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为了解决金属型制作周期长、退让性差,消失模中铸型的冷却强度低、成型铸件的枝晶粗大等问题,提出了一种新的铸造方法——柔性金属型铸造。柔性金属型铸造是带有强制冷却功能的磁型铸造技术,即向盛有铁磁性颗粒的砂箱中通过自下而上的方式对铁丸进行强制风冷以增强铁丸间隙的对流换热进而提高铸型冷却强度的一种铸造方法。本文首先基于理论计算,设计了柔性金属型实验装置,然后分别以铸造铝合金A356和高锰钢ZGMn13为对象,研究了其在柔性金属型铸造工艺的不同工艺参数下组织和性能的变化规律;最后设计了应用柔性金属型铸造技术成型ZGMn13Cr2大型板类零件的技术方案。通过理论计算,探究了铸型的换热方式和冷却强度的影响因素。结果表明,铸型的传热方式以对流换热为主。铁丸堆积的致密度和鼓风机输出流量影响着铸型的冷却速度,且冷却强度随着致密度或输出流量的增加而增强。以试件作为铸件,基于成型原理、磁路基本定律和对流换热原理设计了实验装置中的成型系统、励磁系统和冷却系统。试验探究了电流和鼓风机的控制频率对A356铝合金组织的影响规律。结果表明,电流对α-Al固溶体形态和共晶组织含量影响较大。电流由2A增加至6A时,α-A1固溶体的形貌由较为粗大的树枝晶逐渐向蔷薇状转变,共晶组织含量从39%降低至24%。电流和鼓风机的控制频率对二次枝晶臂间距的影响均呈降低趋势。在频率为10 Hz和电流由2 A升至6 A时,二次枝晶臂间距达到最短为38.12 μm;在电流为6 A和频率由10 Hz升至22.5 Hz时,二次枝晶臂间距达到最短29.31 μm。电流和鼓风机的控制频率对共晶硅长度及长径比的影响呈相反趋势。电流由2A升至6A时,共晶硅长度和长径比均呈现较大幅度的增加,其长度和长径比分别达至44.56 μm和5.88。频率由10 Hz升至22.5 Hz时,共晶硅长度和长径比均呈降低趋势,其长度和长径比最低分别为28.15[um和4.27。试验探究了鼓风机的控制频率对ZGMn13组织和性能的影响。ZGMn13铸态组织以奥氏体为基体,晶界处分布着网状和块状的M3C型碳化物。ZGMn13热处理态组织仍以奥氏体为基体,晶界处弥散着颗粒状碳化物。结果表明,增加频率可以细化奥氏体晶粒。当频率达到最大20 Hz时,热处理前后的平均晶粒尺寸均达到最小,分别为82.12 μm和96.34 μm,与未通风时分别降低了 20.54%和16.77%。增加频率可改善硬度、冲击韧性、抗冲击磨损等性能。当频率达到最大20 Hz时,铸态和热处理态的布氏硬度均达到最大分别为HBW 237和HBW 183,较未通风时分别提高了 9.72%和16.39%;冲击韧性最好,热处理态的冲击吸收功达到最大124.82 J,较未通风时提高了 13.49%;冲击断口以韧窝为主,断裂机制为韧性断裂;耐磨性最好为12.64×10-3(10min·mg-1),较未通风时提高了 18.57%,磨面以塑性变形的犁沟状为主,在犁沟附近存在少量微裂纹,磨损方式以磨粒磨损为主。同时,增加鼓风机的控制频率可以提高ZGMn13材料的强度和塑性。频率为5 Hz时,铸件的抗拉强度和断后延伸率分别为602 MPa和26.75,与未通风时提高了分别提高了 13.4%和 28.92%。以ZGMn13Cr2大型球磨机衬板为对象,设计了其柔性金属型铸造的成型系统、冷却系统、励磁系统,并给了相关工艺参数,绘制了柔性金属型装置的成型原理图。并利用ProCAST验证了工艺参数和结构设计的合理性验证,为柔性金属型铸造成型大型板提供了参考。