1、桂林電子科技大學信息科技學院現代材料加工技術結課論文學號： 1453100523姓名：江李旺2016 年 11 月 11 日摘要金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬 鑄型，以獲得鑄件的一種 鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復使用多次（幾百次到幾千次） 。金屬型 鑄造目前所能生產的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，如對黑色金屬只 能是形狀簡單的鑄件；鑄件的重量不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無 法鑄出。本論文就對金屬型鑄造進行一定研究分析。關鍵詞：鑄造，金屬型鑄造，工藝鑄造是人類掌握比較早的一種金屬 熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國 約在公元前1700前1000年之

2、間已進入青銅 鑄件的全盛期，工藝上已達到相當 高的水平。鑄造是將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應的鑄造空腔中，待其冷卻凝固后，以獲得零件或毛坯的方法。被鑄物質多為原為固態但加熱至液態的金屬 （例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是砂、金屬甚至陶瓷。因應 不同要求，使用的方法也會有所不同。中國在公元前513年，鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件晉國鑄型鼎， 重約270公斤。歐洲在公元八世紀前后也開始生產鑄鐵件。鑄鐵件的出現，擴大 了鑄件的應用范圍。例如在1517世紀，德、法等國先后敷設了不少向居民供 飲用水的鑄鐵管道。18世紀的工業革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業興 起，鑄件進入為大

3、工業服務的新時期，鑄造技術開始有了大的發展。進入20世紀，鑄造的發展速度很快，其重要因素之一是產品技術的進步，要求鑄件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業本 身和其他工業如化工、儀表等的發展，給鑄造業創造了有利的物質條件。如檢測 手段的發展，保證了鑄件質量的提高和穩定，并給鑄造理論的發展提供了條件； 電子顯微鏡等的發明，幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結晶的奧秘， 研究金屬凝固的理論，指導鑄造生產。在這一時期內開發出大量性能優越，品種豐富的新鑄造金屬材料，如球墨鑄鐵， 能焊接的可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼，鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等， 并發明了對

4、灰鑄鐵進行孕育處理的新工藝，使鑄件的適應性更為廣泛。50年代以后，出現了濕砂高壓造型，化學硬化砂造型和造芯，負壓造型以及其他特種鑄 造、拋丸清理等新工藝，使鑄件具有很高的形狀、尺寸精度和良好的表面光潔度， 鑄造車間的勞動條件和環境衛生也大為改善。20世紀以來鑄造業的重大進展中，灰鑄鐵的孕育處理和化學硬化砂造型這兩項新工藝有著特殊的意義。 這兩項發 明，沖破了延續幾千年的傳統方法，給鑄造工藝開辟了新的領域，對提高鑄件的 競爭能力產生了重大的影響。根據鑄型特點分類，有一次型鑄造（砂型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造、實型 鑄造等）、半永久型鑄造（陶瓷型鑄造、石墨型鑄造等）、永久型鑄造（金屬型鑄造、 壓力

5、鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造等）金屬型鑄造一、金屬型鑄造方法、特點及熱規范的確定（1）成形方法 金屬型鑄造是利用重力將液態金屬澆入金屬材質的鑄型中， 并在重力的作用下 結晶凝固而形成鑄件的一種方法。（2）凝固特點與砂型相比較， 金屬型的導熱性能要高得多， 能獲得很大的溫度梯度， 使鑄件 快速冷卻。因此，在金屬型鑄造中，不僅共晶合金，甚至結晶溫度間隔較寬的合 金，也能得到密實的鑄件。同時，冷卻速度快，可使鑄件晶粒細化，減輕或消除 有色合金鑄件的針孔。為了得到更大的冷卻速度，要求用較低的金屬型溫度。液態金屬澆入金屬型的型腔后， 由于型壁的直接導熱， 金屬液會很快冷卻凝結 成一層硬殼， 以后的散熱要通過

6、硬殼與型壁間所形成的空隙。 在金屬型中鑄造厚 大鑄件時， 澆入型腔中的金屬液在充滿型腔的一定時間后才開始凝固， 特別是在 金屬型預熱溫度高和有大的砂芯時， 更是如此， 這些因素減緩了鑄件的散熱。 所 以，澆注厚大鑄件時，應采用較低的金屬型溫度和澆注溫度。在金屬型中成形較小的薄壁鑄件時，金屬液凝固很快，許多情況下，幾乎在 澆注完畢時，鑄件的凝固也同時完成。對大而壁薄的鑄件，為了完全充滿型腔， 獲得輪廓清晰的鑄件， 要有較高的金屬型溫度和澆注溫度。 同時，還必須在型腔 表面噴刷隔熱涂料。 此外，提高澆注溫度能改善鑄件的補縮條件， 因為這樣能使 金屬液容易進入已被型壁冷卻的下層金屬中。 采用底注式時

7、， 要求金屬液有更高 的溫度，以提高充型能力。但澆注溫度也不能太高，溫度太高時，會增大鑄件的 收縮量，降低力學性能。 金屬型鑄造中，鑄件產生裂紋的可能性比砂型要大得多， 因為金屬型和金屬芯沒有退讓性， 阻礙鑄件收縮。 另外，鑄件凝固不均勻也是產 生裂紋的重要原因。如果能使鑄件變形在較高的溫度下進行， 這時合金的塑性足夠大， 裂紋將不會 產生。所以，確定溫度規范時，應盡量使合金由塑性轉變到彈性狀態的過程中， 鑄件各部分的溫差減到最小， 并且盡量減小在合金結晶期間澆注的合金和金屬型 型壁之間的溫度差，這就要求鑄型溫度較高，而澆注溫度較低。（3）金屬型工作溫度金屬型在噴涂料及澆注之前， 要均勻地加熱

8、到工作溫度或接近工作溫度， 并且 在工作過程中要保持選定的溫度范圍， 這樣才能得到內部質量和外形尺寸穩定的 鑄件。確定金屬型的工作溫度時， 選擇過高或過低的溫度都會帶來一些不良后果。 金屬型溫度過低時，會出現下列缺點：澆入型腔的液態金屬會迅速降低流動性， 使鑄件容易產生冷隔、澆不足、裂紋、氣孔和輪廓不清晰等缺陷；型腔表面受到 液態金屬的強烈加熱， 型壁內外溫差大， 金屬型容易開裂損壞； 冷的金屬型上往 往凝結有水汽，澆入液態金屬時會引起噴濺或爆炸； 有些會破壞順序凝固的條件， 這時單靠涂料調整是不行的。金屬型溫度過高時，會出現下列缺點：鑄件結晶組織變粗，對于有色合金，還 容易產生針孔和縮松；延

9、長鑄件冷卻時間，降低生產率；金屬型溫度過高時，強 度和剛度低，容易產生扭曲變形，導致過早損壞。同時，也容易和澆注合金發生 熔焊現象。金屬型工作溫度取決于澆注合金的種類和牌號、 鑄件的結構形狀、 尺寸大小和 壁厚，同時也和合金的澆注溫度有關。 具體的金屬型工作溫度可參照相關鑄造手 冊。（4）合金的澆注溫度金屬型鑄造時，合金的澆注溫度受下列因素的影響： 鑄件結構：形狀復雜、壁薄的大鑄件，澆注溫度應高些；形狀簡單的厚壁鑄件 或有較大砂芯的鑄件，澆注溫度應低些；鑄型溫度：金屬型工作溫度愈低，則澆 注溫度應愈高。 為了完好地充填鑄件的薄斷面， 提高合金澆注溫度比提高鑄型溫 度有更好的效果；澆注速度： 澆

10、注速度快時， 液態金屬在鑄型內流動過程中熱量損失少， 流動性 的降低也就少，因而澆注溫度可低些。若由于鑄件結構的要求，需緩慢澆注時， 則應將澆注溫度提高； 澆注系統： 采用頂注式澆注系統時， 應該用較低的澆注溫 度；采用底注式澆注系統時， 應該用較高的澆注溫度， 以便合金在溫度相當高時 到達頂部和冒口中；合金的種類和牌號不同，澆注溫度也不同。（5）澆注過程中金屬型的熱平穩性金屬型鑄造時，生產量一般都很大，要求同一金屬型成形的鑄件質量應該一致。 為此，要求金屬型的工藝規范保持穩定。澆注溫度可以由保溫爐控制，因此，金 屬型的工作溫度就成了影響熱規范穩定性的主要因素。 在一個澆注周期中， 要想 讓金

11、屬型溫度始終保持不變是不可能的， 但要求在每次澆注時， 金屬型溫度能穩 定在所選擇的溫度范圍內。 在生產過程中， 從升溫到降溫保持金屬型的熱平衡規 律不變，才能保證鑄造出來的鑄件內、外部質量穩定。金屬型熱平衡的概念在設計金屬型時應予以足夠的重視。 在復雜的金屬型鑄造 中，有時會因砂芯組合時間過長， 使鑄型不能維持必要的溫度， 或者因型壁太厚 或太薄而影響熱平衡， 降低鑄件質量。 金屬型良好的熱平衡對保證批生產中鑄件 冶金質量的穩定具有十分重要的意義。小鑄件因澆注周期短，容易調整熱平衡， 計算熱平衡的價值不大。 但利用金屬型成形大中型鑄件時， 熱平衡計算的意義較 大，可為設計金屬型壁厚提供一定的

12、依據， 同時可確定是否需要設置加熱或冷卻 環節，具體的計算方法可參考有關資料。二、金屬型結構金屬型的結構形式很多， 根據其分型面數、 分型面方向和鑄型型體的運動方式 等特征，將金屬型分為整體金屬型、水平分型金屬型、垂直分型金屬型、綜合分 型金屬型。1、整體金屬型，鑄型無分型面，結構簡單，但它只適用于形狀簡單，無分型 面的鑄件；2、水平分型金屬型，它適用于薄壁輪狀鑄件。3、垂直分型金屬型，這類金屬型便于開設澆冒口和排氣系統，開合型方便， 容易實現機械化生產；多用于生產簡單的小鑄件；4、綜合分型金屬型：它由兩個或兩個以上的分型面組成，甚至由活塊組成， 一般用于復雜鑄件的生產。操作方便，生產中廣泛采

13、用。金屬型的結構很復雜， 它是由具有不同作用的許多部分組成。 最典型的金屬型 的組成部分及作用如后：型體，內有形成鑄件的型腔；底板，用來支承型體，有 時也有部分型腔；型芯，包括金屬芯、砂芯和殼芯；導向裝置，使金屬型各部分 移動時位置正確， 不發生斜歪。 當金屬型安裝在澆注機上時， 金屬型本身不設導 向裝置；定位裝置，使金屬型各部分相對位置準確；鎖緊裝置，使金屬型型體各 部分互相緊固；通氣裝置；加熱和冷卻裝置；頂桿，將鑄件從型腔中頂出；操作 機構，有時為金屬型的一部分，有時為金屬型澆注機的一部分， 包括開合型和抽 芯機構；固定裝置，將型體固定在底板上或澆注機上；搬運裝置，螺紋吊環。金屬型結構形式

14、的確定取決于：鑄件的形狀、大小和澆注位置；分型面的方 向和數目；澆注系統和冒口的形式、型芯的種類和數量；鑄造合金種類；鑄型中 鑄件的數量；生產批量的大小和采用的機械化程度。三、工藝設計根據金屬型鑄造工藝的一些特點，為了保證鑄件質量，簡化金屬型結構，充分 發揮它的技術經濟效益，首先必須對鑄件的結構進行分析，并制訂合理的鑄件工 -f-p乙。(1) 工藝性分析金屬型鑄造結構工藝性的好壞，是保證鑄件質量，發揮金屬型鑄造優點的先決 條件。合理的鑄造構應遵循下列原則：1.鑄造結構不應阻礙出型，妨礙收縮；2. 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松；3限制金 屬型鑄件的最小壁厚。另外，

15、對鑄件非加工面的精度和光潔度應要求適當。(2) 澆注位置鑄件的澆注位置直接關系到 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。選擇澆注位置的原則如 下：1. 保證金屬液在充型時流功平穩，排氣方便，避免液流卷氣和金屬被氧化；2. 有利于順序凝固，補縮良好，以保證獲得組織致密的鑄件；3. 型芯數目應盡量減少，安放方便、穩定、而且易于出型；4. 有利于金屬型結構簡化，鑄件出型方便等。(3) 鑄性分型面選擇分型面形式一般有垂直、水平和綜合分類(垂直、水平混合分型或曲面分型) 三種。選擇分型面的原則如下：1. 為簡化金屬型結構，提高稿件精度，對形狀教簡

16、單的鑄件最好都布置在半 型內，或大部分布置在半型內；2. 分型面數目應盡量少，保證鑄件外形美觀，鑄件出型和下芯方便;3選擇的分型面應保證設置澆 冒口方便，金屬充型時流動平穩，有利于型腔 里的氣體排出；4 分型面不得選在加工基準面上；5, 盡量避免曲面分型，減少拆卸件及活決數量。四、鑄件常見缺陷及防止方法金屬型鑄件的常見缺陷有氣孔、縮孔及縮松、渣孔、針孔、裂紋、冷隔等。產生這些缺陷的原因大體上包括金屬型預熱溫度太低、排氣設計不良、涂料本身排氣性不佳、金屬液處理不符合要求、金屬型設計存在結構或工藝方面的問題、 開模時間或者澆注溫度掌握不準確等。應根據出現的鑄件缺陷對癥下藥，有針對 性地解決問題?？偨Y中國從歷史悠久的鑄造技術發展到今天的現代鑄造技術或液態凝固成形