx——型腔尺寸制造公差，mm第58頁/共106頁型腔尺寸經驗公式：Ax=[Ap+Ap×ε±δ]±ΔAx第59第59頁/共106頁第59頁/共106頁60分型面尺寸第60頁/共106頁分型面尺寸第60頁/共106頁61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10~25mm，內澆道長度一般取8~12mm；直澆道高度應比鑄件高出40~60mm。第61頁/共106頁金屬型尺寸的確定第61頁/共106頁62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，一般根據鑄件壁厚加以確定，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1~1.5倍加以選擇，常用壁厚為20~25mm，一般不小于15mm。第62頁/共106頁金屬型壁厚第62頁/共106頁63第63頁/共106頁第63頁/共106頁64增強金屬型的剛性第64頁/共106頁增強金屬型的剛性第64頁/共106頁65第65頁/共106頁第65頁/共106頁66金屬型型芯設計根據鑄件復雜程度及精度要求，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。金屬芯一般設計成活動的，以便取件時及時抽出。在設計時要注意以下兩點：

1）金屬芯安放位置要準確，穩定可靠，不能轉動。

2）抽芯時抽芯力要足夠。第66頁/共106頁金屬型型芯設計第66頁/共106頁67第67頁/共106頁第67頁/共106頁68第68頁/共106頁第68頁/共106頁69金屬型的頂出設計除非形狀特別簡單的鑄件，一般金屬型鑄件均須設置頂桿將鑄件頂出。

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）缸前進推動頂桿板頂出鑄件。第69頁/共106頁金屬型的頂出設計第69頁/共106頁70第70頁/共106頁第70頁/共106頁71第71頁/共106頁第71頁/共106頁72金屬型排氣設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的部位。因此在上述這些地方必須設置一些排氣裝置，以防止氣體不能及時排出而發生氣孔、冷隔、澆不足缺陷。

第72頁/共106頁金屬型排氣設計第72頁/共106頁73第73頁/共106頁第73頁/共106頁74第74頁/共106頁第74頁/共106頁75第75頁/共106頁第75頁/共106頁76金屬型的定位、導向及鎖緊機構第76頁/共106頁金屬型的定位、導向及鎖緊機構第76頁/共106頁77第77頁/共106頁第77頁/共106頁78第78頁/共106頁第78頁/共106頁79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973K～1023K），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力作用，為保證金屬型的使用壽命，型腔的制作材料應具有足夠的耐熱性、淬透性和良好的機加工和焊接性能。目前型腔材料應用最多的是3Cr2W8V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。第79頁/共106頁金屬型（模具）材料的選擇第79頁/共106頁80

當生產量不大或進行產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。當鑄件結構復雜，為滿足順序凝固需要在金屬型上進行局部強化冷卻時，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率和蓄熱系數，一般均采用純銅及銅合金，其中以鈹青銅為最優。第80頁/共106頁當生產量不大或進行產品試制或為降低成本時，811.6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。下面將分別給予說明。第81頁/共106頁1.6金屬型鑄造缺陷與對策第81頁/共106頁82縮孔/縮松縮孔是鑄件表面或內部出現的一種粗糙、不規則的空洞。縮松則是許多分散的微小縮孔，如圖1-34所示。縮孔/縮松處因冷卻速度慢，晶粒粗大。該缺陷常發生在鑄件的內澆道附近、冒口根部的肥厚部位、壁的厚薄轉接處、局部肥大的凸耳、以及大平面的局部表面。其形狀不規則，鑄件的縮松，可通過外觀、斷面或X射線檢查發現。縮松在X射線底片上呈云霧狀，嚴重的呈絲狀。另外鑄件局部表面發白，實際上就是縮松缺陷。第82頁/共106頁縮孔/縮松第82頁/共106頁83圖1-34鋁合金金屬型鑄造的縮孔/縮松缺陷第83頁/共106頁圖1-34鋁合金金屬型鑄造的縮孔/縮松缺陷第83頁/共184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。冷隔嚴重時就成了澆不足，圖1-35所示即為澆不足或冷隔缺陷。冷隔常發生在鑄件頂部、薄的水平面或垂直面、厚薄壁的轉接處、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現。第84頁/共106頁冷隔或澆不足第84頁/共106頁85圖1-35冷隔或澆不足缺陷

第85頁/共106頁圖1-35冷隔或澆不足缺陷第85頁/共106頁86裂紋金屬型鑄造容易發生裂紋，因為金屬型本身沒有退讓性，冷卻速度快，容易造成鑄件內應力增大而出現裂紋。裂紋的外觀呈直線或不規則的曲線，如圖1-36。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、夾渣有聯系，多發生在鑄件尖角處的內側，厚薄斷面的交接處。第86頁/共106頁裂紋第86頁/共106頁87

圖1-36裂紋缺陷

第87頁/共106頁圖1-36裂紋缺陷第87頁/共106頁88氣孔氣孔是存在于鑄件表面或內部呈圓形、橢圓形和不規則形狀的孔洞。表面氣孔直觀可見，皮下氣孔經加工后才能發現（如果較輕微，表面吹砂后也可顯露出來），如圖1-37。內部氣孔只能通過斷口或X射線透視檢查才能發現。第88頁/共106頁氣孔第88頁/共106頁89

氣孔的形成原因有：1）澆注速度太快，不平穩，氣體被卷入合金液中；2）金屬型排氣系統不合理，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。

第89頁/共106頁氣孔的形成原因有：第89頁/共106頁90

相應的措施有：1）控制澆注溫度，保持平穩澆注；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，并檢查精練質量；4金屬型涂涂料后應讓涂料中的水分揮發干凈；5砂芯應烘干，排氣系統應暢通。第90頁/共106頁相應的措施有：第90頁/共106頁91圖1-37氣孔缺陷示意圖a)零件外形b）加工后的外表面第91頁/共106頁圖1-37氣孔缺陷示意圖第91頁/共106頁921.7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發展十分快速，現已成為世界上鋁合金車輪的主要生產國。由于金屬型鑄造投資少、工藝成熟、生產準備周期短,因而在鋁合金車輪，特別是鋁合金摩托車車輪生產中普遍采用了金屬型鑄造方法，其材料一般選用ZL101或ZL101A。第92頁/共106頁1.7摩托車鋁合金車輪的金屬型鑄造工藝實例第92頁/共193車輪的澆注系統特點摩托車車輪鑄件的結構特點是繞圓周對稱，壁厚均勻，平均壁厚一般為6~7mm,屬于典型的同時凝固的零件。輪轂的澆注多采用臥式結構，澆口位于車輪的中心，中心處的型芯作為分流錐使用。澆注系統采用頂注，開放式結構（直澆道下大上小，便于上模開模），如圖1-38所示。冒口設在輪輞的上部，沿圓周均布。第93頁/共106頁車輪的澆注系統特點第93頁/共106頁94

當液體金屬從中心澆入時,先沖向型腔底部,當底部逐漸充滿，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。這種流動形態會引起兩次金屬液流的攪動，易產生鑄造缺陷。因此金屬鋁液必須進行凈化、細化、變質、過濾處理，并有效地控制模具型腔的溫度和合理地設置冒口，順利排除腔內空氣，才能消除有關缺陷。第94頁/共106頁當液體金屬從中心澆入時,先沖向型腔底部,當底95車輪的模具結構特點由于車輪采用復合分型，其模具由上模、下模、四只側模及頂出系統等組成。

模具安裝在專用的立式澆注機上，如圖1-39所示。由此可知：車輪的金屬型模具結構緊湊，可以根據生產需要及時更換，可以在同一澆注機上生產不同型號的車輪，生產通用性強。第95頁/共106頁車輪的模具結構特點第95頁/共106頁96圖1-38鋁合金摩托車車輪鑄件第96頁/共106頁圖1-38鋁合金摩托車車輪鑄件第96頁/共106頁97圖1-39摩托車車輪的金屬型澆注機1-上模油缸；2-上模導向桿；3-上模板；4-側模板；5-側模油缸；6-澆注臺；7-頂出油缸；8-工作臺架第97頁/共106頁圖1-39摩托車車輪的金屬型澆注機第97頁/共106頁98鑄造工藝參數選擇及控制要點摩托車車輪的生產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的選擇對車輪性能和質量有重要影響。表1-8為生產中常用的工藝參數。第98頁/共106頁鑄造工藝參數選擇及控制要點第98頁/共106頁99工序項目參數

鑄造

化學成分

符合GB/T1173-1995規定熔化溫度/℃750~760精煉溫度/℃710~730精煉時間/min8~10澆注溫度/℃700~720模具溫度/℃250~350鑲圈溫度/℃250冷卻時間/min3~5表1-8鋁合金車輪的鑄造工藝參數第99頁/共106頁工序項目參數鑄造化學成分100固溶處理固溶溫度/℃525±5固溶時間/h6~8淬火處理冷卻介質水介質溫度/℃60~80轉移時間/s10~20人工時效時效溫度/℃160±5時效時間/h6冷卻介質空氣（室溫）第100頁/共106頁固溶處理固溶溫度/℃525±5固溶時間/h6~101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格。鋁液含氣量高，會導致鑄件產生氣孔、針孔缺陷而報廢。在實際生產中，特別是南方的梅雨季節，經常出現鋁液經過除氣精煉后，含氣量仍偏高，達不到工藝規定的要求。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，在保證參數控制嚴格的前提下，其它需要注意的事項有：第101頁/共106頁鋁液的凈化處理第101頁/共106頁1021）采用惰性氣體小氣泡旋轉噴吹技術代替傳統的熔劑來處理鋁液。因為熔劑除氣精煉時,人為因素影響較大，難于保證除氣精煉效果。采用惰性氣體小氣泡旋轉噴吹進行除氣精煉，由機器自動完成，不受人為因素的影響，除氣效果的重復再現性好。采用的惰性氣體一般為氬氣或氮氣，使用氮氣時,氮氣的純度應大于99.995%，如果氮氣的純度低，會影響除氣效果。2）保持爐料干凈。如果加人熔鋁爐的爐料鋁錠露天存放時間長或經過雨淋、或表面灰塵多，其熔液即使經過除氣精煉，含氣含渣量仍然較高，影響鑄造合格率。第102頁/共106頁1）采用惰性氣體小氣泡旋轉噴吹技術代替傳統的熔劑來處理鋁液103模具涂料及噴涂方法

選擇模具涂料時,應考慮以下幾點：1）涂料應具有一定的粘附強度，能牢固地粘附在金屬型表面上，充型時在鋁液沖刷和溫度劇烈變化的條件下不開裂、不脫落。2）涂料的粒度越細，鑄件表面越光潔，脫模阻力越小，但粒度太細，涂料的排氣性變差。3）涂料應有足夠的流動性，以便于噴涂或涂刷至型腔表面。4）根據工藝要求，型腔表面的不同部位需噴不同導熱性的涂料，以調節鑄件的順序凝固。第103頁/共106頁模具涂料及噴涂方法第103頁/共106頁104

除了涂料的質量外，噴涂方法對涂層質量也會產生影響，進而影響鑄件的質量及合格率。要獲得良好的涂層，應注意：1）過期的涂料不能使用，配制好的涂料，存放期一般不要超過8h。2）涂料的濃度要適宜，涂料太濃，涂層容易噴厚、表面粗糙和結疤。涂料太稀，型腔不易上涂料。一般的商業涂料在使用時都需要加水稀釋，最好采用去離子水稀釋。以FOSECO公司的涂料為例，將DYCOTE34號涂料稀釋至波美度20~23為宜；將DYCOTE39號涂料稀釋至波美度25~28為宜。3）粘在模具上的舊涂料、殘鋁、油污等應清理干凈。如果模具有油污，所噴涂料易脫落。4）模具的溫度要適宜，噴涂料時，模具溫度一般不要低于170℃。模具溫度低，水分不易揮發，涂層易積水。5）噴涂距離要合適，距離一般約為200~300mm。6）應平穩噴涂，模具的涂層厚度一般為上模40~60um，下模30~50um，側模50~80um第104頁/共106頁除了涂料的質量外，噴涂方法對涂層質量也會產生影105澆注方法在鋁合金車輪金屬型鑄造實踐中，充型平穩對鑄件合格率的影響最大。對鋁液充型的要求是：第一，澆注要平穩,液流要連續、不能中斷。第二，遵循慢、快、慢的澆注原則。先慢是指在澆注開始時，流道和型腔還沒有鋁液，此時宜慢，以減少鋁液的二次氧化夾渣。當流道充滿鋁液后，此時可加快充型速度，使鋁液盡快充滿型腔，減少澆不足和冷隔的缺陷。后慢是指型腔充滿鋁液后，放慢澆注速度，使澆口和冒口的充滿時間相對長一些，有利于補縮。第三，充型時一定要防止鋁液旋轉卷氣，實際生產中是在澆口中放置過濾網，一方面可以防止鋁液旋轉卷氣，另一方面也可以起緩沖作用、減少紊流和二次氧化夾渣，還可起擋渣作用。第105頁/共106頁澆注方法第105頁/共106頁106感謝您的觀看。第106頁/共106頁感謝您的觀看。第106頁/共106頁107金屬型鑄造金屬型鑄造1081.1概述定義：金屬型鑄造(Gravitydiecasting)是指液態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1-1所示。由于金屬鑄型可以重復使用，壽命（指澆注次數）可達數萬次，所以金屬型鑄造又稱永久型鑄造（Permanentmold）。第1頁/共106頁1.1概述第1頁/共106頁109圖1-1（a）金屬型合模狀態

第2頁/共106頁圖1-1（a）金屬型合模狀態第2頁/共106頁110圖1-1（b）傾轉澆注第3頁/共106頁圖1-1（b）傾轉澆注第3頁/共106頁111

戰國時已用此方法生產銅錢，到漢代發展為由中央制造鐵范,發給地方作坊，用以生產統一規格的貨幣。漢代以后，隨著疊鑄方法進一步發展，開始大量使用鐵范來生產車馬器件等。

第4頁/共106頁戰國時已用此方法生產銅錢，到漢代發展為由中央制造鐵范112第5頁/共106頁第5頁/共106頁113優點：（與砂型鑄造相比）（1）金屬型的熱導率和熱容量大，金屬液的冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能比砂型鑄件高。如鋁合金鑄件的抗拉強度可增加10％～20％，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，一般可節約15%-30%。（4）不用砂或少用砂，節約造型材料80%-100%，減少環境污染。第6頁/共106頁優點：（與砂型鑄造相比）第6頁/共106頁114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、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，對鑄件質量的影響敏感，控制難度大。

近年來，為了防止澆注時金屬液流動過程中形成紊流，減少氧化夾渣及卷氣等缺陷，采用傾轉式澆注已成為金屬型鑄造的主流方式，見圖1-1。第7頁/共106頁缺點:第7頁/共106頁1151.2金屬型鑄造成形過程的特點

金屬型導熱性對鑄件成型的影響導熱性退讓性透氣性q=λ3（T1-T2）t/x3t–傳熱時間λ3-中間層導熱系數（遠小于鑄型）各因素的影響（時間t確定）：λ3：取決于材料的成分厚度可控T1：金屬液溫度，一般固定T2：外界溫度，可控導熱性導致的特點第8頁/共106頁1.2金屬型鑄造成形過程的特點

金屬型導熱性對鑄件成型的影116第9頁/共106頁第9頁/共106頁117

當x3很小，忽略不計時，金屬型的蓄熱和散熱就成了鑄件冷卻速度的決定因素。1.金屬型的蓄熱：1.金屬型的蓄熱：b-蓄熱系數λ-鑄型導熱系數C-鑄型比熱容X-鑄型厚度1.金屬型的蓄熱：b-蓄熱系數λ-鑄型導熱系數C-鑄型比熱容X-鑄型厚度1.金屬型的蓄熱：

當涂料有一定厚度時，可以通過涂料成分和厚度的控制實現對導熱速度的控制導熱性導致的特點第10頁/共106頁當x3很小，忽略不計時，金屬型的蓄熱和散熱就成了鑄件冷1182.金屬型的散熱：A自然散熱決定于自身的導熱能力，通過其外表面向外界散失熱量。B強制散熱通過自身的導熱能力，采取強制手段冷卻鑄型，達到冷卻的目的。例如：風冷，水冷等。

綜上所述，金屬型鑄造時，鑄型材料的導熱性能對鑄件的凝固起主導作用。導熱性導致的特點第11頁/共106頁2.金屬型的散熱：綜上所述，金屬型鑄造時，鑄型材料的119第12頁/共106頁第12頁/共106頁120第13頁/共106頁第13頁/共106頁121第14頁/共106頁第14頁/共106頁122第15頁/共106頁第15頁/共106頁123第16頁/共106頁第16頁/共106頁124金屬型無透氣性對鑄件成型的影響第17頁/共106頁金屬型無透氣性對鑄件成型的影響第17頁/共106頁125易造成的缺陷：

1.氣體阻力大造成澆不足、冷隔。

2.排不出的氣體造成鑄件侵入性氣孔的產生。透氣性導致的特點第18頁/共106頁易造成的缺陷：透第18頁/共106頁126第19頁/共106頁第19頁/共106頁127需采取的措施：

1.金屬型上設置排氣裝置，如排氣槽、排氣塞，局部死角處要加強排氣

2.盡可能的清除產氣根源。氣體的來源：高溫下涂料發氣型腔內原有氣體潮氣油污透氣性導致的特點第20頁/共106頁需采取的措施：氣體的來源：高溫下涂料發氣型腔內原有氣體128金屬型無退讓性對鑄件成型的影響室溫：應力集中→阻礙取件和取芯、導致裂紋為了防止裂紋，應采取的措施：1.在一定溫度下取出型芯或使鑄件脫出鑄型。2.設置專門的抽芯機構和鑄件頂出機構。3.必要時修改型芯為砂芯。4.增大金屬型斜度和涂料層厚度。冷卻過程中：收縮受阻→拉應力→拉伸變形→熱裂紋→冷裂紋應變：ε1=α（Ts-T1）退讓性導致的特點第21頁/共106頁金屬型無退讓性對鑄件成型的影響室溫：應力集中→阻礙取件和取芯129金屬型的準備及預熱

1.金屬型的準備新金屬型或長期未用的金屬型，應先起封，除油，并在200~300℃下烘烤，除凈油跡。對于經過了一個生產周期，需要清理的金屬型而言，應著重清除型腔、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。

第22頁/共106頁金屬型的準備及預熱第22頁/共106頁1302.金屬型的預熱金屬型在工作前應預熱并涂敷涂料，未經預熱和噴涂涂料的金屬型不能進行澆注。這是因為金屬型導熱性好，金屬液冷卻快，流動充型能力差，容易使鑄件出現冷隔、澆不足、夾雜、氣孔等缺陷。同時未預熱的金屬型在澆注時，鑄型將受到強烈的熱沖擊，應力倍增，極易損壞。第23頁/共106頁2.金屬型的預熱第23頁/共106頁131第24頁/共106頁第24頁/共106頁132

金屬型的預熱方法主要有：1）用煤氣或天然氣火焰預熱。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。在模具背面設置電加熱管，澆注開始前將金屬型預熱到指定的溫度。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。第25頁/共106頁金屬型的預熱方法主要有：第25頁/共106頁133金屬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即模具溫度、澆注溫度和涂料的選擇是生產優質鑄件和延長金屬型使用壽命的關鍵。第26頁/共106頁金屬型的澆注第26頁/共106頁134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鑄件冷卻到塑性變形溫度范圍內，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率。最合適的時間應由實驗確定。第27頁/共106頁鑄件的出型和抽芯時間金屬型芯在鑄件中最適宜的停135金屬型工作溫度的調節由于金屬型的導熱性能比砂型高很多（熱導率約高150倍，蓄熱系數約高20倍，導溫系數約高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。第28頁/共106頁金屬型工作溫度的調節第28頁/共106頁136金屬型工作溫度調節的方式有以下幾種：（1）風冷第29頁/共106頁金屬型工作溫度調節的方式有以下幾種：（1）風冷第29頁/共1137（2）間接水冷第30頁/共106頁（2）間接水冷第30頁/共106頁138（3）直接水冷第31頁/共106頁（3）直接水冷第31頁/共106頁139（4）局部加熱第32頁/共106頁（4）局部加熱第32頁/共106頁140金屬型涂料

金屬型涂料的作用：1）保護金屬型。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）能調節鑄件在金屬型中各部位的冷卻速度，控制凝固順序。3）改善鑄件的表面質量。防止因金屬型有較強的激冷作用而導致鑄件表面產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）獲得復雜外型及薄壁鑄件。第33頁/共106頁金屬型涂料第33頁/共106頁141涂料組成：1）耐火材料：氧化鋅、滑石粉、鋯砂粉、硅藻土粉等。2）粘結劑：水玻璃、糖漿、紙漿廢液等。3）溶劑：水等。4）附加物第34頁/共106頁涂料組成：第34頁/共106頁142

從上面的一些分析可知，確定金屬型澆注工藝規范時，應鑄件材質、形狀大小、復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）保證鑄件組織細密，力學性能好，希望快速冷卻，要求較低的金屬型溫度和澆注溫度。第35頁/共106頁從上面的一些分析可知，確定金屬型澆注工藝1431.4金屬型鑄件的工藝設計

金屬型的鑄造工藝方案是決定金屬型鑄件質量的最本質因素。在確定鑄造工藝方案時應注意以下幾點：（1）澆注系統的設計應盡可能簡單，設置直澆道、橫澆道等時應避免產生紊流。近年來，為了防止澆注時金屬液流動過程中形成紊流，可采用傾轉式澆注（圖2-1b）。（2）鑄件應力求避免壁厚的突然變化，厚壁與薄壁之間應平滑過渡。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生熱節，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）應設置排氣塞或排氣道來強化排氣。（4）確保順序凝固，合理設置冒口或補縮通道。（5）為了保證鑄件質量和提高生產效率，應考慮設置模具的冷卻結構。第36頁/共106頁1.4金屬型鑄件的工藝設計第36頁/共106頁144鑄件結構的工藝性分析鑄件結構工藝性分析的原則：1）鑄件結構不應阻礙出型、抽芯、收縮。

見圖1-112）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。第37頁/共106頁鑄件結構的工藝性分析鑄件結構工藝性分析的原則：第37頁/共1145第38頁/共106頁第38頁/共106頁146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，直接關系到型芯和分型面的數量、液體金屬的導入位置、冒口的補縮效果、排氣的通暢程度以及金屬型的復雜程度等。鑄件在金屬型中位置的設計原則如下：1）澆注系統易于安放，保證金屬液平穩地充滿金屬型，排氣方便，避免金屬液流卷氣和氧化。2）鑄件最厚大部位應放置在金屬型的上端，便于設置冒口補縮。如蓋子或盤形鑄件的厚大法蘭面應向上，便于設置冒口補縮。3）應使金屬型結構簡單，型芯數量少，安裝方便，定位牢固可靠。4）應保證便于分型取出鑄件，防止鑄件被拉裂或變形。第39頁/共106頁澆注位置的選擇(鑄件在金屬型中的位置)第39頁/共106頁147

下面以圖1-12為例進行簡要說明圖1-12a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，導致金屬液流紊亂，容易進渣和卷氣；金屬型芯2處的厚壁遠離冒口，不易得到補縮，易產生縮孔、縮松；上方的冒口偏大，切割工作量大；因為有金屬型芯2，不設頂出機構或抽芯機構，無法取出鑄件。圖1-12b所示的方案比較合理，采用了底注式澆注，金屬液自下而上充型，流動平穩，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1-12b正好克服了圖1-12a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劣，所以在確定鑄件位置時，應多方比較，綜合考慮，以選擇最佳的位置方案。第40頁/共106頁下面以圖1-12為例進行簡要說明第40頁/148第41頁/共106頁第41頁/共106頁149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，一般應根據鑄件結構和鑄造成形方法進行確定。一個鑄件經常有幾種分型的可能，如圖1-13a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，影響表面質量及精度。若采用圖1-13b所示分型方案則效果比較好。同理，鑄件2若采用圖1-13c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，影響鑄件表面質量。而采用圖1-13d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。第42頁/共106頁分型面的選擇第42頁/共106頁150第43頁/共106頁第43頁/共106頁151分型面選擇的基本原則：1）對于形狀簡單的鑄件，分型面應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或大部分分布在半型內。2）矮的盤形和筒形鑄件，分型面應盡量不選在鑄件的軸心上。3）分型面應盡可能地選在同一個平面上，盡量避免曲面分型。4）應保證鑄件分型方便，盡量減少或不用活塊。5）分型面應盡量不選在鑄件的基準面上，也不要選在精度要求較高的表面上。6）分型面的位置應盡量避免做鑄造斜度，而且取件容易。第44頁/共106頁分型面選擇的基本原則：第44頁/共106頁152澆注系統設計原則：1.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.應注意使液體金屬在充型時流動平穩，不產生渦流，不沖擊型壁或型芯，更不可產生飛濺。第45頁/共106頁澆注系統設計第45頁/共106頁153澆注系統的類型：頂注式：第46頁/共106頁澆注系統的類型：第46頁/共106頁1542.底注式：第47頁/共106頁2.底注式：第47頁/共106頁1553.側注式：第48頁/共106頁3.側注式：第48頁/共106頁1561.5金屬型（模具）的設計

在金屬型鑄造工藝方案確定以后，就可以進行金屬型（模具）的結構設計。設計內容包括金屬型結構與材料選擇；型體（或鑲塊）設計；型芯設計；排氣設計；頂桿位置設計等。第49頁/共106頁1.5金屬型（模具）的設計第49頁/共106頁157金屬型的結構形式金屬型的結構取決于鑄件形狀、尺寸大小、分型面選擇等因素，按分型面劃分，典型的金屬型結構形式如下：1）整體金屬型如圖1-18所示，澆注出來的鑄件無分型面，尺寸精度高，但應用受到限制，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1-19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，但不便于設計澆、冒口系統，排氣條件差。適用于輪盤類鑄件。第50頁/共106頁金屬型的結構形式第50頁/共106頁158第51頁/共106頁第51頁/共106頁159第52頁/共106頁第52頁/共106頁1603）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）。操作方便，便于設置澆冒口系統，易實現機械化。適用于結構簡單，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，可以設置型芯及抽芯，方便設計澆冒口和排氣。易實現機械化，廣泛應用于各類復雜鑄件。第53頁/共106頁3）垂直分型金屬型如圖2-16c所示，鑄型主體由左、右兩半161第54頁/共106頁第54頁/共106頁162第55頁/共106頁第55頁/共106頁163金屬型（模具）主體設計金屬型主體（型體）是指構成型腔，用于形成鑄件外形的部分。型體結構與鑄件尺寸大小、澆注位置、合金種類等有關。型體結構有整體式和組合式（或鑲拼式）兩種。第56頁/共106頁金屬型（模具）主體設計第56頁/共106頁164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部分之間的間隙等。上述因素在實際生產中變化較大，需要根據經驗加以判定，或通過試模加以調整，以得到合理的數據。第57頁/共106頁型腔尺寸計算第57頁/共106頁165型腔尺寸經驗公式：Ax=[Ap+Ap×ε±δ]±ΔAx

Ax——型腔尺寸Ap——鑄件名義尺寸，mmε——鑄件收縮率，%δ——金屬型的涂料層厚度，mmΔAx——型腔尺寸制造公差，mm第58頁/共106頁型腔尺寸經驗公式：Ax=[Ap+Ap×ε±δ]±ΔAx第166第59頁/共106頁第59頁/共106頁167分型面尺寸第60頁/共106頁分型面尺寸第60頁/共106頁168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10~25mm，內澆道長度一般取8~12mm；直澆道高度應比鑄件高出40~60mm。第61頁/共106頁金屬型尺寸的確定第61頁/共106頁169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，一般根據鑄件壁厚加以確定，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1~1.5倍加以選擇，常用壁厚為20~25mm，一般不小于15mm。第62頁/共106頁金屬型壁厚第62頁/共106頁170第63頁/共106頁第63頁/共106頁171增強金屬型的剛性第64頁/共106頁增強金屬型的剛性第64頁/共106頁172第65頁/共106頁第65頁/共106頁173金屬型型芯設計根據鑄件復雜程度及精度要求，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。金屬芯一般設計成活動的，以便取件時及時抽出。在設計時要注意以下兩點：

1）金屬芯安放位置要準確，穩定可靠，不能轉動。

2）抽芯時抽芯力要足夠。第66頁/共106頁金屬型型芯設計第66頁/共106頁174第67頁/共106頁第67頁/共106頁175第68頁/共106頁第68頁/共106頁176金屬型的頂出設計除非形狀特別簡單的鑄件，一般金屬型鑄件均須設置頂桿將鑄件頂出。

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）缸前進推動頂桿板頂出鑄件。第69頁/共106頁金屬型的頂出設計第69頁/共106頁177第70頁/共106頁第70頁/共106頁178第71頁/共106頁第71頁/共106頁179金屬型排氣設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的部位。因此在上述這些地方必須設置一些排氣裝置，以防止氣體不能及時排出而發生氣孔、冷隔、澆不足缺陷。

第72頁/共106頁金屬型排氣設計第72頁/共106頁180第73頁/共106頁第73頁/共106頁181第74頁/共106頁第74頁/共106頁182第75頁/共106頁第75頁/共106頁183金屬型的定位、導向及鎖緊機構第76頁/共106頁金屬型的定位、導向及鎖緊機構第76頁/共106頁184第77頁/共106頁第77頁/共106頁185第78頁/共106頁第78頁/共106頁186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973K～1023K），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力作用，為保證金屬型的使用壽命，型腔的制作材料應具有足夠的耐熱性、淬透性和良好的機加工和焊接性能。目前型腔材料應用最多的是3Cr2W8V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。第79頁/共106頁金屬型（模具）材料的選擇第79頁/共106頁187

當生產量不大或進行產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。當鑄件結構復雜，為滿足順序凝固需要在金屬型上進行局部強化冷卻時，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率和蓄熱系數，一般均采用純銅及銅合金，其中以鈹青銅為最優。第80頁/共106頁當生產量不大或進行產品試制或為降低成本時，1881.6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。下面將分別給予說明。第81頁/共106頁1.6金屬型鑄造缺陷與對策第81頁/共106頁189縮孔/縮松縮孔是鑄件表面或內部出現的一種粗糙、不規則的空洞。縮松則是許多分散的微小縮孔，如圖1-34所示。縮孔/縮松處因冷卻速度慢，晶粒粗大。該缺陷常發生在鑄件的內澆道附近、冒口根部的肥厚部位、壁的厚薄轉接處、局部肥大的凸耳、以及大平面的局部表面。其形狀不規則，鑄件的縮松，可通過外觀、斷面或X射線檢查發現。縮松在X射線底片上呈云霧狀，嚴重的呈絲狀。另外鑄件局部表面發白，實際上就是縮松缺陷。第82頁/共106頁縮孔/縮松第82頁/共106頁190圖1-34鋁合金金屬型鑄造的縮孔/縮松缺陷第83頁/共106頁圖1-34鋁合金金屬型鑄造的縮孔/縮松缺陷第83頁/共1191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。冷隔嚴重時就成了澆不足，圖1-35所示即為澆不足或冷隔缺陷。冷隔常發生在鑄件頂部、薄的水平面或垂直面、厚薄壁的轉接處、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現。第84頁/共106頁冷隔或澆不足第84頁/共106頁192圖1-35冷隔或澆不足缺陷

第85頁/共106頁圖1-35冷隔或澆不足缺陷第85頁/共106頁193裂紋金屬型鑄造容易發生裂紋，因為金屬型本身沒有退讓性，冷卻速度快，容易造成鑄件內應力增大而出現裂紋。裂紋的外觀呈直線或不規則的曲線，如圖1-36。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、夾渣有聯系，多發生在鑄件尖角處的內側，厚薄斷面的交接處。第86頁/共106頁裂紋第86頁/共106頁194

圖1-36裂紋缺陷

第87頁/共106頁圖1-36裂紋缺陷第87頁/共106頁195氣孔氣孔是存在于鑄件表面或內部呈圓形、橢圓形和不規則形狀的孔洞。表面氣孔直觀可見，皮下氣孔經加工后才能發現（如果較輕微，表面吹砂后也可顯露出來），如圖1-37。內部氣孔只能通過斷口或X射線透視檢查才能發現。第88頁/共106頁氣孔第88頁/共106頁196

氣孔的形成原因有：1）澆注速度太快，不平穩，氣體被卷入合金液中；2）金屬型排氣系統不合理，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。

第89頁/共106頁氣孔的形成原因有：第89頁/共106頁197

相應的措施有：1）控制澆注溫度，保持平穩澆注；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，并檢查精練質量；4金屬型涂涂料后應讓涂料中的水分揮發干凈；5砂芯應烘干，排氣系統應暢通。第90頁/共106頁相應的措施有：第90頁/共106頁198圖1-37氣孔缺陷示意圖a)零件外形b）加工后的外表面第91頁/共106頁圖1-37氣孔缺陷示意圖第91頁/共106頁1991.7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發展十分快速，現已成為世界上鋁合金車輪的主要生產國。由于金屬型鑄造投資少、工藝成熟、生產準備周期短,因而在鋁合金車輪，特別是鋁合金摩托車車輪生產中普遍采用了金屬型鑄造方法，其材料一般選用ZL101或ZL101A。第92頁/共106頁1.7摩托車鋁合金車輪的金屬型鑄造工藝實例第92頁/共1200車輪的澆注系統特點摩托車車輪鑄件的結構特點是繞圓周對稱，壁厚均勻，平均壁厚一般為6~7mm,屬于典型的同時凝固的零件。輪轂的澆注多采用臥式結