金属型浇铸模具理论

金属型浇铸模具理论目录一、概述二、铸件工艺设计三、金属型设计四、铸造工艺五、金属型铸造机六、铸件常见缺陷及防止方法一、概述1、铸造原理：利用重力浇注，进入金属型模具。

2、工艺流程：3、工艺特点之缺点：（1）金属型的热导率和热容量大，浇注的金属液很快结晶凝固，降低了充型能力，故对铸件的壁厚设计有一定要求，一般不小于2mm。

（2）金属型本身无透气性，必须采用一定的措施导出型腔中的空气和砂芯所产生的气体。

（3）金属型无退让性，铸件凝固时容易产生裂纹和变形，不适用于热裂倾向大的合金。

二、铸件工艺设计1 基准面的选择2 铸件在金属型中的位置3 分型面的选择4 铸件工艺性设计5 浇注系统6 冒口设计1、基准面的选择：基准面决定铸件各部分相对的尺寸位置。

所以选择铸造基准面时，必须和铸件机械加工的基准面统一，其选择原则为：（1）非全部加工的铸件，应尽量选取非加工面作为基准面。

（2）采用非加工面作基准面时，应该选尺寸变动小、最可靠的面作基准面。

最好不选用活块形成的铸件表面作为基准面。

（3）基准面应平整和光洁，不应有残余浇冒口、毛刺、飞翅等。

（4）全部加工的零件，应选加工余量最小的面作为基准面，以保证机械加工时不致因加工余量不够而造成废品。

（5）为了便于检验尺寸，应选择较大的平面作为基准面，不采用曲面或有铸造斜度的面作为基准面。

2、铸件在金属型中的位置•便于安放浇注系统，保证合金液平稳充满铸型•便于合金顺序凝固，保证补缩•使型芯（或活块）数量最少、安装方便、稳固，取出容易•力求铸件内部质量均匀一致，盖子类及碗状铸件可水平安放•便于铸件取出，不致拉裂和变形。

3、分型面的选择•简单铸件的分型面应尽量选在铸件的最大端面上•分型面应尽可能地选在同一个平面上•应保证铸件分型方便，尽量少用或不用活块•分型面的位置应尽量使铸件避免做铸造斜度，而且很容易取出铸件•分型面应尽量不选在铸件的基准面上，也不要选在精度要求较高的表面上•应便于安放浇冒口和便于气体从铸型中排出。

4、铸件工艺性设计（1）铸件工艺性设计原则－简化金属型结构，某些小孔一般不铸出来，但当不便于补缩时，有些小孔也应铸造出来；－为了便于设置冒口以对整体铸件进行补缩，有些大孔也可以不铸出；－对一些易变形的铸件应增加防变形肋，待最后工序加工去掉；－对于加工过程中装卡定位性差的铸件，可以根据需要设计定位装卡凸台，其位置应有利于铸件补缩；－在不影响产品性能的前提下，可以局部加大铸造斜度，避免设计活块。

（2）铸件工艺性设计参数的选择1）加工余量－零件尺寸精度要求高、表面粗糙度值要求低的加工面，应给予较大的加工余量；－加工面越大，加工余量应越大；－加工面距加工基准面越远，加工余量应越大；－铸件用砂芯形成的表面，应比用金属芯形成的表面的加工余量大；－浇冒口开设的加工面应给予较大的加工余量。

2）工艺余量工艺余量是指超过机械加工余量的部分。

工艺余量根据铸件实际结构情况确定，应保证铸件顺序凝固。

3）铸件尺寸公差一般按照GB 确定，特殊要求由供需双方协商确定。

4）铸造圆角铸造圆角半径R （mm ）一般可以按下式计算：R ＝ ～式中 δ、δ´——铸件相邻壁的厚度（mm ） 5）铸造斜度－凡是在铸件冷却时与金属型表面有脱离倾向的面，应给予较小的铸造斜度；－凡是铸件冷却时趋向于包紧金属型或芯的面，应给予较大的斜度。

对于铸件尺寸要求精确的非加工面，若不允许有铸造斜度时，可考虑改变分型面，或使用金属活块、以及采用砂芯等方法来解决。

各种合金铸件的铸造斜度可参考下表：（理论值不一定适用）（3） 铸件图的绘制绘制铸件图的过程就是铸造与零件设计、机械加工等部门将铸件的基准面、加工余量、铸造斜度等铸造工艺因素及技术要求，以图加4δδ'＋6δδ'＋以说明，并经多方会签确定的过程。

铸件图既是设计、制造金属型和铸件验收的技术依据，也是机械加工、设计制造工装夹具的技术文件之一。

5、浇注系统（1）浇注系统的设计原则（2）浇注系统的形式及特点（3）浇注系统的组成部分（4）浇注系统的计算（1）浇注系统的设计原则1) 浇注系统尺寸的大小应保证金属液在规定的时间内能良好地充填金属型，尽量避免产生紊流，以防止卷气和渣。

（倾斜浇注可解决）2) 金属液的引入位置应使金属液平稳流入型腔，尽量不冲击型芯和型壁，避免产生涡流和飞溅，并利于金属型型腔中气体的排除。

3) 铸型的热分布应合理，有利于铸件顺序凝固，以便于铸件得到充分的补缩。

4) 浇注系统结构设计应简单、体积小，在保证铸件质量的前提下，金属液消耗量应最少，并且便于铸型开合、取件及从铸件上清除浇冒口。

（2）浇注系统的形式及特点顶注式•铸型热分布有利于补缩，金属液消耗量少，结构简单，制造方便。

•金属液充填型腔时易产生飞溅，不利于排气，铸件易产生氧化夹渣等缺陷。

•适用于矮而简单的铸件。

高度超过100mm的铝、镁合金铸件宜采用倾斜浇注，倾斜角度为30°～50°。

中注式•金属液流动比顶注式平稳，能获得比底注式较合理的热分布，但不能完全避免产生飞溅和涡流。

•适用于高度较高又不便于采用底注式的铸件。

底注式•金属液由下而上平稳地充填铸型，有利于排气、排渣。

热分布不利于金属液顺序凝固。

•广泛应用于各种尺寸的铸件，为了克服热分布不合理产生的缺陷，可以采取增加工艺余量使铸件上厚下薄；从顶冒口中补充金属液；控制金属型的涂料厚度。

缝隙式•金属液由下而上逐步充填铸型，流动平稳，挡渣排气条件好，金属型的热分布合理。

•铸件结构受到限制，金属液消耗量多，切割、清理浇口费工。

•适用于质量要求较高的铸件。

（3）浇注系统的组成部分1）浇口杯接受和贮存一定量的金属液，同时起到缓冲和浮渣的作用。

2）直浇道直浇道形式主要有垂直、倾斜和蛇形等。

3）横浇道起缓冲、稳流和挡渣的作用，并将直浇道的金属液分配给内浇道。

4）内浇道直接与铸件相连，控制金属液流动的速度和方向，与铸件质量密切相关。

5）缝隙浇道一般由直浇道、横浇道、立筒和缝隙组成。

如下图（4） 浇注系统的计算确定浇注系统截面积时，通常先计算浇道的最小截面积，然后再根据比例关系确定其他单元的截面积。

浇注时间一般比砂型铸造短20％～40％。

τ＝式中τ——浇注时间（s ） H ——铸件高度（cm ）v ——金属液在型腔中平均上升速度（ cm / s ） 对于铝、镁合金铸件： V=式中 δ——铸件壁厚（cm ）V=式中 v ——浇道最小截面积中金属液平均速度(cm/s) W ——铸件的重量(g) ρ——金属液的密度(g/cm3) τ——浇注时间(s)Amin ——浇道的最小截面积(cm2)v 也可以根据经验选取。

对于铝合金，一般v<150cm/s ；对于镁合金，一般v<130cm/s.对于铝、镁合金，为防止金属液产生飞溅，通常采用开放式浇注系统。

大型铸件：A 直:A 横:A 内＝1:（2～3）:（3～6）vH δ2.4~3minA Wρτ中型铸件：A直:A横:A内＝1:（2～3）:（2～4）小型铸件：A直:A横:A内＝1:（1.5～3）:（1.5～3）6、冒口设计•铝、镁合金铸件冒口的体积一般为它所补缩的铸件热节体积的1～1.5倍。

•明冒口高度一般应大于60mm，过低补缩效果不好；但也不应大于200mm，否则会产生其他缺陷。

冒口直径一般以不超过100mm为宜。

•对不宜用冒口补缩的部位，可采用冷铁激冷或将冷铁和冒口联合使用。

•对铝、镁合金铸件，常在冒口工作表面涂绝热性能好的涂料，也可以加厚涂料层。

还可将冒口设在内浇道和直浇道之间，冒口既能补缩又可起集渣的作用。

三、金属型设计1 金属型结构形式2 金属型结构设计4 金属型加热和冷却5 金属型用材料及其选用6 金属型寿命1、金属型结构形式•整体金属型•水平分型金属型•垂直分型金属型•综合分型金属型整体金属型水平分型金属型垂直分型金属型综合分型金属型2、金属型结构设计（2）型芯设计（3）活块设计（4）金属型的排气系统（1）金属型型体设计1）金属型壁厚一般是根据经验数据列出的图表或计算公式确定。

铸件壁厚与铸铁金属型壁厚的关系••对于铝合金铸件，金属型壁厚可以薄一些。

•若采用钢或球铁制成的金属型时，其壁厚可适当减薄。

铝、镁合金铸造使用铸铁做金属型时，金属型的壁厚见下表：铝、镁合金铸造使用铸铁做金属型时，还可以根据分型面的尺寸确定金属型的壁厚：金属型加强筋的箱形结构2）金属型分型面上的尺寸金属型分型面上的尺寸3）型腔尺寸计算确定金属型的型腔和型芯尺寸时，主要是根据铸件外形和内腔的名义尺寸，并考虑铸件的线收缩和涂料层厚度以及加工公差等。

金属型型腔和型芯的尺寸可按下式计算：Ax=（A+Aε+2δ）±ΔAxDx=（A+Aε-2δ）±ΔDx式中Ax，Dx——分别为型腔和型芯的尺寸A，D——分别为铸件的外形和内孔的名义尺寸ε——铸件材料的线收缩率δ——涂料层的厚度（一般取0.1mm~0.3mm）ΔAx，ΔDx ——金属型加工公差金属型型腔和型芯尺寸的确定4）型体定位为了使金属型半型间不发生错位，常用定位销定位，也可采用止口定位。

（2）型芯设计型芯种类及特点铝合金活塞金属型用砂芯形成浇冒口系统局部采用砂芯防止铸件开裂砂芯芯头、芯座间的斜度与间隙（3）活块设计当金属型分型取出铸件受到阻碍时，对阻碍分型取出铸件的部分可以设计成活块。

采用活块虽然会使铸件方便地从铸型中取出，但会使分型面增加、金属型结构复杂、操作麻烦，导致产品尺寸精度不高，生产效率低。

因此，设计金属型时应尽量少用或不用活块。

（4）金属型的排气系统1）排气孔一般在型腔最后充满处开直径为φ1～5mm的圆形排气孔。

2）排气槽一般设置在金属型的分型面上以及活块、镶件的结合面上。

3）排气塞（通气塞）。

金属型分型面上的排气槽排气槽尺寸排气塞型式装配在金属型上的排气塞3 金属型操纵机构设计（1）锁紧机构（2）抽芯机构（3）铸件顶出机构（4）金属型型体与传动机构的连接（1）锁紧机构－摩擦锁－楔销锁－偏心锁摩擦锁紧机构楔销锁紧机构偏心锁紧机构（2）抽芯机构－撬杆抽芯机构－齿条-齿轮抽芯机构－螺杆抽芯机构－偏心轴抽芯机构撬杆抽芯机构撬杆抽芯机构结构简单，适用于起模斜度大、长度较短的简单型芯。

齿条-齿轮抽芯机构齿条-齿轮抽芯机构应用较为广泛，抽芯平稳，抽芯距离大，省力，但结构较为复杂，一般用于抽拔金属型底部或侧面的型芯。

螺杆抽芯机构螺杆抽芯机构结构简单、省力、操作方便。

偏心轴抽芯机构偏心轴抽芯机构结构简单，使用方便，适合于抽拔位于金属型底部的型芯。

（3）铸件顶出机构顶杆位置的选择应使铸件均匀顶出，防止铸件产生变形及其他一些缺陷，应注意：1）顶杆应布置在铸件受夹紧力最大的地方；2）顶杆的数量应足够多，并且分布合理；3）顶杆与铸件接触面积应足够大，防止铸件发生局部变形和在铸件表面产生压痕；4）顶杆应尽可能地布置在浇冒口上或铸件需机加工的部位；5）当铸件结构不宜布置顶杆时，可设置专门的工艺凸台。