简述金属型的铸造工艺技术在机械制造中的应用
2020-5-12 来源：-- 作者：刘 潇
金属型铸造也称铁型铸造、永久型铸造或硬型铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。金属型铸造指液态金属在重力作用下充填金属铸型并在型中冷却凝固而获得铸件的一种成型方法，是用金属(耐热合金钢，球墨铸铁，耐热铸铁等)制作的铸造用中空铸型模具的现代工艺。铸型是用金属制成，可以反复使用多次(几百次到几千次)。金属到铸造与砂型铸造比较，它在技术上与经济上有许多优点，因此广受业内的普遍重视。
1.金属型铸造概述
金属型铸造可以得到较高的机械性能、较好地再现零件细部的清晰度、较好的尺寸精度、较复杂的铸件结构、较高的生产率和较低的综合生产成本。
金属型铸造既适用于铝合金、镁合金等非铁合金 ,也适用于黑色金属。随着我国产业结构的调整和规模经济的发展,铸铁件金属型铸造得到了迅速发展,从单件发展到大批量的机械化生产,其年产量在2～3万吨,占全国铸铁件产量的10～20%。金属型铸造的应用是随着我国家用电器和汽车工业的发展而逐步扩大的,对于大批量的单一品种铸铁件生产极为适用 ,同时它又符合我国减少污染,降低能耗的要求。
金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件;铸件的重量不可太大;壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。金属型既可采用重力铸造，也可采用压力铸造。金属型的铸型模具能反复多次使用，每浇注一次金属液，就获得一次铸件，寿命很长，生产效率很高。壳型铸造是一种砂型铸造方法，它用人造树脂代替粘土作型砂粘结剂，使型砂具有很高的强度，因而铸型可以制成不用砂箱的薄壁壳型。壳型铸造一般用热固性的酚醛树脂作粘结剂。制壳时用翻斗法或射砂法，在预热过的金属模板上形成一层树脂薄壳。经加热使薄壳硬化后即可从模板上取下型壳。然后由型壳拼合而成壳型，用夹具夹紧或用树脂粘牢即可浇注。而金属型铸造是把金属液浇注到用金属材料做的铸型而获得铸件的铸造方法。由于铸型是由金属材料制成，可反复使用，所以又称它为永久型。由金属型制得的铸件，机械性能，尺寸精度和表面光洁度比型砂铸造铸件高。
金属型的铸件不但尺寸精度好，表面光洁，而且在浇注相同金属液的情况下，其铸件强度要比砂型的更高，更不容易损坏。因此，在大批量生产有色金属的中、小铸件时只要铸件材料的熔点不过高，一般都优先选用金属型铸造。但也有一些不足之处:因为耐热合金钢和在它上面做出中空型腔的加工都比较昂贵，所以金属型的模具费用不菲，不过总体和压铸模具费用比起来则便宜多了。对小批量生产而言，分摊到每件产品上的模具费用明显过高，一般不易接受。又因为金属型的模具受模具材料尺寸和型腔加工设备、铸造设备能力的限制，所以对特别大的铸件也显得无能为力。因而在小批量及大件生产中，很少使用金属型铸造。此外，金属型模具虽然采用了耐热合金钢，但耐热能力仍有限，一般多用于铝合金、锌合金、镁合金的铸造，在铜合金铸造中已较少应用，而用于黑色金属铸造就更少了。
金属型使用寿命长，可“一型多铸”，提高生产率;铸件的晶粒细小、组织致密，力学性能比砂型铸件高约25%;铸件的尺寸精度高、表面质量好;铸造车间无粉尘和有害气体的污染，劳动条件改善。金属型铸造的不足之处是金属型制造周期长、成本高、工艺要求高，且不能生产形状复杂的薄壁铸件，否则易出现浇不足和冷隔等缺陷;受铸型材料的限制，浇注高熔点的铸钢件和铸铁件时，金属型的寿命低。目前金属型铸造主要用于大批量生产形状简单的铝、铜、镁等非铁金属及合金铸件。如铝合金活塞、油泵壳体，铜合金轴瓦、轴套等。
2.金属型铸造的性能特点
铸铁的金属型铸造除了能大批量生产高尺寸精度铸件外,还具有以下的特点:保证铸件的高密度要求,减少铸件缩松的产生,适用于液压件和压缩机件的工况要求,经水压检验很少出现渗漏的情况。由于不采用型砂造型,铸件表面无粘砂,尺寸精度稳定。在生产加工过程中,可提高加工速度,减少加工量,从而满足机械化生产的要求。金属型铸造没有造型和砂处理过程,因此降低了生产成本,缩短了生产周期。金属型铸造工艺，因其灵活性、通用性及较低的成本仍具有特定的优势，占有一定的位置。
金属型铸件的质量和尺寸稳定，尺寸精度较高，表面粗糙度较细。铸件的铸造斜度，加工余量都可相应减小，废品率较低。铸件组织致密度提高，晶粒也较细小，铸件材质的力学性能比砂型铸件高，铸件表面层上形成的组织特致密的铸造硬壳，可提高抗蚀性。铸件上易出现浇不足，冷隔的缺陷，灰铸铁件上易得白口。金属型上可方便地采取较多工艺措施来控制铸件在铸型中的凝固顺序、金属填充的平稳程度，以保证获得优质铸件。铸造生产中可不用砂型或很少量的芯砂，可节省造型材料，相应减少了砂处理和型砂运输设备，很大程度地改善了铸造生产的环境。在中小铸件生产中易于机械化，自动化，使生产效率成倍提高。
金属型铸造与砂型铸造比较，在技术上与经济上有许多优点。金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高;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;铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30%;不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80～100%;此外，金属型铸造的生产效率高;使铸件产生缺陷的原因减少;工序简单，易实现机械化和自动化。金属型的热导率和热容量大，冷却速度快，铸件组织致密，力学性能比砂型铸件高15%左右；能获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度值的铸件，并且质量稳定性好；因不用和很少用砂芯，改善环境、减少粉尘和有害气体、降低劳动强度。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；金属型无退让性，铸件凝固时容易产生裂纹；金属型制造周期较长，成本较高。因此只有在大量成批生产时，才能显示出好的经济效果。应用：金属型铸造既适用于大批量生产形状复杂的铝合金、镁合金等非铁合金铸件，也适合于生产钢铁金属的铸件、铸锭等。
金属型和砂型在性能上有显著的区别，如砂型有透气性，而金属型则没有;砂型的导热性差，金属型的导热性很好，砂型有退让性，而金属型没有等。金属型的这些特点决定了它在铸件形成过程中有自己的规律。型腔内气体状态变化对铸件成型的影响:金属在充填时型腔内的气体必须迅速排出，但金属又无透气性，只要对工艺稍加疏忽，就会给铸件的质量带来不良影响。铸件凝固过程中热交换的特点:金属液一旦进入型腔，就把热量传给金属型壁。液体金属通过型壁散失热量，进行凝固并产生收缩，而型壁在获得热量，升高温度的同时产生膨胀，结果在铸件与型壁之间形成了间隙。在铸件一间隙一金属型系统未到达同一温度之前，可把铸件视为在间"中冷却，而金属型壁则通过间隙被加热。金属型阻碍收缩对铸件的影响:金属型或金属型芯，在铸件凝固过程中无退让性，阻碍铸件收缩，这是它的又一特点。
金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如:金属型制造成本高;金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷;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。因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素:铸件形状和重量大小必须合适;要有足够的批量;完成生产任务的期限许可。
金属型铸件的质量和尺寸稳定，尺寸精度较高，表面粗糙度较细。铸件的铸造斜度，加工余量都可相应减小，废品率较低。铸件组织致密度提高，晶粒也较细小，铸件材质的力学性能比砂型铸件高，铸件表面层上形成的组织特致密的“铸造硬壳”，可提高抗蚀性。铸件上易出现浇不足，冷隔的缺陷，灰铸铁件上易得白口。
金属型上可方便地采取较多工艺措施来控制铸件在铸型中的凝固顺序、金属填充的平稳程度，以保证获得优质铸件。铸造生产中可不用砂型或很少量的芯砂，可节省造型材料，相应减少了砂处理和型砂运输设备，很大程度地改善了铸造生产的环境。在中小铸件生产中易于机械化，自动化，使生产效率成倍提高。液体金属的工艺获得率高。金属型制造成本高，生产准备费时多，不能生产大型铸件，铸件外形不宜太复杂。金属型铸造适用于生产批量大，中小型铸件的生产，特别在铝，镁铸件方面,应用的较为广泛。
3.金属型的铸造工艺
金属型铸造是利用重力将液态金属浇入金属材质的铸型中，并在重力的作用下结晶凝固而形成铸件的一种方法。与砂型相比较，金属型的导热性能要高得多，它能获得很大的温度梯度，使铸件快速冷却。因此，在金属型铸造中，不仅共晶合金，甚至结晶温度间隔较宽的合金，也能得到密实的铸件。同时，冷却速度快，可使铸件晶粒细化，减轻或消除有色合金铸件的针孔。为了得到更大的冷却速度，要求用较低的金属型温度。
金属型在开始工作前,应该先预热,适宜的预热温度(即工作温度),随合金的种类、铸件结构和大小而定,一般通过试验确定。一般情况下,金属型的预热温度不低于150℃。未预热的金属型不能进行浇注。这是因为金属型导热性好/液体金属冷却快，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。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。铜合金用的金属型预热温度为100℃左右。预热温度不可过高，易剥落。金属型及型芯在喷涂料前必须先进行预热，这样金属型喷刷涂料时，水分蒸发迅速，易喷刷均匀，获得粘结牢固的涂料层。可采用电加热、煤气加热等等方式预热。
金属型的预热方法有:用喷灯或煤气火焰预热;采用电阻加热器;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;先将金属型放在炉上烘烤，然后浇注液体金属将金属型烫热。这种方法，只适用于小型铸型，因它要浪费一些金属液，也会降低铸型寿命。
金属型的浇注温度，一般比砂型铸造时高。可根据合金种类、如化学成分、铸件大小和壁厚，通过试验确定。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。在浇注过程中应尽量保证液流平稳。顶注式热分布较合理，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，易进法，铸件高时易冲击型胶底部或型芯。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。
金属型铸造时，合金的浇注温度受下列因素的影响:形状复杂、壁薄的大铸件，浇注温度应高些;形状简单的厚壁铸件或有较大砂芯的铸件，浇注温度应低些;铸型温度:金属型工作温度愈低，则浇注温度应愈高。为了完好地充填铸件的薄断面，提高合金浇注温度比提高铸型温度有更好的效果;浇注速度快时，液态金属在铸型内流动过程中热量损失少，流动性的降低也就少，因而浇注温度可低些。若由于铸件结构的要求，需缓慢浇注时，则应将浇注温度提高;浇注系统:采用顶注式浇注系统时应该用较低的浇注温度;采用底注式浇注系统时，应该用较高的浇注温度，以便合金在温度相当高时到达顶部和冒口中;合金的种类和牌号不同，浇注温度也不同。出型和抽芯时间如果金属型芯在铸件中停留的时间愈长，由于铸件收缩产生的抱紧型芯的力就愈大，因此需要的抽芯力也愈大。金属型芯在镜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。铸件在金属型中停留的时间过长，型壁温度升高，需要更多的冷却时间，也会降低金属型的生产率。最合适的拔芯与铸件出型时间，一般用试验方法确定。
金属型在喷涂料及浇注之前，要均匀地加热到工作温度或接近工作温度，并且在工作过程中要保持选定的温度范围，这样才能得到内部质量和外形尺寸稳定的铸件。确定金属型的工作温度时，选择过高或过低的温度都会带来一些不良后果。
金属型温度过低时，浇入型腔的液态金属会迅速降低流动性，使铸件容易产生冷隔、浇不足、裂纹、气孔和轮廓不清晰等缺陷;型腔表面受到液态金属的强烈加热，型壁内外温差大，金属型容易开裂损坏;冷的金属型上往往凝结有水汽，浇入液态金属时会引起喷溅或爆炸;有些会破坏顺序凝固的条件，这时单靠涂料调整是不行的。金属型温度过高时，会出现铸件结晶组织变粗，对于有色合金，还容易产生针孔和缩松;延长铸件冷却时间，降低生产率;金属型温度过高时，强度和刚度低，容易产生扭曲变形，导致过早损坏。同时，也容易和浇注合金发生熔焊现象。金属型工作温度取决于浇注合金的种类和牌号、铸件的结构形状、尺寸大小和壁厚，同时也和合金的浇注温度有关。
要保证金属型铸件的质量稳定，生产正常，首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。所以每浇一次，就需要将金属型打开，停放一段时间，待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，因此常用强制冷却的方法。
冷却的方式一般有以下几种:风冷即在金属型外围吹风冷却，强化对流散热。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制造，成本低但冷却效果不十分理想；间接水冷是在金属型背面或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，适于浇注铜件或可锻铸铁件。但对浇注薄壁灰铁铸件或球铁铸件，激烈冷却，会增加铸件的缺陷；直接水冷在金属型的背面或局部直接制出水套，在水套内通水进行冷却，这主要用于浇注钢件或其它合金铸件，铸型要求强烈冷却的部位。因其成本较高，只适用于大批量生产。如果铸件壁厚薄悬殊，在采用金属型生产时，也常在金属型的一部分采用加温，另一部分采用冷却的方法来调节型壁的温度分布。
液态金属浇入金属型的型腔后，由于型壁的直接导热，金属液会很快冷却凝结成一层硬壳，以后的散热要通过硬壳与型壁间所形成的空隙。在金属型中铸造厚大铸件时浇入型腔中的金属液在充满型腔的一定时间后才开始凝固，特别是在金属型预热温度高和有大的砂芯时，更是如此，这些因素减缓了铸件的散热。所以，浇注厚大铸件时，应采用较低的金属型温度和浇注温度。在金属型中成形较小的薄壁铸件时，金属液凝固很快，许多情况下，几乎在浇注完毕时，铸件的凝固也同时完成。对大而壁薄的铸件，为了完全充满型腔，获得轮廓清晰的铸件，要有较高的金属型温度和浇注温度。同时，还必须在型腔表面喷刷隔热涂料。此外，提高浇注温度能改善铸件的补缩条件，因为这样能使金属液容易进入已被型壁冷却的下层金属中。采用底注式时，要求金属液有更高的温度，以提高充型能力。
但浇注温度也不能太高，温度太高时，会增大铸件的收缩量，降低力学性能。金属型铸造中，铸件产生裂纹的可能性比砂型要大得多，因为金属型和金属芯没有退让性，阻碍铸件收缩。另外，铸件凝固不均匀也是产生裂纹的重要原因。如果能使铸件变形在较高的温度下进行，这时合金的塑性足够大，裂纹将不会产生。所以，确定温度规范时，应尽量使合金由塑性转变到弹性状态的过程中，铸件各部分的温差减到最小，并且尽量减小在合金结晶期间浇注的合金和金属型型壁之间的温度差，这就要求铸型温度较高，而浇注温度较低。
金属型铸造时生产量一般都很大，要求同一金属型成形的铸件质量应该是一致。为此，要求金属型的工艺规范保持稳定。浇注温度可以由保温炉控制，因此，金属型的工作温度就成了影响热规范稳定性的主要因素。在一个浇注周期中，要想让金属型温度始终保持不变是不可能的，但要求在每次浇注时，金属型温度能稳定在所选择的温度范围内。在生产过程中，从升温到降温保持金属型的热平衡规律不变，才能保证铸造出来的铸件内、外部质量稳定。
4.金属型铸造的涂料
金属型铸造时为控制铸件凝固过程,保证铸件质量,延长金属型寿命,在金属型工作面上常涂一层涂料。对涂料要求的重要性能之一就是它的导热性能。由于金属型用涂料种类繁多、组成复杂,涂复工艺对涂料层结构的影响又大,所以金属型涂料导热性能的测定方法较复杂。
一般金属型铸造用涂料由多种混合料组合而成。而同一铸件,金属型型腔不同部位,有时采用不同成份的涂料,由于涂料种类繁多,使得工艺复杂,操作难度增加。例如铝合金铸件常因涂料喷涂不当,往往产生疏松缺陷,尤其对于耐压铸件,轻微“发白”也会漏气而报废。
在金属型铸造中，涂料技术是个关键因素，其质量直接影响模具寿命、铸件质量以及生产率等问题。在金属型铸造过程中常需在金属型的工作表面喷刷涂料。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。
金属型铸造涂料的基本作用为：保护金属模具，延长模具寿命，利于铸件脱模，防止粘结和氧化物堆积，控制由铸造合金向金属模具传递的热流，改善铸件表面粗糙度。由于生产质量优良的铸件需要控制铸造合金充填金属型腔和在金属型腔内凝固的全过程，因此金属型涂层的重要的功能无疑是使金属型具有绝热层，并控制热流由铸造铸造合金向金属型腔内的传递。在金属型铸造过程中，常需在金属型的工作表面喷刷涂料。将金属型表面涂刷后的涂膜称为涂料层。向金属型表面涂刷涂料称为上涂料。实验研究表明：耐火材料既硅藻土、粘结剂、悬浮剂，对涂料的各项性能均有着重要的影响；铸造各工艺参数，模具温度、涂料粘度、涂层厚度等工艺参数是保证涂料能否正常发挥其效果的重要保障；此外涂料的制备工艺是否恰当，直接关系着涂料的流变性能和悬浮性，这与铸件的表面质量密切相关。
对于金属型铸造,涂料直接影响铸件表面质量和尺寸精度。在金属型挤压铸造中喷涂涂料是一个十分重要的环节,涂料的质量能够直接影响到铸件的表面光洁度、脱模性、模具的使用寿命以及产品的成品率等问题。涂料的制备工艺对涂料的各项性能都有一定的影响,其中碾压法制备的涂料性能最优而且性能稳定。通过最佳的制备工艺制备涂料,并对其悬浮性、发气性、表面强度、流变性、流平性等性能进行测试,根据测试结果研究制备工艺以及原材料各成分对涂料各项性能的影响,优化涂料的组成配比;通过浇铸试验来验证涂料的使用性能,从而优化、改良涂料配比,使其满足铸造生产中的使用要求。根据不同合金，涂料可能有多种配方，涂料基本由三类物质组成: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)。涂料应有一定粘度，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等。基础涂料刷一次可经受数十次或数百次的使用；而工作涂料则每次浇注都进行涂刷，因此涂刷要方便。此外，好上涂料时的金属型温度、涂料条件等因素不影响涂料性质。
金属型复砂造型是目前铸造行业上的一项新工艺,并在不断发展应用。这项新工艺对铸钢、铸铁能获得精度较高,光洁度较好的铸件。特别对铸造球墨铸铁更显出它的优越性,由于铸型刚度高、冷却速度快,可以不用冒口浇注出致密完整的铸件。金属型复砂铸造法是在金属母型和金属型板间的空隙中射入热固性树脂砂,使金属型型腔的内壁复有4～8毫米厚的一层坚硬的壳型而命名的,它具有金属型和壳型铸造法的特点。金属型复砂生产球墨铸铁零件具有优质、高产、低消耗等许多优点。涂料虽然可以降低铸件在金属型中的冷却速度，但采用刷涂料的金属型生产球墨铸铁件(例如曲轴)，仍有一定困难，因为铸件的冷速仍然过大，铸件易出现白口。若采用砂型，铸件冷速虽低，但在热节处又易产生缩松或缩孔，在金属型表面复以4～8mm的砂层，就能铸出满意的球墨铸铁件。
复砂层有效地调节了铸件的冷却速度，一方面使铸铁体不出白口，另一方面又使冷速大于砂型铸造。金属型无溃散性，但很薄的复砂却能适当减少铸件的收缩阻力。此外金属型具有良好的刚性，有效地限制球铁石墨化膨胀，实现了无冒口铸造，消除疏松，提高了铸件的致密度。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180～200℃之间。复砂金属型可用于生产球铁，灰铁或铸钢件，其技术效果显著。
5.金属型铸造的工艺设计
铸铁是金属型最常用的材料。其加工性能好，价廉，一般工厂均能自制，并且它又耐热、耐磨，是一种较合适的金属型材料。只是在要求高时，才使用碳钢和低合金钢。采用铝合金制造金属型，铝型表面可进行阳极氧化处理，而获得一层氧化膜，其熔点和硬度都较高，而且耐热、耐磨。据报导这种铝金属型，如采用水冷措施，它不仅可铸造铝件和铜件，同样也可用来浇注黑色金属铸件。金属型既可采用重力铸造,也可采用压力铸造。金属型的铸型模具能反复多次使用,每浇注一次金属液,就获得一次铸件,寿命很长,生产效率很高.金属型的铸件不但尺寸精度好,表面光洁,而且在浇注相同金属液的情况下,其铸件强度要比砂型的更高,更不容易损坏。因此,在大批量生产有色金属的中、小铸件时,只要铸件材料的熔点不过高,一般都优先选用金属型铸造.但金属型铸造也有一些不足之处:因为耐热合金钢和在它上面做出中空型腔的加工都比较昂贵,所以金属型的模具费用不菲,不过总体和压铸模具费用比起来则便宜多了。对小批量生产而言,分摊到每件产品上的模具费用明显过高,一般不易接受。又因为金属型的模具受模具材料尺寸和型腔加工设备、铸造设备能力的限制,所以对特别大的铸件也显得无能为力.因而在小批量及大件生产中,很少使用金属型铸造。此外,金属型模具虽然采用了耐热合金钢,但耐热能力仍有限,一般多用于铝合金、锌合金、镁合金的铸造,在铜合金铸造中已较少应用,而用于黑色金属铸造就更少了。
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消除残余应力;金属型材料的晶粒要细小。铸件工艺图绘制之后，就可进行金属型设计。设计内容主要包括确定金属型的结构、尺寸、型芯、排气系统和顶杆机构等。对设计的金属型应力求结构简单，加工方便，选材合理，安全可靠。.金属型的结构形式 金属型的结构取决于铸件形状、尺寸大小；分型面数量；合金种类和生产批量等条件。
设计金属型铸造铸件结构时，除应遵循砂型铸造铸件结构工艺性的一些要求和原则外，还应注意以下一些事项：由于铸件在金属型中冷却凝固得比砂型中快，金属型又无容让性，因此在金属型铸造时，铸件中产生的铸造应力比砂型铸件要大，裂纹倾向性也大，还容易产生浇不足、冷隔、白口(对于铸铁件)等缺陷。故在设计金属型铸造铸件结构时，应着重考虑的就是如何防止这些铸造缺陷。通常在防止金属型铸造铸件产生裂纹方面应注意以下结构问题：在壁厚均匀、壁间过渡与连接要缓和、转角处圆角适当等各方面的要求应比砂型铸造铸件更严格一些；应将垂直相连的壁改为倾斜相连；对于结构上比较薄弱的部分应设肋、凸台等予以加强，以防铸造裂纹；应尽量减少有阻碍铸件自由收缩的凸台、肋、凸缘等突出部分；在铸件上布置加强肋时，还应考虑到它对铸件收缩的影响。
根据金属型铸造工艺的一些特点，为了保证铸件质量，简化金属型结构，充分发挥它的技术经济效益，首先必须对铸件的结构进行分析，并制订合理的铸件工艺。金属型铸造结构工艺性的好坏，是保证铸件质量，发挥金属型铸造优点的先决条件。
在设计金属型时就必须有排气设施，其排气的方式有以下几种：利用分型面或型腔零件的组合面的间隙进行排气；开排气槽即在分型面或型腔零件的组合面上，芯座或顶杆表面上做排气槽；设排气孔。排气孔一般开设在金属型的最高处；排气塞是金属型常用的排气设施 从金属型的破坏原因分析可以看到，制造金属型的材料，应满足下列要求：耐热性和导热性好，反复受热时不变形，不破坏；应具有一定的强度、韧性及耐磨性，机械加工性好。
在金属型型腔结构良好的基础上，浇注系统设计的正确与否，对铸件的质量及工艺出品率将产生重要的影响。铸件的浇注位置直接关系到型芯和分型面的数量、液体金属的导入位置，冒口的补缩效果，排气的通畅程度以及金属型的复杂程度等。合理的铸造构应遵循铸造结构不应阻碍出型，妨碍收缩;厚差不能太大，以免造成各部分温差悬殊，从而引起铸件缩裂和缩松;限制金属型铸件的最小壁厚。另外，对铸件非加工面的精度和光洁度应要求适当。
在复杂的金属型铸造中，有时会因砂芯组合时间过长，使铸型不能维持必要的温度，或者因型壁太厚或太薄而影响热平衡，降低铸件质量。金属型良好的热平衡对保证批生产中铸件冶金质量的稳定具有十分重要的意义。选择浇注位置应保证金属液在充型时流功平稳，排气方便，避免液流卷气和金属被氧化;有利于顺序凝固,补缩良好，以保证获得组织致密的铸件;型芯数目应尽量减少，安放方便、稳定、而且易于出型;有利于金属型结构简化，铸件出型方便等。浇注系统的设计原则如下:铸型内热分布合理，便于定向凝固，使铸件得到充分补缩；浇注系统应尽量缩短，简单而又不失其功能完整性；金属液经浇注系统应平稳地注入型腔，不应有冲击、涡流、飞溅，有效阻止金属液的二次氧化；在浇注过程中应利于型腔排气和撇渣在确保质量的前提下，最大限度地提高工艺出品率并为铸件的清理工序创造有利条件；应是开放式浇注系统。为简化金属型结构提高稿件精度，对形状教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。
铸件分型面形式一般有垂直、水平和综合分类(垂直、水平混合分型或曲面分型)三种。按分型面位置，金属型结构有以下形式：整体金属型铸型无分型面，结构简单，但它只适用于形状简单，无分型面的铸件；水平分型金属型适用于薄壁轮状铸件。垂直分型金属型这类金属型便于开设浇冒口和排气系统，开合型方便，容易实现机械化生产；多用于生产简单的小铸件；综合分型金属型由两个或两个以上的分型面组成，甚至由活块组成，一般用于复杂铸件的生产。操作方便，生产中广泛采用。在防止金属型铸造铸件产生浇不足、冷隔等方面应注意铸件壁厚要适当不能过薄，特别是当铸件轮廓尺寸较大时更不能过薄；应避免大的水平面，因为它使得铸件在浇注时，金属液上升得很慢，与空气接触的面大易氧化，同时由于金属型散热快，金属液很快失去流动性，易造成浇不足、冷隔、夹渣等缺陷；铸件的外形应尽量具有流线形，避免尖棱角与急剧变化的连接等结构形状，以利于金属液的流动。
在设计形状较复杂的金属型铸造铸件时，如果生产工艺有较大的困难，应在不影响铸件使用条件下，尽量使铸件外形简单，结构改变，以便于从金属型中取出铸件。在设计金属型铸造铸件的基本结构单元及其参数选定时，通常由于金属型散热快，因此金属型铸造铸件的最小壁厚应比砂型铸造铸件的要大一些，各种铸造合金、不同大小的金属型铸造铸件的最小壁厚；铸件内壁和内助的厚度一般应取相连外壁厚度的0.6～0.7，否则由于内壁(肋)冷得慢，在铸件收缩时易在内外壁交接处产生裂纹；为防止灰铸铁件产生白口，除从工艺上釆取措施外，必须使其壁厚不能过薄(有些资料指出，壁厚在15mm以上时，用金属型铸造灰铸件就不容易产生白口组织)，此外更应避免尖角、尖棱的结构；为防止裂纹、白口，金属型铸造铸件的转角处都必须采用圆角，对于铝合金、镁合金金属型铸造铸件的铸造圆角不应小于3～4mm，对于铸铁、铸钢、铜合金金属型铸造铸件的铸造圆角；由于金属型和芯无容让性，为便于取出铸件和抽出型，金属型铸造铸件的铸造斜度应比砂型铸造铸件的适当大一些，一般应大30～50%，应该指出：铸造斜度大小除与合金种类、壁的高度有关外，还与铸件表面的位置有关，凡在铸件冷却收缩时与金属型表面有脱离倾向的铸件表面可设计较小的斜度，而在铸件收缩时趋向于压紧在金属型上的铸件表面应给予较大的斜度，各种合金的金属型铸造铸件的铸造斜度；在金属型铸造铸件上能铸出的最小铸孔直径。
6.结束语
总之，金属型铸造作为一种制造工艺已有多年。近年来,随着节约能源和保持清洁环境的趋向加速了金属型铸造的发展,特别是用于铝合金铸件。金属型铸造可以得到较高的机械性能、较好地再现零件细部的清晰度、较好的尺寸精度、较复杂的铸件结构、较高的生产率和较低的综合生产成本。因此,许多砂型铸件、特别是机械车辆零件,现在都改用金属型铸造就不足为奇了。成功的金属型铸造包括四个关键因素:正确的熔化操作,正确地准备铸型,正确地选定和实施浇注方案,以及铸型的合理设补。在铸造作业中必须完全体现这些因素,没有一个因素能解决其它因素中所存在的问题。特别是铸型涂料不能完全克服共它方面的缺陷。正确的熔化作业包括炉料与熔化过程的控制以及金属的处理,以便生产良好的金属。控制晶粒大小和铝一硅合金中的第二相组织,可以提高金属型铸件的质量。
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