金属型铸造技术

　　一、概述
　　金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次(几百次到几千次)。
　　金属到铸造与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点。
　　(1)金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高;(2)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(3)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30%;(4)不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100%;此外，金属型铸造的生产效率高;使铸件产生缺陷的原因减少;工序简单，易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如：(1)金属型制造成本高;(2)金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件洗不足、开裂或铸铁件白日等缺陷;(3)金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。
　　金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件;铸件的重量不可太大;壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小必须合适;要有足够的批量;完成生产任务的期限许可。
　　二、金属型铸件形成过程的特点
　　金属型和砂型，在性能上有显著的区别，如砂型有透气性，而金属型则没有;砂型的导热性差，金属型的导热性很好，砂型有退让性，而金属型没有等。金属型的这些特点决定了它在铸件形成过程中有自己的规律。
　　型腔内气体状态变化对铸件成型的影响：金属在充填时，型腔内的气体必须迅速排出，但金属又无透气性，只要对工艺稍加疏忽，就会给铸件的质量带来不良影响。
　　铸件凝固过程中热交换的特点：金属液一旦进入型腔，就把热量传给金属型壁。液体金属通过型壁散失热量，进行凝固并产生收缩，而型壁在获得热量，升高温度的同时产生膨胀，结果在铸件与型壁之间形成了“间隙”。在“铸件一间隙一金属型”系统未到达同一温度之前，可以把铸件视为在“间隙”中冷却，而金属型壁则通过“间隙”被加热。
　　金属型阻碍收缩对铸件的影响：金属型或金属型芯，在铸件凝固过中无退让性，阻碍铸件收缩，这是它的又一特点。
　　三、金属型铸造工艺
　　1、金属型的预热未预热的金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好/液体金属冷却决，流动性剧烈降低，容易使铸件出现冷隔、浇不足夹杂、气孔等缺陷。未预热的金属型在浇注时，铸型，将受到强烈的热击，应力倍增，使其极易破坏。因此，金属型在开始工作前，应该先预热，适宜的预热温度(即工作温度)，随合金的种类、铸件结构和大小而定，一般通过试验确定。一般情况下，金属型的预热温度不低于1500C.金属型的预热方法有：(1)用喷灯或煤气火焰预热;(2)采用电阻加热器;(3)采用烘箱加热，其优点是温度均匀，但只适用于小件的金属型;(4)先将金属型放在炉上烘烤，然后浇注液体金属将金属型烫热。这种方法，只适用于小型铸型，因它要浪费一些金属液，也会降低铸型寿命。
　　2、金属型的浇注
　　金属型的浇注温度，一般比砂型铸造时高。可根据合金种类、如化学成分、铸件大小和壁厚，通过试验确定。
　　由于金属型的激冷和不透气，浇注速度应做到先慢，后快，再慢。在浇注过程中应尽量保证液流平稳。
　　3、铸件的出型和抽芯时间如果金属型芯在铸件中停留的时间愈长，由于铸件收缩产生的抱紧型芯的力就愈大，因此需要的抽芯力也愈大。金属型芯在镜件中最适宜的停留时间，是当铸件冷却到塑性变形温度范围，并有足够的强度时，这时是抽芯最好的时机。铸件在金属型中停留的时间过长，型壁温度升高，需要更多的冷却时间，也会降低金属型的生产率。
　　最合适的拔芯与铸件出型时间，一般用试验方法确定。
　　4、金属型工作温度的调节要保证金属型铸件的质量稳定，生产正常，首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。所以每浇一次，就需要将金属型打开，停放一段时间，待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，因此常用强制冷却的方法。冷却的方式一般有以下几种：(1)风冷：即在金属型外围吹风冷却，强化对流散热。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制造，成本低，但冷却效果不十分理想。
　　(2)间接水冷：在金属型背面或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，适于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件，激烈冷却，会增加铸件的缺陷。
　　(3)直接水冷：在金属型的背面或局部直接制出水套，在水套内通水进行冷却，这主要用于浇注钢件或其它合金铸件，铸型要求强烈冷却的部位。因其成本较高，只适用于大批量生产。
　　如果铸件壁厚薄悬殊，在采用金属型生产时，也常在金属型的一部分采用加温，另一部分采用冷却的方法来调节型壁的温度分布。
　　5、金属型的涂料在金属型铸造过程中，常需在金属型的工作表面喷刷涂料。涂料的作用是：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;利用涂料层蓄气排气。
　　根据不同合金，涂料可能有多种配方，涂料基本由三类物质组成：
　　1.粉状耐火材料(如氧化锌，滑石粉，锆砂粉、硅藻土粉等);
　　2.粘结剂(常用水玻璃，糖浆或纸浆废液等);
　　3.溶剂(水)。具体配方可参考有关手册。
　　涂料应符合下列技术要求：要有一定粘度，便于喷涂，在金属型表面上能形成均匀的薄层;涂料干后不发生龟裂或脱落，且易于清除;具有高的耐火度;高温时不会产生大量气体;不与合金发生化学反应(特殊要求者除外)等。
　　6、复砂金属型(铁模复砂)涂料虽然可以降低铸件在金属型中的冷却速度，但采用刷涂料的金属型生产球墨铸铁件(例如曲轴)，仍有一定困难，因为铸件的冷速仍然过大，铸件易出现白口。若采用砂型，铸件冷速虽低，但在热节处又易产生缩松或缩孔，在金属型表面复以4-8mm的砂层，就能铸出满意的球墨铸铁件。
　　复砂层有效地调节了铸件的冷却速度，一方面使铸铁体不出白口，另一方面又使冷速大于砂型铸造。金属型无溃散性，但很薄的复砂却能适当减少铸件的收缩阻力。此外金属型具有良好的刚性，有效地限制球铁石墨化膨胀，实现了无冒口铸造，消除疏松，提高了铸件的致密度。如金属型的复砂层为树脂砂，一般可用射砂工艺复砂，金属型的温度要求在180～200℃之间。复砂金属型可用于生产球铁，灰铁或铸钢件，其技术效果显著。
　　7、金属型的寿命提高金属型寿命的途径为：1.选用导热系数大，热膨胀系数小，而且强度较高的材料制造金属型;2.合理的涂料工艺，严格遵守工艺规范;3.金属型结构合理，制造毛坯过程中应注意消除残余应力;4.金属型材料的晶粒要细小。