金 属 模 重 力 铸 造 法

金 属 模 重 力 铸 造 法 CRAVITY DIE CASTING PROCESS 1.1 概要 靠重力往金属模里浇铸熔汤的铸造方法,通常称为金属模重力铸造法(GRAVITY DIE CASTING PROCESS)。同样，用砂型的重力铸造法也是普遍的，但用的是砂型，而金 属模重力铸造法所用的模具是金属的，可以反复使用，很方便。因此，作为一种利用熔 汤温度较低的轻合金来铸造，这比砂型铸造更普遍。利用使熔汤急速冷却的方法，可以 获得组织致密的高品质铸件。但，由于采用的是金属模具，其铸造、排气对策、涂 型方法及模具温度的调整等方面与砂型铸造法有很大差异。 1.1表示了金属模具铸造法与砂型铸造法比较，其优点和缺点。 表 1.1 优 点 缺 点 1)模具可反复使用，不用每一个铸件铸造 1)模具制造成本高。 前先造型。 2)铸件形状有变化，模具要变更，费时，成2)铸件尺寸精度高，质量稳定。 本高。 3)由于是采用金属模铸造，提高了铸件的机3)对铸件体积有限制。 械性能。 4)模具温度管理不好，铸件质量不稳定。 4)由于不需要单件造型，作业面积减少。 5)不要砂处理设备。 6)作业环境好。 1.2 铸造方案 1.2.1铸造方案的基本型 铸造方案必须这样设计:注汤时，通常汤口要注满，不能产生熔汤的乱流，熔汤流动要静，并迅速地注入模具型腔。为此，注汤口要设计成容易注汤的宽大形式，汤口若开在下下方，其断面积要小，并设计有斜度，使熔汤流动不乱，进入模具型腔的熔汤能调速。 图1.1列出了铸造方案的基本型。实际的方案设计要符合基本行的，选择和合并基本型，对汤道、汤口位置 、数量、大小、形状等都需要充分考虑后在决定。 (1)A方案 此方案称为下注方案、底注方案或顶上方案，熔汤是从铸件底部注入。 此方案的汤口断面设计成锥形，这样，空气不容易卷入，流速能调整。但是，由于熔汤由一处流入，模具的汤口附近和型芯的温度上升，容易产生缩孔。 (2)B方案 此方案称为垂直坝方案、仿垂直坝等，为了防止A方案的缺陷，把垂直坝在铸件侧面扩大。 随着熔汤向模具内充填，由于熔汤是从高位置流入，可以在冒口附近，将温度高的熔汤 补充进去。 (3)C方案 此方案与B方案相同，称为垂直坝、仿垂直坝等。此方案是熔汤由底部流入，依次凝固，在流入铸件型腔前，其流速可以做到很缓慢。此例如图1.1所示。 熔汤一旦流入断面积较大的顶汤部分，其流速将变得缓慢，此过程生成的氧化物大部分在顶汤部分，铸件的质量较好。采用如1.1(e)那样的汤口形状，可以减速，具有防止氧化物生成的效果。图1.1( f )所示的方案,熔汤乱流最小,是获得没有缩孔健全铸件的良好铸造方案。靠平滑弯曲的汤口减速的熔汤，一旦注满汤口底部宽敞的部位，紧接着流入没有阻力的汤道，这期间生成的氧化物大部分在熔汤的前端，留在汤道前端，之后注入的清洁熔汤，经汤坝顶入模具型腔。而后由于铸件形状扰乱熔汤流动产生的氧化物,浮在冒口里. (4) D方案 此方案称为上注方案、落入方案等。如图1.1(g)所示，采用汤口兼用的冒口，这种方案在实际应用中多有采用。 采用此方案，平稳注汤是很困难的，为此，如1.1(h)所示，采用与倾注法并用的方案为宜。这样做可以使温度高的熔汤向上部补充，容易产生指向性凝固，铸件的密度显著提高，需加工的部分变少，比较经济。 (5) 冒口 金属模重力铸造，铸件的冒口是为了补充金属液不可缺少的，与出气孔没有区别，冒口与出气孔兼用，采用这种方法也是很多的。冒口分为开放冒口和闭锁冒口(暗冒口)，冒口的位置，根据铸件的结构特征来决定，在铸件厚壁部设置为多，由于冒口是供铸件冷却收缩所需金属液补充而设，所以冒口需要最后凝固，为此，也有在冒口上设计坝的做法。 在冒口的内表面，为了保温，通常采用保温材料，另外为了让冒口最后凝固，也有将冒口设计在型芯里，或在冒口周围安装电热管来提高冒口温度。冒口的重量显著增加，往往是铸件的60%~100%。 1.2.2为了指向性凝固设计产品 为了做成没有气孔、缩孔的健全的铸件，制定具有指向性凝固的模具方案，这是最重要的，当然，同时设计容易产生指向性凝固的产品形状，也是很重要的。 设计容易产生指向性凝固的产品形状，要注意以下事项。 (1) 断面形状朝向冒口侧，为增加壁厚设计斜度。 (2) 避免在薄断面夹厚断面。 1.3 模具的设计 在这里不谈铸造方案，就模具分型和其他事项做一概括叙述。 1.3.1 模具的分型 模具的分型，原则上在产品形状面积最大，又可以脱模的部位分型，具体要讨论的项目有如下几点。 (1)分型面为曲面，模具加工复杂化，不仅加工工序增加，而且铸造时由于模具温度上升，模具热膨胀而变形，模具的贴实性变差，铸件飞边增加，铸件尺寸精度变差，这是需要尽量避免的。 (2) 根据飞边发的方向，去飞边作业的效率将受到影响，这一点在考虑模具分型 时要充分注意。 (3)在加工基准面分型,由于模具错位、模具斜度、铸件飞边等原因将发生基准面的误差，其结果，机加工后就要发生尺寸误差，这种情况必须避免。基准尽量设置在一块模型上，不许设置在分型面上。 (4)向模具内充满金属液的时候，金属液内的气体跑不出来，残留在金属液中而产生 背压，在做分型方案时要考虑这部分气体的排气问题。 (5) 在模具使用中磨耗频度比较多的部分分型，也是有必要的。 1.3.2 其他的讨论事项如表1.3所示. 1.4 模具的温度控制 模具的温控条件有两条,分为冷却和加热。 铸造小的铸件一般采用自然冷却，从模具内比向外自然热传导。另外，为了加大热的传导量，在模具的外面，设计散热片或冷却销，增加散热面积。 强制冷却是用压缩空气吹，或采用水冷却。 模具的加热和保温，是靠金属液的温度和强制加热获得，在冒口部位，由于温度高，采用断热材料，或采用加大模具局部壁厚和中子嵌件来实现。强制加热是采用燃气加热器或在模具里安装电加热器。 1.5 模具材料 模具由于受反复热冲击和受金属液侵蚀