3.1金属型结构设计
3.1.1金属型型体设计
(1)金属型壁厚:金属型壁厚主要影响铸型的重量、强度及铸件的冷却速度。型壁太厚，增加了铸型重量，加快了铸件冷却速度。型壁太薄，由于温度不均匀而产生应力使其变形，缩小使用寿命。
金属型的壁厚与铸件壁厚、铸件材料、铸型外廓尺寸及毛胚加工方法有关，也与金属型本身的材质有关，必须综合考虑各种影响因素来确定不同条件下最合适的金属型壁厚。如下表:(铝合金铸件用金属型壁厚单位㎜)
铸件壁厚 | 金属型壁厚 |
<10 | 15-20 |
>10-15 | 20-25 |
>15-30 | 25-30 |
>30 | (0.8-1.2) |
(2)型腔尺寸计算:型腔尺寸是决定铸件尺寸精度的主要因素。金属型型腔尺寸的计算，除根据铸件尺寸和公差外，还应考虑合金的收缩、涂料厚度、金属型加温后的膨胀以及金属型各部分的间隙等。
1)型腔尺寸可用如下公式计算
式中-型腔尺寸(㎜)
-铸件尺寸的中间值(㎜)
-综合线收缩率(%)
-涂料厚度(㎜)
-铸件尺寸制造(㎜)
2)铸件的中间值可以按以下公式计算
=
式中-铸件的最小极限尺寸(㎜)
-铸件尺寸公差
3)综合线收缩率包括铸件收缩和金属型膨胀。一般大型薄壁铸件取下限，小型铸件为了计算方便，通常取1%
合金 | 无阻收缩(%) | 部分受阻收缩(%) | 全受阻收缩(%) |
铝合金 | 0.9-1.2 | 0.7-0.9 | 0.5-0.7 |
镁合金 | 1.0-1.2 | 0.8-1.0 | 0.6-0.8 |
4)涂料厚度一般情况下每边为0.1-0.3㎜，型腔凹处取正值，凸处取负值，中心距L处等于零。
(3)其它尺寸的确定
1)型腔表面至金属型边缘的距离不小于20㎜。
2)一型多件的铸型，铸件与铸件间的距离，小件不小于10㎜，一般铸件不小于30㎜。
3)定位销孔表面至铸型边缘的距离不小于10㎜
4)直浇道至铸件间的距离一般取10-25㎜，内浇道长度一般取8-12㎜，直浇道高度应比铸件顶部高出40-60㎜
5)为了开型方便，一般在金属型的分型面上设计撬开金属型的槽子。
(4)砂芯头与金属芯座配合间隙
D或 | ||||
0.15 | 0.25 | 0.5 | 1.0 | |
0.15 | 0.25 | 0.5 | 1.0 | |
0.25 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | |
- | 1.0 | 1.0 | 1.5 | |
- | 1.5 | 1.5 | 2.0 | |
3.1.2金属型的排气系统
由于金属型本身不透气，因此型腔的排气问题必须足够重视，否则会造成气孔、冷隔和欠铸等缺陷。
(1)排气孔:一般在型腔最后充满处开直径为1-5㎜的圆形排气孔。
(2)排气槽:排气槽又称通气槽、通气沟等。对于气槽的深度h，对于铸铁和青铜一般为0.25㎜，对于铝合金一般为0.5㎜，宽度一般为10-15㎜
(3)排气塞:排气塞又称通气塞，一般用45钢或铜棒制成。
3.1.3金属型操纵机构设计
(1)锁紧机构
锁紧机构的作用就是使两半型夹紧，使分型面的间隙最小，防止金属液从分型面流出，并在一定程度上防止金属型的翘曲变形。
(2)抽芯机构
1)撬杆抽芯机构
2)螺杆抽芯机构
3)偏心抽芯机构
4)偏心轮抽芯机构
5)齿轮齿条抽芯机构
6)蜗轮蜗杆抽芯机构
(3)铸件顶出机构
3.2金属型的尺寸精度及表面粗糙度
3.2.1金属型的尺寸精度
(1)型腔尺寸公差，金属型型腔的尺寸公差见下表
型腔基本尺寸 | 铸件尺寸精度等级 | |||
CT7 | CT8 | CT9 | CT10 | |
型腔尺寸公差 | ||||
<10 | ±0.09 | ±0.13 | ±0.15 | ±0.18 |
>10-16 | ±0.10 | ±0.14 | ±0.16 | ±0.20 |
>16-25 | ±0.11 | ±0.15 | ±0.18 | ±0.22 |
>25-40 | ±0.12 | ±0.16 | ±0.20 | ±0.25 |
>40-63 | ±0.13 | ±0.18 | ±0.22 | ±0.28 |
>63-100 | ±0.14 | ±0.20 | ±0.25 | ±0.30 |
>100-160 | ±0.15 | ±0.22 | ±0.28 | ±0.32 |
>160-250 | ±0.17 | ±0.25 | ±0.30 | ±0.35 |
>250-400 | ±0.20 | ±0.28 | ±0.32 | ±0.38 |
>400-630 | ±0.22 | ±0.32 | ±0.35 | ±0.40 |
>630-1000 | ±0.25 | ±0.35 | ±0.40 | ±0.45 |
型腔转接圆弧半径公差:
圆弧半径基本尺寸 | <6 | >6-16 | >16-40 | >40-63 | >63-100 |
铸件公差 | CT8-CT10 | ||||
圆弧半径偏差 | ±0.20 | ±0.22 | ±0.25 | ±0.28 | ±0.32 |
角度尺寸公差
短邻边长度 | <10 | >10-18 | >18-30 | >30-50 | >50-80 | >80-120 | >120-260 | >260-360 | >360 |
角度偏差 | 45' | 30' | 25' | 20' | 10' | 6' | 5' | 4' | 3' |
金属型装配后，其左右半型、半型与底座之间的平行度、垂直度每100㎜不大于0.05㎜，分型面之间的间隙不大于0.1㎜，局部间隙不大于0.2㎜，安装螺孔、孔距公差±0.1㎜。
(2)活动部件与金属型之间的间隙:金属型总是在受热状态下工作的，受热后的金属芯、顶杆、活块等活动部件与金属型本体之间的配合就比常温时为紧，为了保证铸件的尺寸精度及正常生产，活动部件与金属型之间应保持一定的间隙，见下表:
公称尺寸 | 配合间隙 |
<50 | 0.2-0.3 |
>50-100 | 0.3-0.4 |
>100-250 | 0.4-0.5 |
>250 | 0.5-0.8 |
3.2.2金属型的表面粗糙度
金属型各部分的表面粗糙度见下表:
加工部位 | 表面粗糙度 | |
型腔 | 相应于铸件的有加工余量的部分 | 6.3-3.2 |
一般要求 | 3.2-1.6 | |
个别部分特殊要求 | 0.8 | |
分型面、安装面、定位销孔 | 6.3-1.6 | |
浇注系统 | 6.3-3.2 | |
型芯及有加工余量部分 | 6.3-3.2 | |
相互滑动或接触部分 | 3.2-1.6 | |
通气槽 | 6.3 | |
冒口部分 | 12.5-6.3 | |
非加工面的减轻部分 | 12.5 | |
3.3金属型寿命
(1)金属型平均寿命如下:
铸钢 | 铸铁 | 非铁合金 | |
小型铸件 | 500-1000 | >5000 | 数万至数十万次 |
中型铸件 | 300-500 | 1000-5000 | 数万次 |
大型铸件 | 100-250 | 200-500 | - |
特大铸件 | 20-50 | 50-200 | - |
注:铸件类型并无明确规定，一般小型铸件指0.5㎏以下的铸铁件和5kg以下的铸钢件。特大铸件指重量在1t以上，壁厚达100㎜以上的铸件。
(2)延长金属型的寿命的措施
1)正确地选择金属型材料
2)正确地设计金属型壁厚
3)正确地设计金属型结构，尽可能地避免尖角及壁厚的急刷变化。
4)设计浇注系统应尽可能使金属液平稳进入型腔，避免金属液强烈冲刷型腔工作面。对钢铁金属铸件，应尽可能将浇注系统设计在砂芯中。
5)金属型毛胚要进行热处理，消除铸造应力。
6)应选择合适的涂料和正确的喷涂工艺以尽可能避免"热冲击"。正确地进行金属型预热和冷却。正确掌握铸件脱型的时间。
7)金属型使用应仔细清理，使用后要妥善保管。
为提高金属型寿命，可进行局部渗硅、渗铬、渗铝、以及进行阳极化、等离子喷涂等保护措施。
