單元四金屬型鑄造工藝

1金屬型鑄造工藝概述1定義概述

金屬型鑄造是將金屬液澆注到金屬制成的鑄型中，隨后冷卻獲得鑄件的鑄造方法。金屬型可以使用幾百次到上萬次，因此又叫做永久型鑄造。也稱之為硬模鑄造鐵范：鐵模子北魏賈思勰《齊民要術(shù)》：“餅用圓鐵范，令徑五寸，厚一寸五分，於平板上，令壯士熟踏之。宋沈括《夢溪筆談·技藝》：“欲印則以一鐵范置鐵板上，乃密布字印，滿鐵范為一板。”概述2應(yīng)用概述

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,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，隨著疊鑄方法進一步發(fā)展，開始大量使用鐵范來生產(chǎn)車馬器件等。

概述2應(yīng)用概述概述3特點概述1.鑄型是永久型，生產(chǎn)時不需要造型，所以生產(chǎn)效率高，勞動條件好，對環(huán)境污染小。2.金屬型的導(dǎo)熱性和蓄熱性高。3.工序簡單，鑄件質(zhì)量和尺寸易于控制，其穩(wěn)定性高。4.具有較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，因而減少了加工余量，材料消耗減少。5.工序簡化，易于實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化。概述3特點概述6.模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。7.金屬型激冷作用大，無退讓性，無透氣性。8.不易生產(chǎn)過大和過薄的鑄件。概述4要求概述1.為防止?jié)膊蛔?、冷隔等缺陷，對鑄件最小壁厚有一定限制。2.用金屬型芯形成的孔，其最小尺寸有限制。3.金屬型的拔模斜度比砂型鑄造的小。金屬型鑄件的成形特點

導(dǎo)熱性退讓性透氣性q=λ3（T1-T2）t/x3t–傳熱時間λ3-中間層導(dǎo)熱系數(shù)（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(dǎo)熱性導(dǎo)致的特點金屬型鑄件的成形特點當(dāng)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(shù)λ-鑄型導(dǎo)熱系數(shù)C-鑄型比熱容X-鑄型厚度1.金屬型的蓄熱：b-蓄熱系數(shù)λ-鑄型導(dǎo)熱系數(shù)C-鑄型比熱容X-鑄型厚度1.金屬型的蓄熱：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)熱速度的控制導(dǎo)熱性導(dǎo)致的特點金屬型鑄件的成形特點2.金屬型的散熱：A自然散熱決定于自身的導(dǎo)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(dǎo)熱能力，采取強制手段冷卻鑄型，達到冷卻的目的。例如：風(fēng)冷，水冷等。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。導(dǎo)熱性導(dǎo)致的特點金屬型鑄件的成形特點易造成的缺陷：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(chǎn)生。透氣性導(dǎo)致的特點金屬型鑄件的成形特點需采取的措施：1.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2.盡可能的清除產(chǎn)氣根源。氣體的來源：高溫下涂料發(fā)氣型腔內(nèi)原有氣體潮氣油污退讓性導(dǎo)致的特點金屬型鑄件的成形特點室溫：應(yīng)力集中→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：1.在一定溫度下取出型芯或使鑄件脫出鑄型。2.設(shè)置專門的抽芯機構(gòu)和鑄件頂出機構(gòu)。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(yīng)力→拉伸變形→熱裂紋→冷裂紋應(yīng)變：ε1=α（Ts-T1）退讓性導(dǎo)致的特點金屬型鑄造工藝A.保證金屬液在規(guī)定時間（較砂型縮短20-40%）內(nèi)充滿鑄型；澆注時金屬液平穩(wěn)、無飛濺；B.澆注系統(tǒng)不影響排氣；C.保護金屬型，結(jié)構(gòu)簡單，易于出型；D.實現(xiàn)順序凝固，補縮良好，以獲得致密組織。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計1設(shè)計原則2澆注系統(tǒng)尺寸確定方法其它組元截面積比例最小截面積金屬型鑄造工藝

t=H/v（v不能過?。〩-鑄件高度v-最小允許上升速度Q-金屬液質(zhì)量ρ-金屬液密度vmax不能過大澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計3澆注時間的確定4最小截面積的確定金屬型鑄造工藝澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計5常見得澆注系統(tǒng)的形式金屬型鑄造工藝1）頂注式優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單、利于補縮；易飛濺、卷氣、氧化、形成鐵豆。一般用于高度較小的鑄件生產(chǎn)時。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計6澆注系統(tǒng)在型內(nèi)的布置金屬型鑄造工藝2）底注式優(yōu)缺點：澆注平穩(wěn)，利于排氣、擋渣；不利補縮、出品率低另行采取措施：加設(shè)冒口、上部增加工藝余量、上部保溫、料厚度上厚下薄澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計6澆注系統(tǒng)在型內(nèi)的布置金屬型鑄造工藝3）中注式優(yōu)缺點：較頂注式平穩(wěn)，鑄件溫度在高度方向上的不合理。適用于高度較大，不利于安放底注式澆注系統(tǒng)的鑄件。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計6澆注系統(tǒng)在型內(nèi)的布置金屬型鑄造工藝4）縫隙式（側(cè)注）優(yōu)缺點：澆注平穩(wěn)，利于補縮，利于排氣，擋渣。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出品率低，不利清理（利用分型面做縫隙）。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計6澆注系統(tǒng)在型內(nèi)的布置金屬型鑄造工藝5）綜合式

澆注系統(tǒng)的設(shè)計是要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)、尺寸、金屬材料的特點等多種情況統(tǒng)一考慮，按實際需要設(shè)計。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計6澆注系統(tǒng)在型內(nèi)的布置金屬型鑄造工藝冒口的作用：補縮、集渣、排氣1）灰鑄鐵一般不設(shè)冒口；2）鋁鎂合金件，冒口體積為其熱節(jié)體積的1.5倍；3）球鐵件和可鍛鑄鐵件冒口直徑為它們所補縮鑄件熱節(jié)圓直徑的1.2倍，高度為1.25倍。冒口頸直徑為0.3-0.5倍；4）為防止散熱，冒口上要涂絕熱涂料，或用砂芯制造冒口，或設(shè)置集渣包；5）金屬型的冒口尺寸可比砂型的冒口??；6）可通過設(shè)置集渣包同時起到冒口的作用。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計7冒口的設(shè)計金屬型鑄造工藝7）冒口要設(shè)為過熱冒口，既可集渣，又可補縮。明冒口：靜壓力大暗冒口：鋁、鎂合金不適用8）熱節(jié)處放置冷鐵，加強補縮。澆冒口系統(tǒng)的設(shè)計金屬型鑄造工藝1）保護金屬型：減小熱沖擊，防止粘型，減小摩擦；2）調(diào)節(jié)鑄件各部位在金屬型中的冷卻速度，控制凝固補縮順序，利于獲得薄壁件；涂料的選擇1金屬型鑄造涂料的作用3）改善鑄件表面質(zhì)量。避免由于激冷造成的流痕和冷隔缺陷，防止出現(xiàn)白口組織。4）改善金屬型排氣條件。金屬型鑄造工藝1）化學(xué)穩(wěn)定性和高于金屬液的耐火度（組成成分）2）一定的粘著強度，不易開裂和剝落；4）無發(fā)氣性，揮發(fā)成分要少。5）防止氧化。6）易于從型腔上清除。涂料的選擇2金屬型鑄造對涂料的要求不沉降分層存放時：不會流淌涂敷之后：流動性好3）好的流變性涂敷時：金屬型鑄造工藝1）粉狀耐火材料：CaCO3氧化鋅石棉粉2）粘接劑：水玻璃（常用）、糖漿（鑄鋼）、紙漿3）溶劑（載體）：水機油4）附加物：賦予涂料特殊性能的物質(zhì)。提高絕熱性：石棉粉、硅藻土減少摩擦：石墨粉、滑石粉防氧化（阻燃劑）：硼酸（鎂合金）表面合金化涂料的選擇3涂料的組成金屬型鑄造工藝1）型腔預(yù)熱至160-200℃（過低—過高）2）盡量使用噴槍以霧狀噴涂3）涂料層厚度一般應(yīng)小于0.5mm，澆冒口部位可以超過1mm。需快冷處，可刮去涂料。4）涂料配制后，不易放置過久，以免變質(zhì)（沉降、分層）涂料的選擇6涂料操作主要事項

1.模具準備：首先必須清理模具，除去模具上所有的舊涂層和粘結(jié)物，并落沙以粗化表面使其均勻一致。

2.將模具均勻加熱至250-350℃（如果模具剛從生產(chǎn)線上撤下，則應(yīng)冷卻、清潔、在進行加熱）。然后冷卻至180-240℃間即可開始噴涂。

3.打開桶蓋，將涂料再徹底重混一次，持續(xù)混合一段時間直到其均勻。

4.噴涂：手持噴槍，與模具保持一定距離200-300微米，均勻地來回噴涂幾層，直到達到要求的涂層厚度。一般涂層厚度要求75-125微米。

涂料的選擇7涂料操作工藝實例金屬型鑄造工藝8金屬型的工作溫度澆注時應(yīng)保證金屬型在一定溫度范圍內(nèi)工作。（合金種類、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度影響）9金屬液的澆注由于金屬型較強的冷卻作用，合金的澆注溫度比砂型鑄造要高。澆注薄壁件、復(fù)雜件要求溫度較高。澆注過程要求先慢后快。鋁合金鎂合金鑄鐵鑄鋼200-300200-350250-350150-30