§4.3金屬型成形工藝

金屬型成形工藝是

將液態金屬（合金）澆注到金屬材質的鑄型中，并在重力的作用下凝固成形，以獲得鑄件的一種液態成形方法。

由于鑄型是用金屬制成，可以反復使用數千次到數萬次，所以屬于

永久型鑄造

方法。§4.3金屬型成形工藝

在液態金屬特種成形方法中：壓力鑄造低壓鑄造真空吸鑄連續鑄造離心鑄造

等都要使用金屬型。在技術上和經濟的特點

優點：金屬型生產的鑄件，其機械性能比砂型鑄件高，抗蝕性能和硬度亦顯著提高。原因是冷卻速度快，鑄件表層結晶組織細密。鑄件的精度和表面粗糙度等級比砂型鑄件高，而且質量和尺寸穩定。鑄件的工藝出品率高，一般可節約金屬液15～3%。節省造型材料，減輕環境污染，改善勞動條件。生產效率高，容易實現機械化和自動化。工序簡單，使鑄件產生鑄造缺陷的原因減少。在技術上和經濟的特點

缺點：金屬型制造復雜，成本高。金屬型不透氣，激冷能力強，容易產生鑄件澆不足、鑄鐵件白口等缺陷。金屬型無退讓性，阻礙鑄件收縮。工藝過程需要嚴格控制。

鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度、鑄件在鑄型中的凝固時間及使用的涂料等，對鑄件質量的影響非常敏感。

鑄件結構、重量、尺寸等受到限制。

存在充型能力和模具壽命問題一金屬型鑄件形成過程的特性金屬型與砂型的根本區別在于兩者的鑄型材料不同：砂型——由顆粒狀的耐火材料組成的松軟多空隙的型體金屬型——由金屬材料制成的堅固密實的型體顯著的區別：砂型——有良好的透氣性和退讓性，較差的導熱性和激冷能力。金屬型——優良的導熱性和很強的激冷能力，沒有透氣性和退讓性。1型腔內氣體對金屬充填過程的影響

假設金屬型在澆注前，型腔內氣體的溫度為T，體積為V，重量為G，則氣體壓力P為：

P=RTG/V

液態金屬在充填鑄型的過程中，型腔內的氣體（空氣、砂芯受熱產生的氣體）由于受熱膨脹和體積壓縮而使型腔壓力增大，即

P'>P

壓力變化為：

ΔP=RGΔT/ΔV

結果：造成充型反壓力（大小為ΔP）

它成為液體金屬充型的阻力

金屬液充型速度鑄型排氣能力砂芯數量和大小氣體溫度變化充型反壓力大小

第一種情況：

ΔP超過臨界值P臨（金屬液壓力和表面張力之和）

嗆火不僅破壞了金屬液的連續流動，而且還會對某些合金造成強烈氧化。在嗆火過程中，如果受到初晶或凝固層的阻攔，氣體就會留在金屬中形成氣孔。

型腔氣體就會鉆進金屬液中，通過澆注系統向外逸出。 這種現象稱為嗆火。嗆火

金屬氧化氣孔氣阻

第二種情況：

如果：型腔內局部死角處的氣體無法排除，就會形成氣阻。

ΔP小于臨界值P臨

氣阻——型腔中的氣體由于受熱膨脹和體積壓縮而使壓力增大，形成阻礙液體金屬進入的區域。澆不足

所以，在金屬型鑄造中一定要注意：

型腔的整體排氣和型腔死角的排氣2鑄件凝固過程中熱交換的特點

金屬液一旦進入型腔，就把熱量傳給金屬型壁，金屬液的溫度不斷降低，鑄型的溫度不斷升高。金屬液通過型壁散熱，進行凝固并產生收縮金屬型通過型壁吸熱，溫度升高并產生膨脹

把熱量積蓄起來；把積蓄的熱量散發到周圍的大氣中去。氣隙

這時鑄型起到兩個作用：

在產生氣隙前，由于金屬液和鑄型緊密接觸，界面處幾乎沒有溫度差；而在產生氣隙后，由于氣隙的導熱性比較差，所以鑄件和鑄型之間存在很大的溫度差，鑄件的散熱速度減慢。氣隙產生前：降溫快產生后：降溫慢

在金屬型鑄造時，鑄件與鑄型之間要刷一層涂料，在“鑄件——氣隙——金屬型”系統中，涂料也被認為是“氣隙”的一部分。涂料和空氣的導熱系數都很小。

可通過改變涂料的熱物理性質和厚度來控制鑄件的凝固速度。3金屬型對鑄件收縮的阻礙

在金屬型鑄造中，金屬型芯及型壁凸起部分在鑄件凝固過程中無退讓性，

會阻礙鑄件收縮。

在固液兩相區

在金屬液溫度進入結晶區間（固液兩相區），就開始有凝固收縮，當收縮受到阻礙，就可能形成熱裂缺陷。

由于金屬型會阻礙鑄件的收縮，所以對于凝固收縮大的合金要特別注意。

隨著鑄件溫度的降低，當低于固相線時，進入彈性變形溫度時，由于金屬型的阻礙，在鑄件內會引起應力，其大小為：

σ=E(ε-K)

在固相區

式中：

E——鑄件材料的彈性模量；

ε——鑄件在彈性溫度范圍內的自由收縮率；

K——鑄型退讓系數。對于金屬型或金屬芯，

K=0（無退讓性），則其收縮應力最大，即

σ=Eε鑄件在彈性溫度范圍內的自由收縮率為：

ε=α(T彈-T出)式中：

α——鑄件在彈性溫度范圍內的線收縮系數；

T彈——鑄件材料彈性變形開始溫度；

T出——鑄件出型或抽芯溫度。鑄件內應力為：

σ=Eα(T彈-T出)

從上式可以看出，由于金屬型及金屬芯阻礙收縮，如果鑄件在型中停留的時間愈長，即出型或抽芯溫度愈低，在鑄件內部產生的收縮應力就愈大。

當σ>σb時，鑄件就可能被拉裂，出現冷裂缺陷。

為避免產生冷裂缺陷，要嚴格控制工藝：及時抽芯和出型。

二金屬型形成工藝

制定金屬型鑄造的工藝規范，除必須根據金屬型的特點周密設計外，生產時還須嚴格遵守工藝，才能保證獲得優質鑄件和延長金屬型的使用壽命。

金屬型的鑄造工藝規范包括：

金屬型的預熱澆注出型涂料1金屬型的預熱

冷型澆注：

金屬液冷卻快，流動性劇烈降低

鑄型受到劇烈的熱作用，應力倍增

金屬型在澆注前一定要預熱

（每班的第一次澆注）鑄件出現冷隔、夾雜、氣孔、澆不足等缺陷

金屬型容易損壞常用合金的金屬型預熱溫度

2金屬型的澆注

要控制：合金的澆注溫度、澆注速度和澆注過程2金屬型的澆注

澆注溫度過高—>鑄型壽命降低過低—>鑄件產生冷隔、氣孔、夾雜、澆不足

澆注速度開始：慢——

中間：快——

收尾：慢

（防止飛濺）（很好充型）（防止溢出）

澆注過程保證液流平穩，不斷流常用合金的澆注溫度

3鑄件的出型和抽芯時間

鑄件在金屬型內停留的時間愈長，溫度就愈低，其收縮量也就愈大：

由于型腔凸凹部分的阻礙，

使取件難度加大

由于鑄件收縮產生的抱緊型芯力的作用，

使抽芯難度加大3鑄件的出型和抽芯時間

金屬型在澆注后

要控制鑄件在鑄型內的停留時間金屬型的出型和抽芯時間：

鑄件結構鑄件壁厚合金性質澆注溫度

4金屬型的涂料

粉狀耐火材料+粘結劑+溶劑+附加物在金屬型鑄造中，常需在金屬型的工作表面噴刷涂料。

調節鑄件的冷卻速度保護金屬型，緩沖作用利用涂料層蓄氣排氣

涂料的作用

涂料的組成

向預熱后的鑄型上：噴或刷

涂料的使用常用合金的金屬型涂料

常用合金的金屬型涂