金属型铸造工艺的特点及应用范围

1.铸造工艺特点

金属型铸造与砂型铸造比较，在技术上与经济上有许多优点。

1）金属型生产的铸件，其力学性能比砂型生产的铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，其耐蚀性和硬度也有显著提高。

2）铸件的精度比砂型铸件高，表面粗糙度比砂型铸件低，而且质量和尺寸稳定。

3）铸件成品率高，金属液耗量减少，一般可节约15％～30％。

4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80％～100％。

此外，金属型铸造的生产率高，使铸件产生缺陷的原因减少，工序简单易实现机械化和自动化。

金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。

1）金属型铸造成本高。

2）金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不到、开裂或铸铁件白口等缺陷。

3）金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度、铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件质量的影响较大，需要严格控制。

金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制。例如，对于钢铁铸件，只能是形状简单的铸件，铸件的重量不可太大，壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小是否合适；是否有足够的批量；完成生产任务的期限是否许可。

2.金属型铸造工艺

（1）金属型的预热 未预热的金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好，液体金属冷却快，流动性剧烈降低，容易使铸件出现冷隔、浇不到、夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时，铸型将受到强烈的热冲击，应力倍增，使其极易破坏。因此，金属型在开始工作前，应该先预热，适宜的预热温度（即工作温度），随合金的种类、铸件结构和大小而定，一般通过试验确定。一般情况下，金属型的预热温度不低于150℃。金属型的预热温度控制见表7-2和表7-3。

表7-2 金属型在喷刷涂料前的预热温度控制

表7-3 金属型在浇注前的预热温度控制

金属型的预热方法如下：

1）用喷灯或煤气火焰预热。

2）采用电阻加热器。

3）采用烘箱加热，其优点是温度均匀，但只适用于小件的金属型。

4）先将金属型放在炉上烘烤，然后浇注液体金属，将金属型烫热。这种方法，只适用于小型铸型，因它要浪费一些金属液，也会降低铸型寿命。

（2）金属型的浇注 金属型的浇注温度一般比砂型铸造时高。可根据合金种类（如化学成分）、铸件大小和壁厚，通过试验确定。各种合金的浇注温度见表7-4。

表7-4 各种合金的浇注温度

由于金属型的激冷和不透气，浇注速度应做到先慢、后快、再慢。在浇注过程中应尽量保证液流平稳。

（3）铸件的出型和抽芯时间 如果金属型芯在铸件中停留的时间越长，由于铸件收缩产生的抱紧型芯的力就越大，因此需要的抽芯力也越大。金属型芯在铸件中最适宜的停留时间，是当铸件冷却到塑性变形温度范围，并有足够的强度时，这时是抽芯最好的时机。铸件在金属型中停留的时间过长，型壁温度升高，需要更多的冷却时间，也会降低金属型的生产率。(www.xing528.com)

最合适的拔芯与铸件出型时间，一般用试验方法确定。

（4）金属型工作温度的调节 要保证金属型铸件的质量稳定，生产正常，首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。因此，每浇一次，就需要将金属型打开，停放一段时间，待冷至规定温度时再浇。若靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，所以常用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种：

1）风冷。在金属型外围吹风冷却，强化对流散热。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制造，成本低，但冷却效果不十分理想。

2）间接水冷。在金属型背面或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，适于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铸铁件或球墨铸铁件，激烈冷却，会增加铸件的缺陷。

3）直接水冷。在金属型的背面或局部直接制出水套，在水套内通水进行冷却，这主要用于浇注钢件或其他合金铸件铸型要求强烈冷却的部位。因其成本较高，只适用于大批量生产。

如果铸件壁厚薄悬殊，在采用金属型生产时，也常在金属型的一部分采用加温，另一部分采用冷却的方法来调节型壁的温度分布。

（5）金属型的涂料 在金属型铸造过程中，常需在金属型的工作表面喷刷涂料。涂料的作用是：调节铸件的冷却速度；保护金属型，防止高温金属液对型壁的冲蚀和热冲击；利用涂料层蓄气、排气。

根据不同合金，涂料可能有多种配方，涂料基本由三类物质组成：粉状耐火材料（如氧化锌、滑石粉，锆砂粉、硅藻土粉等）；黏结剂（常用水玻璃、糖浆或纸浆废液等）；溶剂（水）。具体配方可参考有关手册。

涂料应符合下列技术要求：要有一定黏度，便于喷涂，在金属型表面上能形成均匀的薄层；涂料干后不发生龟裂或脱落，且易于清除；具有高的耐火度高温时不会产生大量气体；不与合金发生化学反应（特殊要求者除外）等。

（6）覆砂金属型（铁模覆砂） 涂料虽然可以降低铸件在金属型中的冷却速度，但采用刷涂料的金属型生产球墨铸铁件（例如曲轴），仍有一定困难，因为铸件的冷却速度仍然过大，铸件易出现白口。若采用砂型，铸件冷速虽低，但在热节处又易产生缩松或缩孔，在金属型表面覆以4～8mm的砂层，就能铸出满意的球墨铸铁件。

覆砂层有效地调节了铸件的冷却速度，一方面使铸铁件不出现白口，另一方面又使其冷却速度大于砂型铸造。金属型无溃散性，但很薄的覆砂却能适当减少铸件的收缩阻力。此外，金属型具有良好的刚性，有效地限制了球墨铸铁石墨化膨胀，实现了无冒口铸造，消除了疏松，提高了铸件的致密度。如果金属型的覆砂层为树脂砂，一般可用射砂工艺覆砂，金属型的温度要求为180～200℃。覆砂金属型可用于生产球墨铸铁，灰铸铁或铸钢件，其技术效果显著。

（7）金属型的寿命 提高金属型寿命的途径如下：

1）选用热导率大、热膨胀系数小，而且强度较高的材料制造金属型。

2）涂料工艺合理，严格遵守工艺规范。

3）金属型结构合理，制造毛坯过程中应注意消除残余应力。

4）金属型材料的晶粒要细小。

3.金属型铸造应用范围

金属型铸造在飞机、汽车、航空器、军工装备的制造方面用途很广泛，在其他交通运输机械、农业机械、化工机械、仪器制造、机床等生产中应用也在不断扩大。金属型铸造生产的铸件小至数十克、大至数吨重，且应用合金种类广泛，但主要应用于非铁合金，钢铁材料应用不多。金属型的结构特点决定了金属型铸造不宜生产太大、太薄和形状复杂的铸件，因为金属型腔是机械加工出来的，如果内腔太复杂就必须有很多的抽芯机构，且金属型冷却速度太快太薄的铸件易造成浇不到缺陷。表7-5至表7-8概括了金属型的应用范围和特点。

表7-5 金属型铸造重量

表7-6 金属型铸件最大壁厚（单位：mm

表7-7 金属型铸件内孔的最小尺寸（单位：mm

表7-8 金属型铸造的应有批量