金属型铸造的原理及应用

金属型铸造，又称硬模铸造，是将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。铸型用金属制成，可以反复使用几百次到几千次，故也称为永久型铸造。

1.金属型的结构与材料

根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式三种结构，其中垂直分型式金属型开设浇注系统和取出铸件比较方便，易实现机械化，应用较广。

图2-51a所示为水平分型式金属型，多用于生产薄壁轮状铸件；图2-51b所示为垂直分型式金属型，广泛应用于复杂铝合金铸件。

制造金属型的材料熔点一般应高于浇注合金的熔点。如浇注锡、锌、镁等低熔点合金，可用灰铸铁制造金属型；浇注铝、铜等合金，则要用合金铸铁或钢制金属型。金属型用的型芯有砂芯和金属芯两种。

2.金属型的铸造工艺

由于金属型导热速度快，没有退让性和透气性，为了确保获得优质铸件和延长金属型的使用寿命，必须采取下列工艺措施：

1）加强金属型的排气，浇注温度比砂型铸造时高，具体根据合金种类、铸件大小和壁厚决定。

2）金属型的型腔和型芯表面必需喷刷涂料，涂料可分衬料和表面涂料两种，前者以耐火材料为主，后者以可燃物质（如灯焰、油等）为主，每浇注一次便喷涂一次，可产生隔热气膜，使脱膜更方便，保护铸型。耐火涂料的厚度为0.3～0.4mm，利用涂料层的厚薄，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击；利用涂料层可起蓄气和排气作用。

图2-51 金属型的类型

a）水平分型式 b）垂直分型式 1、2—金属型 3—中间型芯 4—两侧型芯 5—圆孔型芯

3）预热金属型，预热温度一般不低于150℃。因为金属型导热性好，所以液体金属冷却快，铸件易出现冷隔、浇不足、气孔等缺陷。同时提高铸型寿命。(www.xing528.com)

4）开型、取出铸件、清理。金属型铸造方法主要用于熔点较低的非铁金属或合金铸件的大批量生产。钢铁材料类铸件只限于形状简单的中小零件。

因金属型无退让性，除在浇注时正确选定浇注温度和浇注速度外，浇注后，如果铸件在铸型中停留时间过长，易引起过大的铸造应力而导致铸件开裂。因此，铸件冷凝后，应及时从铸型中取出。通常铸铁件出型温度为780～950℃，开型时间为10～60s。

3.金属型铸件的结构工艺性

1）铸件结构一定要保证能顺利出型，铸件结构斜度应较砂型铸件大。

2）铸件壁厚要均匀，壁厚不能过薄。一般来说，对于Al-Si合金为2～4mm，对于Al-Mg合金为3～5mm。

3）铸孔的孔径不能过小、过深，以便于金属型芯的安放和抽出。

4.金属型铸造的特点和应用

1）尺寸精度高（CT7～CT10）、组织致密、强度高，如铸铝件的屈服强度可提高20%、表面粗糙度值小（Ra为6.3～12.5μm），机械加工余量小。

2）铸件的晶粒较细，力学性能好。铸件的结晶组织致密，力学性能高。铝铸件的屈服强度平均提高20%。

3）可实现一型多铸，提高了劳动生产率，且节约造型材料。

4）但金属型的制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；易出现浇不足、冷隔、裂纹，铸件的形状和尺寸受一定的限制；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。

金属型铸造主要用于铜合金、铝合金等铸件的大批量生产，如活塞、连杆、汽缸盖等；铸铁件的金属型铸造目前也有所发展，但其尺寸限制在300mm以内，质量不超过8kg，如电熨斗底板等。