金屬型鑄造（一）
金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復(fù)使用多次（幾百次到幾千次）。
寧波精密鑄造廠惠政特鋼認(rèn)為金屬到鑄造與砂型鑄造比較：在技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點(diǎn)。
（1）金屬型生產(chǎn)的鑄件，其機(jī)械性能比砂型鑄件高。同樣合金，其抗拉強(qiáng)度平均可提高約25％，屈服強(qiáng)度平均提高約20％，其抗蝕性能和硬度亦顯著提高；
（2）鑄件的精度和表面光潔度比砂型鑄件高，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定;
（3）鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15～30％；
（4）不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80～100％；
此外，金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高；使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少；工序簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。金屬型鑄造雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有不足之處。如：
(1) 金屬型制造成本高；
(2) 金屬型不透氣，而且無(wú)退讓性，易造成鑄件洗不足、開(kāi)裂或鑄鐵件白日等缺陷;
(3) 金屬型鑄造時(shí)，鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度，鑄件在鑄型中停留的時(shí)間，以及所用的涂料等，對(duì)鑄件的質(zhì)量的影響甚為敏感，需要嚴(yán)格控制。
金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，如對(duì)黑色金屬只能是形狀簡(jiǎn)單的鑄件；鑄件的重量不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無(wú)法鑄出。因此，在決定采用金屬型鑄造時(shí)，必須綜合考慮下列各因素：鑄件形狀和重量大小必須合適；要有足夠的批量；完成生產(chǎn)任務(wù)的期限許可。
金屬型鑄件形成過(guò)程的特點(diǎn)
金屬型和砂型，在性能上有顯著的區(qū)別，如砂型有透氣性，而金屬型則沒(méi)有；砂型的導(dǎo)熱性差，金屬型的導(dǎo)熱性很好，砂型有退讓性，而金屬型沒(méi)有等。金屬型的這些特點(diǎn)決定了它在鑄件形成過(guò)程中有自己的規(guī)律。
型腔內(nèi)氣體狀態(tài)變化對(duì)鑄件成型的影響：金屬在充填時(shí)，型腔內(nèi)的氣體必須迅速排出，但金屬又無(wú)透氣性，只要對(duì)工藝稍加疏忽，就會(huì)給鑄件的質(zhì)量帶來(lái)不良影響。
鑄件凝固過(guò)程中熱交換的特點(diǎn)：金屬液一旦進(jìn)入型腔，就把熱量傳給金屬型壁。液體金屬通過(guò)型壁散失熱量，進(jìn)行凝固并產(chǎn)生收縮，而型壁在獲得熱量，升高溫度的同時(shí)產(chǎn)生膨脹，結(jié)果在鑄件與型壁之間形成了“間隙”。在“鑄件一間隙一金屬型”系統(tǒng)未到達(dá)同一溫度之前，可以把鑄件視為在“間隙”中冷卻，而金屬型壁則通過(guò)“間隙”被加熱。
金屬型阻礙收縮對(duì)鑄件的影響：金屬型或金屬型芯，在鑄件凝固過(guò)程中無(wú)退讓性，阻礙鑄件收縮，這是它的又一特點(diǎn)。
金屬型鑄造工藝
1金屬到的預(yù)熱
未預(yù)熱的金屬型不能進(jìn)行澆注。這是因?yàn)榻饘傩蛯?dǎo)熱性好／液體金屬冷卻決，流動(dòng)性劇烈降低，容易使鑄件出現(xiàn)冷隔、澆不足夾雜、氣孔等缺陷。未預(yù)熱的金屬型在澆注時(shí)，鑄型，將受到強(qiáng)烈的熱擊，應(yīng)力倍增，使其極易破壞。因此，金屬型在開(kāi)始工作前，應(yīng)該先預(yù)熱，適宜的預(yù)熱溫度（即工作溫度），隨合金的種類、鑄件結(jié)構(gòu)和大小而定，一般通過(guò)試驗(yàn)確定。一般情況下，金屬型的預(yù)熱溫度不低于1500C。
金屬型的預(yù)熱方法有：
（1）用噴燈或煤氣火焰預(yù)熱；（2）采用電阻加熱器；（3）采用烘箱加熱，其優(yōu)點(diǎn)是溫度均勻，但只適用于小件的金屬型；（4）先將金屬型放在爐上烘烤，然后澆注液體金屬將金屬型燙熱。這種方法，只適用于小型鑄型，因它要浪費(fèi)一些金屬液，也會(huì)降低鑄型壽命。
2金屬型的澆注
金屬型的澆注溫度，一般比砂型鑄造時(shí)高�？筛鶕�(jù)合金種類、如化學(xué)成分、鑄件大小和壁厚，通過(guò)試驗(yàn)確定。下表中數(shù)據(jù)可供參考。
各種合金的澆注溫度
合金種類 澆注溫度℃ 合金種類 澆注溫度℃
鋁錫合金 350～450 黃銅 900～950
鋅合金 450～480 錫青銅 1100～1150
鋁合金 680～740 鋁青銅 1150～1300
鎂合金 715～740 鑄鐵 1300～1370
由于金屬型的激冷和不透氣，澆注速度應(yīng)做到先慢，后快，再慢。在澆注過(guò)程中應(yīng)盡量保證液流平穩(wěn)。
3鑄件的出型和抽芯時(shí)間
如果金屬型芯在鑄件中停留的時(shí)間愈長(zhǎng)，由于鑄件收縮產(chǎn)生的抱緊型芯的力就愈大，因此需要的抽芯力也愈大。金屬型芯在鏡件中最適宜的停留時(shí)間，是當(dāng)鑄件冷卻到塑性變形溫度范圍，并有足夠的強(qiáng)度時(shí)，這時(shí)是抽芯最好的時(shí)機(jī)。鑄件在金屬型中停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，型壁溫度升高，需要更多的冷卻時(shí)間，也會(huì)降低金屬型的生產(chǎn)率。
最合適的拔芯與鑄件出型時(shí)間，一般用試驗(yàn)方法確定。
4金屬型工作溫度的調(diào)節(jié)
要保證金屬型鑄件的質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)正常，首先要使金屬型在生產(chǎn)過(guò)程中溫度變化恒定。所以每澆一次，就需要將金屬型打開(kāi)，停放一段時(shí)間，待冷至規(guī)定溫度時(shí)再澆。如靠自然冷卻，需要時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)降低生產(chǎn)率，因此常用強(qiáng)制冷卻的方法。冷卻的方式一般有以下幾種：
（1）風(fēng)冷：即在金屬型外圍吹風(fēng)冷卻，強(qiáng)化對(duì)流散熱。風(fēng)冷方式的金屬型，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，成本低，但冷卻效果不十分理想。
（2）間接水冷：在金屬型背面或某一局部，鑲鑄水套，其冷卻效果比風(fēng)冷好，適于澆注銅件或可鍛鑄鐵件。但對(duì)澆注薄壁灰鐵鑄件或球鐵鑄件，激烈冷卻，會(huì)增加鑄件的缺陷。
（3）直接水冷：在金屬型的背面或局部直接制出水套，在水套內(nèi)通水進(jìn)行冷卻，這主要用于澆注鋼件或其它合金鑄件，鑄型要求強(qiáng)烈冷卻的部位。因其成本較高，只適用于大批量生產(chǎn)。
如果鑄件壁厚薄懸殊，在采用金屬型生產(chǎn)時(shí)，也常在金屬型的一部分采用加溫，另一部分采用冷卻的方法來(lái)調(diào)節(jié)型壁的溫度分布。
5金屬型的涂料
在金屬型鑄造過(guò)程中，常需在金屬型的工作表面噴刷涂料。涂料的作用是：調(diào)節(jié)鑄件的冷卻速度；保護(hù)金屬型，防止高溫金屬液對(duì)型壁的沖蝕和熱擊；利用涂料層蓄氣排氣。
根據(jù)不同合金，涂料可能有多種配方，涂料基本由三類物質(zhì)組成：1．粉狀耐火材料（如氧化鋅，滑石粉，鋯砂粉、硅藻土粉等）；2．粘結(jié)劑（常用水玻璃，糖漿或紙漿廢液等）；3．溶劑（水）。具體配方可參考有關(guān)手冊(cè)。
涂料應(yīng)符合下列技術(shù)要求：要有一定粘度，便于噴涂，在金屬型表面上能形成均勻的薄層；涂料干后不發(fā)生龜裂或脫落，且易于清除；具有高的耐火度；高溫時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大量氣體；不與合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（特殊要求者除外）等。
6復(fù)砂金屬型(鐵模復(fù)砂)
涂料雖然可以降低鑄件在金屬型中的冷卻速度，但采用刷涂料的金屬型生產(chǎn)球墨鑄鐵件（例如曲軸），仍有一定困難，因?yàn)殍T件的冷速仍然過(guò)大，鑄件易出現(xiàn)白口。若采用砂型，鑄件冷速雖低，但在熱節(jié)處又易產(chǎn)生縮松或縮孔，在金屬型表面復(fù)以4－8mm的砂層，就能鑄出滿意的球墨鑄鐵件。
復(fù)砂層有效地調(diào)節(jié)了鑄件的冷卻速度，一方面使鑄鐵體不出白口，另一方面又使冷速大于砂型鑄造。金屬型無(wú)潰散性，但很薄的復(fù)砂卻能適當(dāng)減少鑄件的收縮阻力。此外金屬型具有良好的剛性，有效地限制球鐵石墨化膨脹，實(shí)現(xiàn)了無(wú)冒口鑄造，消除疏松，提高了鑄件的致密度。如金屬型的復(fù)砂層為樹(shù)脂砂，一般可用射砂工藝復(fù)砂，金屬型的溫度要求在180～200℃之間。復(fù)砂金屬型可用于生產(chǎn)球鐵，灰鐵或鑄鋼件，其技術(shù)效果顯著。
7 金屬型的壽命
提高金屬型壽命的途徑為：
1．選用導(dǎo)熱系數(shù)大，熱膨脹系數(shù)小，而且強(qiáng)度較高的材料制造金屬型；
2．合理的涂料工藝，嚴(yán)格遵守工藝規(guī)范；
3．金屬型結(jié)構(gòu)合理，制造毛坯過(guò)程中應(yīng)注意消除殘余應(yīng)力；
4．金屬型材料的晶粒要細(xì)小。