金屬型鑄造工藝

1、金屬型鑄造工藝1、概述鑄造原理金屬鑄造俗稱硬模鑄造， 是用金屬材料制造鑄件， 并在重力下將熔融金屬澆入鑄型獲得鑄件 的工藝方法。由于一副金屬型可以澆注幾百次至幾萬次，故金屬型鑄造又稱為永久型鑄造。金屬型鑄造既適用于大批量生產(chǎn)形狀復雜的鋁合金、鎂合金等非鐵合金鑄件， 也適合于生產(chǎn)鋼鐵金屬的鑄件、鑄錠等。1工藝特點（1）優(yōu)點1）金屬型的熱導率和熱容量大，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能比砂型鑄件高15%左右O2）能獲得較高尺寸精度和較低表面粗糙度值的鑄件，并且質(zhì)量穩(wěn)定性好。3）因不用和很少用砂芯，改善環(huán)境、減少粉塵和有害氣體、降低勞動強度。（2）缺點1）金屬型本身無透氣性，必須采用一定的措施導出

2、型腔中的空氣和砂芯所產(chǎn)生的氣體。2）金屬型無退讓性，鑄件凝固時容易產(chǎn)生裂紋3）金屬型制造周期較長，成本較高。因此只有在大量成批生產(chǎn)時，才能顯示出好的經(jīng)濟效 果。金屬型鑄件的一般要求金屬型鑄件最小壁厚（單位：mm）鑄件外廓尺寸鑄鋼件灰鑄鐵件（含球墨鑄鐵）可鍛鐵件鋁合金鑄件鎂合金鑄件銅合金鑄件150X 15010656-8金屬型鑄件內(nèi)孔的最小尺寸（單位：mm）鑄造合金孔的最小直徑d孔深不通孔通孔鑄鋼121520鑄鐵121520鋅合金6-89-1212-20鎂合金6-89-1212-20鋁合金8-1012-1515-20銅合金10-1210-1515-2022.鑄件工藝設(shè)計基準面的選擇基準面決定鑄件

3、各部分相對的尺寸位置。所以選擇鑄造基面時，必須和鑄件機械加工的加工基準面統(tǒng)一，其選擇原則為：1）非全部加工的鑄件，應(yīng)盡量取非加工面作為基面。因為加工面在加工過程中，尺寸 會因加工而變動，所以可能將造成相對尺寸位置的變動。而且鑄件經(jīng)過加工后，去 掉的加工余面也不便檢查。2）采用非加工面作基面時，應(yīng)該選尺寸變動最小、最可靠的面作基面。用活塊形成的 鑄件表面最好不選為基面。3）基面應(yīng)盡可能平整和光潔，不應(yīng)當有殘余澆冒口、毛刺、飛翅等。4）全部加工的零件，應(yīng)取加工余量最小的面作為基面，以保證機械加工時不至因加工余量不夠而造成廢品。5）為了檢驗尺寸方便，最好是選擇較大的平面作為基面，盡量避免選取彎曲的面

4、，或 是有鑄造斜度的面為基面。鑄件在金屬型中的位置原則：便于安放澆注系統(tǒng)，保證合金液平穩(wěn)充滿鑄型便于合金順序凝固，保證補縮。使型芯（或活塊）數(shù)量最少、安裝方便、穩(wěn)固、取出容易。力求鑄件內(nèi)部質(zhì)量均勻一致，蓋子類及碗狀鑄件可水平安放。便于鑄件取出，不致拉裂和變形。分型面的選擇原則：簡單鑄件的分型面應(yīng)盡量選在鑄件的最大端面上矮的盤形和筒形鑄件的分型面應(yīng)盡量不選在軸心上分型面應(yīng)盡可能地選在同一個平面上應(yīng)保證鑄件分型方便，盡量用或不用活塊分型面的位置應(yīng)盡量使鑄件避免做鑄造斜度，而且容易取出鑄件分型面應(yīng)盡量不選在鑄件的基準面上，也不要選在精度要求高的表面上應(yīng)便于安放澆冒口和便于氣體從鑄型中排出鑄件工藝性設(shè)

5、計鑄件工藝性設(shè)計原則 鑄件工藝性設(shè)計應(yīng)在盡量滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求的前提下，通過調(diào)整機械加工余量、增大鑄造斜度、增加工藝余量和工藝肋及工藝凸臺等方法，使鑄件結(jié)構(gòu)更加合理，從而獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。鑄件工藝性設(shè)計原則：為了簡化金屬型結(jié)構(gòu)，提高鑄件質(zhì)量，產(chǎn)品中需要機械加工的小孔(螺紋孔、安裝 孔)一般不鑄出來產(chǎn)品中局部厚大處，當不便于設(shè)置冒口補縮時，有些小孔也應(yīng)鑄出來，以加快厚大 部位的冷卻速度，避免產(chǎn)生縮松。為了便于設(shè)置冒口以對整體鑄件進行補縮，有些大孔也不應(yīng)該鑄出，同時還要調(diào)整加工余量，滿足鑄件順序凝固的要求為了防止鑄件在生產(chǎn)過程中變形，對一些n形的鑄件應(yīng)增加防變形肋，待最后工序加工去掉。加工過程中裝卡定位

6、性能差的鑄件，可以根據(jù)需要設(shè)計定位裝卡凸臺，其位置應(yīng)有 利于鑄件補縮。在不影響產(chǎn)品性能的前提下，可以局部加大鑄造斜度，避免設(shè)計活塊。鑄件工藝性設(shè)計參數(shù)的選擇(1)加工余量：與砂型鑄件相比，金屬型鑄件的加工余量可以適當減少。鑄件加工余量的 選擇應(yīng)考慮下列原則：零件尺寸精度要求高、表面粗糙度值要求低的加工面，可適當放大加工余量。加工面越大，加工余量應(yīng)相應(yīng)加大。加工面距加工基準面越遠，加工余量應(yīng)相應(yīng)增加。用砂芯形成的鑄件表面，應(yīng)比用金屬芯形成的表面給予較大的加工余量。澆冒口開設(shè)的加工面應(yīng)予較大的加工余量。(2)工藝余量：為了保證鑄件的順序凝固，有時需要將鑄件某一局部余量加大，這種超過 了機械加工余量

7、規(guī)定的額外部分，稱為工藝余量。(3)鑄件尺寸公差：見 GB/T6414-1999(4)鑄造圓角：鑄造圓角半徑 R (mm) 一般可以按以下公式計算：B = o n R 46式中6、6 為鑄件相鄰壁的厚度對于鑄鐵件，為避免鑄件表層白口，鑄造圓角半徑R(mm)可按下式計算：(5)鑄造斜度：鑄件鑄造斜度的大小，與鑄件表面和金屬型間的相對位置有關(guān)。凡是在鑄件冷卻時與金屬型表面有脫離傾向的面，應(yīng)給予較小的鑄造斜度， 凡是鑄件冷卻時趨向于包 緊金屬型或芯的面，應(yīng)給予較大的斜度。例：鑄件的孔及凹進部分，其鑄造斜度應(yīng)大些, 般可取2 -7 ,對不加工面可取2 -3 ,加工表面可取3 -72.4.3鑄件圖的繪制

8、繪制鑄件圖的過程就是鑄造與零件設(shè)計、機械加工等部門將鑄件的基準面、加工余量位置及數(shù)值、特殊位置的鑄造斜度等鑄造工藝因素及技術(shù)要求，以圖加以說明。鑄件圖既是設(shè)計、制造金屬型和鑄件驗收的技術(shù)依據(jù)，也是機械加工、設(shè)計制造工裝夾具的技術(shù)文件之一。2.5澆注系統(tǒng) 2.5.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則設(shè)計和計算可以參照砂型鑄造的方法，但應(yīng)考慮金屬型鑄造冷卻快、排氣條件差、澆 注位置受到限置等特點，具體原則如下：澆注系統(tǒng)尺寸的大小應(yīng)保證金屬液在規(guī)定的時間內(nèi)能良好的充滿金屬型。金屬液應(yīng)平穩(wěn)流入型腔，不直接沖擊芯和型壁，避免產(chǎn)生渦流和飛濺。金屬液應(yīng)順序地充填鑄型，以利于金屬型腔中氣體的排除。鑄型的熱分布應(yīng)合理，有利于鑄

9、件金屬凝固，以便于鑄件得到充分的補縮。澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)簡單、體積小、在保證鑄件質(zhì)量的前提條件下，金屬液消耗盡可能小。澆注系統(tǒng)的形式，常見的澆注形式如下：頂注式：h 1,廣泛用于各種尺寸及各種合金的鑄件。非鐵合金用得較多，特別是易產(chǎn) b生氧化渣的金屬多用這種方法。縫隙式：特別適合質(zhì)量要求高或高度較大的筒形或板狀鑄件。燒注系統(tǒng)的組成部分澆口杯：澆口杯接受和貯存一定量的金屬液，同時起到緩沖和浮渣的作用。直流道：1）直流道一般設(shè)計成封閉式。2）不帶澆口杯的直流道，上部喇叭口直徑最好不小于d30mm。3）垂直澆道底部受金屬液的沖擊力很大，故高度一般不應(yīng)超過150mm,如果直流道需要設(shè)計得比較高時，可改

10、用傾斜澆道，但傾斜澆道高度也不應(yīng)超過250mm。54）當直澆道設(shè)計超過 250mm,可采用蛇形澆道。5）直澆道的截面形狀最好是圓形。而且直徑最好不超過25mm o否則易產(chǎn)生渦流，造成澆注過程中金屬液內(nèi)產(chǎn)生中空現(xiàn)象，卷入氣體，造成氧化夾渣。6）對于大型鋁合金鑄件，可將一個大的截面的直澆道分成2-3個截面較小的直澆道。橫澆道：橫澆道起緩沖、穩(wěn)流和擋渣的作用，并將直澆道的金屬液分配給內(nèi)澆道。金屬液一般不設(shè)計，除了底注式加上橫澆道。內(nèi)澆道：內(nèi)澆道直接與鑄件相連，起著控制金屬液流動速度和方向的作用。內(nèi)澆道設(shè)計：a、內(nèi)澆道比橫澆道設(shè)計得扁平一些，并均勻地分布于鑄件各特殊部位，每個內(nèi)澆道只負擔一部分型腔金屬

11、液的充型，力求使金屬液流動平穩(wěn)。B、為制造方便，內(nèi)澆道應(yīng)盡量設(shè)計在分型面上。C、內(nèi)澆道的厚度一般應(yīng)為與鑄件相連接處的對應(yīng)的鑄件壁厚的50%-80%。對于薄壁鑄件,可比鑄件壁厚小 2mm左右。D、內(nèi)澆道的寬度，一般為內(nèi)澆道厚度的3倍以上。E、內(nèi)澆道長度：小型鑄件為10-20mm中型鑄件為20-40mm小型鑄件為30-60mm縫隙澆道：金屬型鑄造澆注系統(tǒng)尺寸計算：根據(jù)金屬液流入型腔時平均上升速度計算法：34 2根據(jù)實際經(jīng)驗，金屬液在金屬型中平均上升速度v平升 式中6 鑄件平均壁厚 mm則澆注時間t（s）由下式?jīng)Q定t= hv平升式中h-金屬型腔的高度（cm）金屬液在澆道內(nèi)的流速， 取決于鑄件的重量、

12、金屬液的密度、澆注時間和澆道最小截面面積：式中v平升金屬液在金屬型中平均上升速度（cm/s）w ,3-4wA min= = t = Iv澆平林 v澆平hW鑄件的重量(g)3P 金屬披的號度 g/cm式中t澆注時間(s)Amin一澆道的最小截面積(cm2)鑄造合金A1:A2:A3備注鑄鐵1.25:1.25:1鑄鋼1.15:1.05:1鋁鎂合金1:2-4:3-6開放式，適用于大型鑄件1:2-3:3-6開放式，適用于中型鑄件1:1.5-3:1.5-3開放式，適用于小型鑄件1:3-4:1.5半開放式，適用于小而簡單的鑄件1:1.2:1.5封閉式。復雜的殼形鑄件，局度在 150mm下，重量在3kg以下的

13、鋁合金銅合金1:1.2:1.52.6冒口設(shè)計冒口形式冒U茴度h冒口根部直徑DDhz明冒口頂冒口0.8-1.5D1.2-1.5d2-4d側(cè)冒口2-3D暗冒口1.2-2D1.2-2d說明冒口高度太低會影響補縮效果，太高又可能引起內(nèi)澆道過熱。直 徑較大的冒口，冒口高度取下值，但冒口直徑不宜過大，否則鑄 件靠冒口處容易產(chǎn)生縮松，特別是對于鋁硅合金，當冒口直徑超 過100mm,應(yīng)米取措施，減少冒口金屬液的用量。3、金屬型模具設(shè)計金屬型結(jié)構(gòu)設(shè)計金屬型型體設(shè)計(1)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。型壁太厚，增加了鑄型重量，加快了鑄件冷卻速度。型壁太薄，由于溫度不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力

14、使其變形,縮小使用壽命。金屬型的壁厚與鑄件壁厚、鑄件材料、鑄型外廓尺寸及毛胚加工方法有關(guān)，也與金屬型本身的材質(zhì)有關(guān)，必須綜合考慮各種影響因素來確定不同條件下最合適的金屬型壁厚。如下表：(鋁合金鑄件用金屬型壁厚單位mm)鑄件壁厚6件金屬型壁厚6型10-1520-2515-3025-3030(0.8-1.2) 6件(2)型腔尺寸計算：型腔尺寸是決定鑄件尺寸精度的主要因素。金屬型型腔尺寸的計算，除根據(jù)鑄件尺寸和公差外，還應(yīng)考慮合金的收縮、涂料厚度、金屬型加溫后的膨脹以及金屬 型各部分的間隙等。1)型腔尺寸可用如下公式計算Ax = Ap Ap ；二 二、Ax式中Ax 型腔尺寸(mm)Ap 鑄件尺寸的中

15、間值(mm)名綜合線收縮率()6 涂料厚度(mm)MX 鑄件尺寸制造(mm)2)鑄件的中間值可以按以下公式計算.-1 .一Ap=Am,n - A2式中Amin 鑄件的最小極限尺寸(則)M鑄件尺寸公差3)綜合線收縮率包括鑄件收縮和金屬型膨脹。一般大型薄壁鑄件取下限，小型鑄件為了計算方便，通常取1%合金無阻收縮(%)部分受阻收縮()全受阻收縮()鋁合金0.9-1.20.7-0.90.5-0.7鎂合金1.0-1.20.8-1.00.6-0.84)涂料厚度一般情況下每邊為0.1-0.3mni,型腔凹處取正值，凸處取負值，中心距 L處等于零。(3)其它尺寸的確定1)型腔表面至金屬型邊緣的距離不小于20

16、mm。2) 一型多件的鑄型，鑄件與鑄件間的距離，小件不小于10 mm, 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10 mm4)直澆道至鑄件間的距離一般取10-25 mm,內(nèi)澆道長度一般取 8-12 mm,直澆道高度應(yīng)比鑄件頂部高出 40-60 mm5)為了開型方便，一般在金屬型的分型面上設(shè)計撬開金屬型的槽子。(4)砂芯頭與金屬芯座配合間隙-A +BD或2h25-5050-100100d50 -1500.150.250.51.0150 -3000.250.51.01.0300 -500-1.01.01.5500-1.51.52.0金屬型的排氣系統(tǒng)由于金屬型本身不透氣，因此

17、型腔的排氣問題必須足夠重視，否則會造成氣孔、冷隔和 欠鑄等缺陷。(1)排氣孔：一般在型腔最后充滿處開直徑為1-5 mm的圓形排氣孔。(2)排氣槽：排氣槽又稱通氣槽、通氣溝等。對于氣槽的深度h,對于鑄鐵和青銅一般為0.25 mm,對于鋁合金一般為 0.5 mm,寬度一般為 10-15 mm(3)排氣塞：排氣塞又稱通氣塞，一般用45鋼或銅棒制成。金屬型操縱機構(gòu)設(shè)計(1)鎖緊機構(gòu)鎖緊機構(gòu)的作用就是使兩半型夾緊，使分型面的間隙最小，防止金屬液從分型面流出, 并在一定程度上防止金屬型的翹曲變形。(2)抽芯機構(gòu)1)撬桿抽芯機構(gòu)2)螺桿抽芯機構(gòu)3)偏心抽芯機構(gòu)4)偏心輪抽芯機構(gòu)5)齒輪齒條抽芯機構(gòu)6)蝸輪蝸

18、桿抽芯機構(gòu)(3)鑄件頂出機構(gòu)金屬型的尺寸精度及表面粗糙度金屬型的尺寸精度(1)型腔尺寸公差，金屬型型腔的尺寸公差見下表型腔基本尺寸鑄件尺寸精度等級CT7CT8CT9CT10型腔尺寸公差10-160.100.140.16士 0.2016-250.110.150.18士 0.2225-400.120.160.20士 0.2540-630.130.180.22士 0.2863-1000.140.200.25士 0.30100-1600.150.220.28士 0.32160-2500.170.250.30士 0.35250-4000.200.280.32士 0.38400-6300.220.320.

19、35士 0.40630-10000.250.350.40士 0.4510型腔轉(zhuǎn)接圓弧半徑公差:圓弧半徑基本尺寸6-1616-4040-6363-100鑄件公差CT8-CT10圓弧半徑偏差0.200.220.25士 0.280.32角度尺寸公差短鄰邊長度10-1818-3030-5050-8080-120120-260260-360360角度Bit45302520106，5，4，3，金屬型裝配后，其左右半型、半型與底座之間的平行度、垂直度每100 mm不大于0.05 mm,分型面之間的間隙不大于0.1 mm,局部間隙不大于 0.2 mm,安裝螺孔、孔距公差土0.1 mmo(2)活動部件與金屬型之

20、間的間隙：金屬型總是在受熱狀態(tài)下工作的，受熱后的金屬芯、頂桿、活塊等活動部件與金屬型本體之間的配合就比常溫時為緊，為了保證鑄件的尺寸精度及正常生產(chǎn)，活動部件與金屬型之間應(yīng)保持一定的間隙，見下表：公稱尺寸配合間隙2650-1000.3-0.4100-2500.4-0.52500.5-0.8金屬型的表面粗糙度金屬型各部分的表面粗糙度見下表:加工部位表面粗糙度型腔相應(yīng)于鑄件的有加工余量的部分6.3-3.2一般要求3.2-1.6個別部分特殊要求0.8分型面、安裝面、定位銷孔6.3-1.6澆注系統(tǒng)6.3-3.211型芯及有加工余量部分6.3-3.2相互滑動或接觸部分3.2-1.6通/工槽6.3冒口部分1

21、2.5-6.3非加工面的減輕部分12.5金屬型壽命（1）金屬型平均壽命如下:鑄鋼鑄鐵非鐵合金小型鑄件500-10005000數(shù)力至數(shù)十萬次中型鑄件300-5001000-5000數(shù)萬次大型鑄件100-250200-500一特大鑄件20-5050-200一注：鑄件類型并無明確規(guī)定，一般小型鑄件指0.5 kg以下的鑄鐵件和 5kg以下的鑄鋼件。特大鑄件指重量在 1t以上，壁厚達100 mm以上的鑄件。（2）延長金屬型的壽命的措施1）正確地選擇金屬型材料2）正確地設(shè)計金屬型壁厚3）正確地設(shè)計金屬型結(jié)構(gòu)，盡可能地避免尖角及壁厚的急刷變化。4）設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)盡可能使金屬液平穩(wěn)進入型腔，避免金屬液強烈沖刷

22、型腔工作面。對鋼鐵金屬鑄件，應(yīng)盡可能將澆注系統(tǒng)設(shè)計在砂芯中。5）金屬型毛胚要進行熱處理，消除鑄造應(yīng)力。6）應(yīng)選擇合適的涂料和正確的噴涂工藝以盡可能避免“熱沖擊”。正確地進行金屬型預熱和冷卻。正確掌握鑄件脫型的時間。7）金屬型使用應(yīng)仔細清理，使用后要妥善保管。為提高金屬型壽命，可進行局部滲硅、滲銘、滲鋁、以及進行陽極化、等離子噴涂等保護措施。4、鑄造工藝金屬型的準備金屬型的清理12金屬型的清理方法主要有手工清理、噴砂和化學清理。金屬型的預熱金屬型的預熱是澆注前必不可少的工序之一。金屬型在噴刷涂料前需先預熱，預熱溫度根據(jù)涂料成分和涂抹方法確定。溫度過低，涂料中水分不易蒸發(fā)，涂料容易流淌。溫度過高，

23、涂料不易粘附，造成涂料層不均勻，使鑄件表面粗糙。常用金屬型預熱溫度見下表：鑄造合金預熱溫度C鑄鐵80-150鑄鋼100-250鋁合金150-200鎂合金150-200銅合金80-120金屬型噴完涂料后還需要進一步預熱，其目的是：避免金屬液冷卻太快，造成鑄件產(chǎn)生氣孔、冷隔、澆不到、縮孔、裂紋等缺陷。防止鑄鐵件表面產(chǎn)生白口保護金屬型，避免急冷、急熱而引起金屬型劇烈收縮和膨脹，延長其使用幫命。減輕鑄件包緊力，利于脫型確保操作者的安全以下表格為各種合金澆注前金屬型預熱溫度涂料(1)噴刷涂料的目的：噴刷涂料的目的在于保護金屬型，避免金屬液直接接觸金屬型型腔，使鑄件表面光潔，便于脫型。還可以利用涂料的不同

24、厚度創(chuàng)造順序凝固條件，減少鑄件缺陷。對鑄鐵件還可以避免產(chǎn)生白口。(2)對涂料的要求：涂料應(yīng)具備足夠的耐熱性、化學穩(wěn)定性和一定的導熱性能。使用時流動性要好，發(fā)氣量要低，在劇烈溫度變化時不發(fā)生龜裂和剝落。(3)涂料的涂抹的原則：鑄造合金鑄件特點預熱溫度C工作溫度C灰鑄鐵一250-350200可鍛鑄鐵一150-250120-160鑄銅一150-3008013鋁合金一件200-300200-300薄壁復雜件300-350300-350金屬芯200-300200-300鎂合金一件200-350200-350薄壁復雜件300-400300-400金屬芯300-400300-400銅合金錫合金150-2506