金属型铸造工艺金属型铸造工艺DieCasting,PermanentMoldCasting 又称硬模铸造或永久型铸造又称硬模铸造或永久型铸造, ,古代俗成铁范古代俗成铁范, ,是在重力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腔中的工艺方法. .v概述概述v金属型铸件成形特点金属型铸件成形特点v金属型铸造铸件工艺分析金属型铸造铸件工艺分析v金属型铸造工艺卡片金属型铸造工艺卡片v金属型设计金属型设计第一节 概述v工艺过程概述工艺过程概述v金属型铸造的优缺点金属型铸造的优缺点v应用范围应用范围一、概述一、概述工艺流程工艺流程工艺特点：工艺特点： 一型多铸一型多铸,铸件精度高铸件精度高,力学性能好力学性能好,但成本高但成本高,主要用于大批大量主要用于大批大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件生产铜、铝、镁等非铁合金铸件.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由于铸件金属在金属型中冷得较快,铸件铸件对热节敏感度低对热节敏感度低,液态金属中过饱和气体液态金属中过饱和气体不易析出不易析出,铸件致密度高铸件致密度高.晶粒细小晶粒细小.故力故力学性能比砂铸好学性能比砂铸好.铸造精度一般为铸造精度一般为CT7-10级级,轻合金可达轻合金可达CT7-9.砂铸砂铸一般都小于一般都小于CT8.表面光洁度表面光洁度m.砂铸一般都大于砂铸一般都大于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三、金属型铸造的应用范围v合金种类合金种类v铸件形状和大小铸件形状和大小v尺寸精度和表面粗糙度尺寸精度和表面粗糙度v生产规模生产规模除热裂倾向大的合金除热裂倾向大的合金,常用铸造合金都可利用金属型常用铸造合金都可利用金属型铸造铸造.一般金属型铸造适用于形状不太复杂的中小一般金属型铸造适用于形状不太复杂的中小铸件铸件.非铁合金可铸较复杂的铸件非铁合金可铸较复杂的铸件,例如气冷例如气冷式发动机缸盖、液压泵壳体、各种壳体等式发动机缸盖、液压泵壳体、各种壳体等.钢钢铁合金只能铸形状简单的铸件铁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有色金属铸件质量在几千克到几十千克,钢铁钢铁铸件质量在几十到几百千克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一般只有成批或大量生产时使用.但一般航空但一般航空件不受此限制件不受此限制.第二节第二节金属型铸件成形特点金属型铸件成形特点v导热性特点引起的铸件成形特点导热性特点引起的铸件成形特点v没有透气性引起的铸件成形特点没有透气性引起的铸件成形特点v无退让性引起的铸件成形特点无退让性引起的铸件成形特点1.1.由金属型材料的导热性能所引起的铸件成型特点由金属型材料的导热性能所引起的铸件成型特点2.2. 金属液浇入型腔金属液浇入型腔, ,就把热量传递给金属型壁就把热量传递给金属型壁. .3.3. 型壁有两方面变化型壁有两方面变化4.4. 蓄热：把热量积蓄起来蓄热：把热量积蓄起来, ,温度升高温度升高, ,发生膨胀发生膨胀5.5. 传热：把热量散发到周围介质中去传热：把热量散发到周围介质中去6.6. 系统发生的变化系统发生的变化7.7. 液体金属通过型壁散失热量液体金属通过型壁散失热量, , 凝固、收缩凝固、收缩8.8. 铸型获得热量铸型获得热量, ,升高温度产生膨胀升高温度产生膨胀9.9. 结果在铸件与型壁之间结果在铸件与型壁之间, ,形成了间隙形成了间隙. .10.10. 形成铸件形成铸件间隙间隙金属型散热系统金属型散热系统1.1 1.1 金属型传热模型金属型传热模型 为使热交换问题讨论简化为使热交换问题讨论简化起见起见, ,现对板型铸件进行分析现对板型铸件进行分析. . 假定：假定：1 1系统是稳定传热系统是稳定传热2 2系统中各组元温度均呈直线系统中各组元温度均呈直线分布分布3 3在热交换过程中在热交换过程中, ,通过系统通过系统中各组元的比热流单位时间、中各组元的比热流单位时间、单位面积通过的热量单位面积通过的热量q q都相同都相同 t t0t1 t2 t3 x1 x2 x3 4 3 2 1 图图2-4 铸件铸件-间隙间隙-金属金属 型系统的温度分布型系统的温度分布 1-金属型金属型 2-间隙间隙 3-铸件铸件 4-铸件中心铸件中心根据付立叶定律根据付立叶定律,q,q值可用下述三式表示：值可用下述三式表示：11、22、3 3 分别为铸件、间隙和金属型的导热系数分别为铸件、间隙和金属型的导热系数. .单位单位w/m w/m x1 x1、x2x2、x3 x3 分别为铸件、间隙和金属型的厚度分别为铸件、间隙和金属型的厚度 . .单位单位m m123 t t0t1 t2 t3 x1 x2 x3 4 3 2 1 图图2-4 铸件铸件-间隙间隙-金属金属 型系统的温度分布型系统的温度分布 1-金属型金属型 2-间隙间隙 3-铸件铸件 4-铸件中心铸件中心1 1+ +2 2+ +3 3 得：得：整理得：整理得：分别为三者的热阻分别为三者的热阻分析：分析：1 1比热流比热流 q q 与铸件断面中心温度和金属型表面温度之与铸件断面中心温度和金属型表面温度之差差t0-t3t0-t3成正比成正比, ,而与热阻之和而与热阻之和 成反比成反比. .2 2比热流愈大比热流愈大, ,铸件冷却强度愈大铸件冷却强度愈大. .3 3铸件材质、尺寸一经确定铸件材质、尺寸一经确定, ,其热阻其热阻 、t0 t0 即为定值即为定值. .此时此时比热流比热流q q的大小就取决于的大小就取决于 、 和和t3t3的大小的大小, ,下面分析它们对下面分析它们对q q的影响的影响. .1.2金属型对传热的影响关于型壁热阻 的影响 金属型壁导热系数3愈大,则其热阻愈小,铸件的冷却速度愈强铸铁铸钢铸铝铸铜39.546.4373.6390.9常用金属材料导热系数常用金属材料导热系数w/m. 可见可见, ,铜铸型比铁铸型冷却速度要大铜铸型比铁铸型冷却速度要大, ,所以连铸结晶所以连铸结晶器用铜结晶器器用铜结晶器. . 1.2.2 1.2.2 型壁厚度型壁厚度x3 x3 的影响的影响 如果型壁如果型壁 x3 x3 愈大愈大, ,其热阻愈大其热阻愈大, ,按公式按公式q q 愈小愈小, ,这不符合实际情况这不符合实际情况. .这是因为在热交换过程中这是因为在热交换过程中, ,除了除了导热外导热外, ,还兼有蓄热作用还兼有蓄热作用, ,而公式中却未反应型壁的而公式中却未反应型壁的蓄热能力蓄热能力. .假定金属型壁与铸件接触面为假定金属型壁与铸件接触面为F Fm2m2, ,密度密度比热容比热容c3c3单位单位J/kg.J/kg.型壁温度场平均温度型壁温度场平均温度t t均均,则金属型蓄热量则金属型蓄热量Q Q可表示为可表示为QFc3t均均（J）可可见见愈大，愈大，Q愈大愈大由于金属型蓄热和导热能力是相互依赖的由于金属型蓄热和导热能力是相互依赖的 3 3很大很大, , 的增加为其蓄热量的增的增加为其蓄热量的增加创造了条件加创造了条件, ,这样型壁能迅速从间隙吸这样型壁能迅速从间隙吸收大量热量收大量热量, ,从而提高了铸件的冷却速度从而提高了铸件的冷却速度. .但当超过一定值时但当超过一定值时, ,铸件的冷却速度变化铸件的冷却速度变化不大不大, ,这主要由于铸型的热传导性能决定这主要由于铸型的热传导性能决定了型壁中离工作表面较远的地方温度不能了型壁中离工作表面较远的地方温度不能升得太高升得太高, ,该处的金属型壁也就起不到蓄该处的金属型壁也就起不到蓄热作用热作用. . 金属型厚壁金属型厚壁,毫米毫米1-平板铸件平板铸件2-圆柱形铸件圆柱形铸件铸铸件件凝凝固固时时间间,秒秒1.2.3 t3 1.2.3 t3 的影响的影响 在其他条件相同时在其他条件相同时,t3,t3很小的时候很小的时候, ,对冷却速度十分有利对冷却速度十分有利, ,此时此时应尽可能减少热阻应尽可能减少热阻, ,即减小型壁厚度即减小型壁厚度, ,提高其导热系数提高其导热系数, ,以充分发挥以充分发挥型壁外的介质强化冷却作用型壁外的介质强化冷却作用. .1.3 1.3 关于间隙热阻关于间隙热阻 定义定义 称为魏氏准则 t t0t1 t2 t3 x1 x2 x3 4 3 2 1 图图2-4 铸件铸件-间隙间隙-金属金属 型系统的温度分布型系统的温度分布 1-金属型金属型 2-间隙间隙 3-铸件铸件 4-铸件中心铸件中心vK1K1是铸件热阻与中间层热阻之比是铸件热阻与中间层热阻之比, ,或是铸件断面的或是铸件断面的温差与中间层断面温差之比温差与中间层断面温差之比. . vK2K2是铸型的热阻与中间层热阻之比是铸型的热阻与中间层热阻之比, ,或是铸型断面或是铸型断面的温差与中间层断面温差之比的温差与中间层断面温差之比. . K11;K11, K21, K21; K11, K21. v砂型铸造砂型铸造v 砂型铸造时砂型铸造时, ,砂砂型本身的热物理性型本身的热物理性质是决定整个系统质是决定整个系统热交换过程的主要热交换过程的主要因素因素, ,亦即铸件的冷亦即铸件的冷却强度主要取决与却强度主要取决与铸型的热物理参数铸型的热物理参数. .v金属型铸造金属型铸造v 传热特点是传热特点是, ,铸铸件断面上的温差和铸件断面上的温差和铸型断面上的温差与中型断面上的温差与中间层的温度相比间层的温度相比, ,显得显得很小很小, ,可以忽略不计可以忽略不计. .可以认为可以认为, ,铸件和铸型铸件和铸型断面上的温度分布实断面上的温度分布实际上是均匀的际上是均匀的, ,传热过传热过程主要取决于涂料层程主要取决于涂料层的热物理性质的热物理性质. .v金属型的涂料层很薄时金属型的涂料层很薄时v 中间层断面的温差中间层断面的温差与铸件和铸型的温差相比与铸件和铸型的温差相比较显得很小较显得很小. .可以认为可以认为, ,铸铸型内表面温度和铸件表面型内表面温度和铸件表面温度相同温度相同, ,传热过程取决与传热过程取决与铸件和铸型的热物理量铸件和铸型的热物理量. .v非金属铸件在金属型中冷却非金属铸件在金属型中冷却v 这种类型的热交换特点这种类型的热交换特点是是, ,中间层和金属铸型断面上中间层和金属铸型断面上的温差很小的温差很小, ,可以忽略不计可以忽略不计. .传热过程主要取决于非金属传热过程主要取决于非金属铸件本身的热物理性质铸件本身的热物理性质 铸铸件件和和金金属属型型在在K1K11 1， K2K21 1时的温度分布时的温度分布1-1-金属型金属型 2-2-间隙间隙 3-3-铸件铸件 4 4铸件中心铸件中心铸铸件件和和金金属属型型在在K1K11 1，K2K21 1 时的温度分布时的温度分布 对于金属型铸造对于金属型铸造, ,属于第一种情况属于第一种情况. .即金属液及金属型中的温差与间隙的即金属液及金属型中的温差与间隙的温差比可忽略温差比可忽略, ,间隙成为铸件冷却的控制环节间隙成为铸件冷却的控制环节. . 金属型铸造时金属型铸造时, ,型壁与铸件间是有涂料的型壁与铸件间是有涂料的, ,涂料可以认为是间隙的一部分涂料可以认为是间隙