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1、金属型铸造工艺 Die Casting,Permanent Mold Casting,又称硬模铸造或永久型铸造，古代俗成铁范，是在重力作用下将高温熔化的液态材料浇注到用金属制作的铸型型腔中的工艺方法。,第一节 概述 第二节 金属型铸件成形特点 金属型铸造铸件工艺分析 金属型铸造工艺卡片 金属型设计,第一节 概述,工艺过程（概述） 金属型铸造的优缺点 应用范围,一、概述,工艺流程,工艺特点：,一型多铸，铸件精度高，力学性能好，但成本高，主要用于大批大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。,Die-Casting Examples,Figure 11.1 (a) The Polaroid PDC-200
2、0 digital camera with a AZ91D die-cast, high purity magnesium case. (b) Two-piece Polaroid camera case made by the hot-chamber die casting process. Source: Courtesy of Polaroid Corporation and Chicago White Metal Casting, Inc.,（1）金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。 （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）金属型可方便采用各种工艺措
3、施控制凝固顺序、充填平稳度等，保证获得优质铸件。 （4）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530； （5）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100；环境好； （6）工序简单，便于实现生产管理；易实现机械化和自动化，生产效率高；,二、金属型铸造的优点：,由于铸件金属在金属型中冷得较快，铸件对热节敏感度低，液态金属中过饱和气体不易析出，铸件致密度高。晶粒细小。故力学性能比砂铸好。,铸造精度一般为CT7-10级，轻合金可达CT7-9。砂铸一般都小于CT8。 表面光洁度Ra3.2-12.5m。砂铸一般都大于Ra12.5m,金属型铸造的不足之处：（1）最小壁厚不小于2mm；（2）金
4、属型不透气，必须采取一定措施导出气体；（3）无退让性，易产生裂纹和变形，不适合热裂倾向大的合金；（4）金属型制造成本高；铸件外形不宜太复杂。不能生产大型铸件，必须在批量较大时才能显出经济效益； （5）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。,三、金属型铸造的应用范围,合金种类 铸件形状和大小 尺寸精度和表面粗糙度 生产规模,除热裂倾向大的合金，常用铸造合金都可利用金属型铸造。,一般金属型铸造适用于形状不太复杂的中小铸件。非铁合金可铸较复杂的铸件，例如气冷式发动机缸盖、液压泵壳体、各种壳体等。钢铁
5、合金只能铸形状简单的铸件。 有色金属铸件质量在几千克到几十千克，钢铁铸件质量在几十到几百千克。,一般只有成批或大量生产时使用。但一般航空件不受此限制。,第二节 金属型铸件成形特点,导热性特点引起的铸件成形特点 没有透气性引起的铸件成形特点 无退让性引起的铸件成形特点,传热系统的构成,铸造过程的热交换特点,研究铸造过程中热交换的必要性,逐层凝固-集中缩孔,体积凝固-缩松,K1是铸件热阻与中间层热阻之比，或是铸件断面的温差与中间层断面温差之比。 K2是铸型的热阻与中间层热阻之比，或是铸型断面的温差与中间层断面温差之比。,K11; K11, K21; K11, K21。,砂型铸造 砂型铸造时，砂型本
6、身的热物理性质是决定整个系统热交换过程的主要因素，亦即铸件的冷却强度主要取决与铸型的热物理参数。,金属型铸造 传热特点是，铸件断面上的温差和铸型断面上的温差与中间层的温度相比，显得很小，可以忽略不计。可以认为，铸件和铸型断面上的温度分布实际上是均匀的，传热过程主要取决于涂料层的热物理性质。,金属型的涂料层很薄时 中间层断面的温差与铸件和铸型的温差相比较显得很小。可以认为，铸型内表面温度和铸件表面温度相同，传热过程取决与铸件和铸型的热物理量。,非金属铸件在金属型中冷却 这种类型的热交换特点是，中间层和金属铸型断面上的温差很小，可以忽略不计。传热过程主要取决于非金属铸件本身的热物理性质,1石墨粉涂
7、料,2锆英粉涂料,3硅藻土涂料,0 1 2 3 4 涂料层厚度（mm）,1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2,比热流、（J/cmK）,涂料层的厚度和材料对比热流的影响,涂料的导热性越好，其厚度对传热速度影响越明显！,平板铸件,圆柱形铸件,600 400 200,40 60 金属型壁厚（mm）,铸件凝固时间（s）,铸件凝固时间与金属型壁厚的关系,金属型铸件形成特点 气体影响,金属型铸件无退让性引起的铸件成形特点,金属型阻碍收缩，产生较大应力 可能形成的缺陷 热裂 冷裂 抽芯、出型困难,尽可能早的取出铸件和从铸件中取出金属型芯 设计简易平稳取出铸件和型芯的结构 严重收缩的内孔改为砂芯 增
8、大铸造斜度、涂料层厚度 涂料层中添加润滑成分,金属模重力铸造（倾转）模拟分析实例,分析目的,网格模型,工艺参数,充型过程及温度场,充型时型腔内气体运动过程,凝固过程及温度场,缩松、缩孔预测,金属型的预热,为什么要预热？ 如何预热？ 预热的规范。,金属型浇注前为何要预热？,（1）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。 （2）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。,金属型的预热工艺：,（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
9、金属型放在炉上烘烤，然后浇注液体金属将金属型烫热。,金属型工作温度的调节,冷却的方式一般有以下几种： （1）风冷 （2）间接水冷 （3）直接水冷,金属型的浇注,金属型的浇注温度，一般比砂型铸造时高。 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。,出型与抽芯时间：,金属型芯在铸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。,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。,涂料技术要求： 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
10、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。,涂料基本物质组成： 粉状耐火材料（如氧化锌，滑石粉，锆砂粉、硅藻土粉等）； 粘结剂（常用水玻璃，糖浆或纸浆废液等）； 溶剂（水）。 具体配方可参考有关手册。,覆砂金属型（铁模复砂）,优点。 工艺。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180200之间。复砂金属型可用于生产球铁，灰铁或铸钢件。,金属型的寿命,金属型的寿命提高金属型寿命的途径为： 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； 合理的涂料工艺，严格遵守工艺规范； 金属型结构合理，制造毛坯过程中应注意
11、消除残余应力； 金属型材料的晶粒要细小。,铸造业贸易技术壁垒及体系,贸易技术壁垒原本是国际贸易中相对于关税壁垒的概念，它泛指进口国所采取的在消除关税之后对出口国生产供应厂商的种种限制，一般分为法规壁垒、标准壁垒、认证壁垒、绿色壁垒、包装和标签壁垒、检验程序和检验手续壁垒等，并且往往是互相结合的。 近年来兴起的SA8000认证壁垒，同时也是标准壁垒、绿色壁垒、劳工壁垒、人权壁垒和道德壁垒。 对铸件生产企业提出ISO9001（质量）、ISO14001（环境）、OHSAS（职业健康与安全）等管理体系的认证证书的要求。 处在汽车供应链上的铸造厂，有的客商要求通过汽车行业的ISO9001特殊要求标准认证
12、（准确称为“技术规范”）即ISO/TS16949：2002的认证。以美国三大汽车公司为首的世界顶级汽车制造商们认为：“通过ISO/TS16949认证的供方组织将会得到一个价值更大的注册，因为这个注册是建立在对其质量体系进行纯净地严格审核基础上的。如果你通过了ISO/TS16949认证，说明你已经取得一些成绩”。,国内现状,ISO9000 ：到2004年6月30 日止，我国大约有2000家左右的铸造厂获得了ISO9000认证 汽车行业ISO/TS16949：到2004年10月底为止，在已获证的近400家中国企业中，专业化的铸造厂不超过10家。 获得ISO14000和OHSAS的证书的铸造企业的比
13、例数在各行业中处于中游水平，到目前为止，这两种证书在全国铸造界的拥有量也仅有百余张。 SA8000：是由民间国际组织发起的，对申请认证机构的审批要相对严格。到目前为止，全世界总共已经发放了至少492张证书，中国54张，位于意大利和巴西之后。涉及铸造的中国企业仅仅是具有压铸工艺的玩具厂和个别砂型铸造的家用器具厂，估计总数不会超过5家。,几个铸造性能方面的名词,铸造性能 Foundry Technological Properties 顺序凝固 Directional Solidification 同时凝固 Simultaneously Solidification 充型能力 mold filli
14、ng capacity 缩孔和缩松 Shrinkage and Dispersed Shrinkage 冒口 Riser 冷铁 Chilling 热节 Hot Spot 起模斜度 Pattern draft,铸件工艺性分析 铸件结构工艺性分析,合理的铸件结构应遵循原则,铸件结构不得阻碍出型，妨碍收缩 壁厚差不能太大，以免造成温差悬殊，造成缩松和缩裂 限制最小壁厚，避免浇不足或冷隔,铸件在金属型中的浇注位置,选择浇注位置应遵循的原则,保证金属液流动平稳，排气方便 有利于顺序凝固，补缩良好，保证获得组织细密铸件 型芯数量应尽量减少，安放方便，易于出型 有利于金属型结构简单化，铸件出型方便,铸件分型
15、面的选择,选择分型面应遵循的原则,为简化金属型结构，提高铸件精度，对形状较简单的铸件最好都布置在半型内，或大部分布置在半型内； 分型面数目应尽量少，保证铸件外形美观，铸件出型和下芯方便； 选择的分型面应保证设置浇冒口方便，金属充型时流动平稳，有利于型腔里的气体排出； 分型面不得选在加工基准面上； 尽量避免曲面分型，减少拆卸件及活决数量。,浇注系统设计 浇注特点,金属浇注速度大，超过砂型约20； 其次，在液体金属充型时，型腔里的气体要能顺利排除，其流向应尽可能与液流方向一致，顺利的将气体挤向冒口或出气冒口； 应注意使液体金属在充型时流动平稳，不产生涡流，不冲击型壁或型芯，更不可产生飞溅。,浇注系
16、统设计 浇注方式,金属型的浇注系统一般分为顶注式底注式和侧注式三类。 顶注式，其热分布较合理，有利于顺序凝固，可减少金属液的消耗，但金属液流动不平稳，易进渣，铸件高时，易冲击型腔底部或型芯。若用于浇注铝合金件，一般只适用于铸件高度小于100毫米的简单件 底注式，金属液流动较平稳，有利于排气，但温度分布不合理，不利于铸件顺利凝固 侧注式，兼有上述两者的优点，金属液流动平稳，便于集渣，排气等，但金属液消耗大，浇口清理工作量大。 要求浇注系统结构有利于降低金属液流速，流动平稳，减少其对型壁的冲刷。除应保证型腔内气体有充裕的时间排除外，还保证在充型过程中不得产生喷溅。,浇注系统设计 直浇道形式,垂直分型的金属型一般不设横浇道，为撇渣，常在直浇道上部设集渣包。,浇注系统计算,浇注系统直、横、内浇道面积比,冒口设计,金属型铸造的冒口和砂型铸造时具有同等的作用：即为补缩、集渣和排气。它的设计原则也与砂型用冒口相同。由于金属型冷却速度大，而冒口
