重力鑄造

反重力鑄造(Counter—Gravity Casting，CGC)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種鑄件成形工藝．是帕斯卡原理在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用。就其工藝而言，它是介于壓力鑄造和重力鑄造之間的一種液態(tài)成形方法。合金液充填鑄型的驅(qū)動(dòng)力與重力方向相反，合金液沿與重力相反方向流動(dòng)。與重力鑄造相比，反重力鑄造液態(tài)成形過(guò)程中熔體的流態(tài)可控，可以通過(guò)外力的作用來(lái)增強(qiáng)凝固補(bǔ)縮能力，因此，這種工藝方法可以做到液態(tài)充型平穩(wěn)，鑄件組織致密，鑄造缺陷能夠得到有效控制，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的優(yōu)選方法。

由于外加驅(qū)動(dòng)力的存在，使得CGC成為一種可控工藝，在金屬液充填過(guò)程中，通過(guò)控制外加力的大小可以實(shí)現(xiàn)不同充型速度的充填，滿足不同工藝的要求。同時(shí)，充填結(jié)束后可以繼續(xù)增加外力，使鑄件在一較大力的作用下凝固，提高金屬液的補(bǔ)縮能力，降低縮孔、氣孔和針孔等鑄造缺陷。近幾十年來(lái)，相繼出現(xiàn)了多種CGC方法，根據(jù)金屬液充填鑄型驅(qū)動(dòng)力的施加形式不同，CGC技術(shù)可以分為低壓鑄造、差壓鑄造、調(diào)壓鑄造等。

一種利用電磁模擬微重力裝置進(jìn)行澆注的鑄造方法。金屬液置于相互垂直、交叉的電磁場(chǎng)中，在金屬液中激發(fā)的電磁容積力作用在金屬液上，物理性質(zhì)類似微重力，能消除金屬液的密度偏析，獲得均勻的銅-鉛、鋁-鉛、鋁-鋰等合金液，制成優(yōu)質(zhì)鑄件和軸承。 2100433B

把金屬材料做成所需制品的工藝方法很多，如鑄造、鍛造、擠壓、軋制、拉延、沖壓、切削、粉末冶金等等。其中，鑄造是最基本、最常用及最廣泛的工藝。

把熔化的金屬液注入用耐高溫材料制作的中空鑄型內(nèi)，冷凝后得到預(yù)期形狀的制品，這就是鑄造。所得到的制品就是鑄件。

鑄造可按鑄件的材料分為黑色金屬鑄造（包括鑄鐵、鑄鋼）和有色金屬鑄造（包括鋁合金、銅合金、鋅合金、鎂合金等）。有色精密鑄件廠專業(yè)從事有色金屬鑄造，重點(diǎn)是鋁合金和鋅合金鑄造。

鑄造有可按鑄型的材料分為砂型鑄造和金屬型鑄造。精密鑄件廠對(duì)這兩種鑄造工藝都得心應(yīng)手，并自行設(shè)計(jì)、制造這兩類鑄造模具。

鑄造還可按金屬液的澆注工藝分為重力鑄造和壓力鑄造。重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造、消失模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機(jī)的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專指壓鑄機(jī)的金屬型壓力鑄造，簡(jiǎn)稱壓鑄。精密鑄件廠長(zhǎng)期從事砂型和金屬型的重力鑄造。這幾種鑄造工藝是有色金屬鑄造中最常用的、也是相對(duì)價(jià)格最低的。

重力鑄造砂型鑄造

砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時(shí)也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應(yīng)性很廣，小件、大件，簡(jiǎn)單件、復(fù)雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。旭東精密鑄件廠為改變木模易變形、易損壞等弊病，除單件生產(chǎn)的砂型鑄件外，全部改為尺寸精度較高，并且使用壽命較長(zhǎng)的鋁合金模具或樹(shù)脂模具。雖然價(jià)格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產(chǎn)中，價(jià)格優(yōu)勢(shì)尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點(diǎn)較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因?yàn)槊總€(gè)砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因?yàn)樯暗恼w性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。不過(guò)，精密鑄件廠集多年的技術(shù)積累，已大大改善了砂型鑄件的表面狀況，其拋丸后的效果可與金屬型鑄件媲美。

重力鑄造金屬型鑄造

是用耐熱合金鋼制作鑄造用中空鑄型模具的現(xiàn)代工藝。金屬型既可采用重力鑄造，也可采用壓力鑄造。金屬型的鑄型模具能反復(fù)多次使用，每澆注一次金屬液，就獲得一次鑄件，壽命很長(zhǎng)，生產(chǎn)效率很高。金屬型的鑄件不但尺寸精度好，表面光潔，而且在澆注相同金屬液的情況下，其鑄件強(qiáng)度要比砂型的更高，更不容易損壞。因此，在大批量生產(chǎn)有色金屬的中、小鑄件時(shí)，只要鑄件材料的熔點(diǎn)不過(guò)高，一般都優(yōu)先選用金屬型鑄造。但是，金屬型鑄造也有一些不足之處：因?yàn)槟蜔岷辖痄摵驮谒厦孀龀鲋锌招颓坏募庸ざ急容^昂貴，所以金屬型的模具費(fèi)用不菲，不過(guò)總體和壓鑄模具費(fèi)用比起來(lái)則便宜多了。對(duì)小批量生產(chǎn)而言，分?jǐn)偟矫考a(chǎn)品上的模具費(fèi)用明顯過(guò)高，一般不易接受。又因?yàn)榻饘傩偷哪＞呤苣＞卟牧铣叽绾托颓患庸ぴO(shè)備、鑄造設(shè)備能力的限制，所以對(duì)特別大的鑄件也顯得無(wú)能為力。因而在小批量及大件生產(chǎn)中，很少使用金屬型鑄造。此外，金屬型模具雖然采用了耐熱合金鋼，但耐熱能力仍有限，一般多用于鋁合金、鋅合金、鎂合金的鑄造，在銅合金鑄造中已較少應(yīng)用，而用于黑色金屬鑄造就更少了。

重力鑄造壓鑄

壓鑄是在壓鑄機(jī)上進(jìn)行的金屬型壓力，是生產(chǎn)效率最高的鑄造工藝。壓鑄機(jī)分為熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)兩類。熱室壓鑄機(jī)自動(dòng)化程度高，材料損耗少，生產(chǎn)效率比冷室壓鑄機(jī)更高，但受機(jī)件耐熱能力的制約，還只能用于鋅合金、鎂合金等低熔點(diǎn)材料的鑄件生產(chǎn)。當(dāng)今廣泛使用的鋁合金壓鑄件，由于熔點(diǎn)較高，只能在冷室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)。壓鑄的主要特點(diǎn)是金屬液在高壓、高速下充填型腔，并在高壓下成形、凝固，壓鑄件的不足之處是：因?yàn)榻饘僖涸诟邏?、高速下充填型腔的過(guò)程中，不可避免地把型腔中的空氣夾裹在鑄件內(nèi)部，形成皮下氣孔，所以鋁合金壓鑄件不宜熱處理，鋅合金壓鑄件不宜表面噴塑（但可噴漆）。否則，鑄件內(nèi)部氣孔在作上述處理加熱時(shí)，將遇熱膨脹而致使鑄件變形或鼓泡。此外，壓鑄件的機(jī)械切削加工余量也應(yīng)取得小一些，一般在0.5mm左右，既可減輕鑄件重量、減少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密層，露出皮下氣孔，造成工件報(bào)廢。

鋁合金重力鑄造其熔點(diǎn)較低，鑄造性能好，廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、電機(jī)、通訊、五金工具等多個(gè)領(lǐng)域。

鋁合金其熔點(diǎn)較低，鑄造性能好，重力鑄造件及低壓鑄造產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、電機(jī)、通訊、五金工具等多個(gè)領(lǐng)域；特別是大壁厚的產(chǎn)品應(yīng)用更多。它也能更好地避免孔隙內(nèi)鑄造二次加工.經(jīng)過(guò)T6熱處理，氣密性能可達(dá)50kg/cm2以上。

重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱重力澆鑄。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造、消失模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造主要指金屬型澆鑄。2100433B

反重力鑄造工藝流程

反重力鑄造工藝包括澆注位置的選擇、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冒口和冷鐵的合理使用以及最佳工藝參數(shù)的確定等內(nèi)容。

1、鑄件的澆注位置及澆注系統(tǒng)

反重力鑄造中，鑄件凝固時(shí)主要通過(guò)澆口補(bǔ)縮。因此，確立澆注位置時(shí)，應(yīng)使鑄件的凝固順序朝著澆口方向進(jìn)行。通常，將鑄件的薄壁位置置于遠(yuǎn)離澆口位置，讓金屬液從厚壁處引入。為使鑄件厚壁位置的熱分布合理，可采用分散澆口，直接利用內(nèi)澆口進(jìn)行補(bǔ)縮。

2、冒口和冷鐵

冷鐵常與冒口或澆注系統(tǒng)配合使用，以加強(qiáng)冒口或澆口的補(bǔ)縮，但也可單獨(dú)使用，用來(lái)加快鑄件局部熱節(jié)處的冷卻速度，保證鑄件整體的順序凝固。

3、反重力鑄造工藝參數(shù)的確定

1) 升液管直徑的確定 確定時(shí)，首先要考慮鑄件重量預(yù)計(jì)充型時(shí)間和充型速度，然后確定對(duì)升液管的流量要求，再根據(jù)充型速度和流量要求計(jì)算升液管的直徑;其次，從保證鑄件的順序凝固所要求的熱平衡角度來(lái)考慮。升液管要便于壓力傳遞，有利于補(bǔ)縮，金屬液充型時(shí)，不產(chǎn)生紊流，清理和噴刷涂料方便。升液管的材料根據(jù)合金的種類及對(duì)鑄件質(zhì)量的要求確定，對(duì)于普通鋁合金鑄件，采用鋼管或鑄鐵管即可;合金對(duì)含鐵量要求比較高時(shí)，可采用鈦合金或或陶瓷升液管。

2) 充型壓力的確定 充型壓力指金屬液充滿型腔所需要的壓力，其大小與鑄件的形狀高度、坩堝形狀、金屬熔化量等有關(guān)。如果坩堝的形狀、大小不變，熔化量已知，鑄件澆注量核定準(zhǔn)確，則可比較精確地計(jì)算出充型壓力。然而，在砂型反重力鑄造中，連續(xù)澆注幾個(gè)不同的鑄件時(shí)，充型壓力的精確計(jì)算比較困難。為此，每次澆注之前，可測(cè)量坩堝內(nèi)液面距離升液管口的實(shí)際高度近似計(jì)算充型壓力。

3) 結(jié)晶壓力的選擇 結(jié)晶壓力是為鑄件結(jié)晶創(chuàng)建一個(gè)高壓條件。金屬在壓力下結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，組織致密。結(jié)晶壓力越大，機(jī)械性能越高。但過(guò)高的結(jié)晶壓力會(huì)給反重力設(shè)備帶來(lái)困難，且鑄件強(qiáng)度增加很少。壓力過(guò)小，會(huì)降低反重力鑄造的擠濾及塑性變形作用，不利于補(bǔ)縮和抑制金屬液中氣體的析出，鑄件易產(chǎn)生疏和微觀縮孔。選擇結(jié)晶壓力時(shí)，要考慮鑄件結(jié)構(gòu)、合金的結(jié)晶特性。鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，選擇較大的壓力;合金結(jié)晶范圍較寬時(shí)，選擇較高的壓力。

4) 升液、充型速度的確定 在升液管出口面積固定的情況下，充型速度取決于坩堝液面上的加壓速度。加壓速度分升液和充型兩個(gè)階段，金屬液由坩堝液面上升到橫澆道為升液，要求液流平穩(wěn)、緩慢，以利于型腔中氣體的排出，防止升液管出口處出現(xiàn)噴濺和翻滾，避免產(chǎn)生二次氧化夾渣。充型階段的流速需根據(jù)鑄件的壁厚大小、復(fù)雜程度和合金種類等因素確定。一般情況下，充型速度應(yīng)當(dāng)比升液速度略快，這樣有利于補(bǔ)縮，減少二次夾渣的產(chǎn)生。

5) 保壓時(shí)間 鑄型內(nèi)金屬液在壓力作用下保持到鑄件完全凝固結(jié)束的時(shí)間為保壓時(shí)間。保壓時(shí)間大體上接近鑄件凝固所需要的時(shí)間。若保壓時(shí)間過(guò)短，金屬?zèng)]有完全凝固，未凝固的金屬液通過(guò)升液管返回坩堝，鑄件得不到充分補(bǔ)縮，甚至不能成形，造成鑄件報(bào)廢;保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使?jié)部跉埩暨^(guò)長(zhǎng)，清理困難，有時(shí)甚至?xí)股汗艹隹趦鼋Y(jié)，影響生產(chǎn)。保壓時(shí)間的長(zhǎng)短與鑄件的壁厚、合金種類、鑄型性質(zhì)以及結(jié)晶凝固壓力有關(guān)。鑄件壁越厚、合金的結(jié)晶溫度范圍越寬，保壓時(shí)間越長(zhǎng)。砂型反重力鑄造的保壓時(shí)間比金屬型的長(zhǎng)。結(jié)晶凝固壓力越大，保壓時(shí)間越短。

6) 澆注溫度 一般情況下，在保證金屬液的充填和補(bǔ)縮能力的前提下，應(yīng)盡可能使?jié)沧囟鹊鸵恍７粗亓﹁T造其成型能力遠(yuǎn)高于重力鑄造，所以，其澆注溫度應(yīng)比重力鑄造低5-10°C。

反重力鑄造特點(diǎn)

1）充型速度可控：反重力鑄造一般用于生產(chǎn)有色合金鑄件，鑄件的成形能力和內(nèi)部質(zhì)量尤其是尺寸和壁厚對(duì)充型速度有比較嚴(yán)格的要求，充型速度可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制。

2）成形性好、表面光潔：反重力鑄造時(shí)，金屬液是在壓力下充填成形，在工藝參數(shù)選擇合理的情況下，所獲得的鑄件輪廓清晰，對(duì)于薄壁件的生產(chǎn)，更是如此；反重力鑄造時(shí)有壓氣體充塞于砂型空隙，且在金屬液與砂型之間形成一層氣相保護(hù)層，將兩者隔開(kāi)，可以減少金屬液對(duì)鑄型的熱力及化學(xué)作用，可降低鑄件的表面粗糙度。

3）鑄件晶粒細(xì)、組織致密、機(jī)械性能高：金屬液在壓力下結(jié)晶凝固，初凝枝晶在壓力的作用下會(huì)發(fā)生變形、破碎，而且冷卻速度快，因而晶粒細(xì)小；同時(shí)，壓力能提高補(bǔ)縮能力和抑制金屬液中氣體的析出，使疏松和微觀氣孔大為減少。所以，鑄件的機(jī)械性能得到明顯的改善。

4）可實(shí)現(xiàn)可控氣氛下澆注：反重力鑄造時(shí)，可對(duì)上室、下室或者上下室的氣氛進(jìn)行控制。利用反重力鑄造澆注鋁合合鑄件時(shí)，使用除油干燥的壓縮空氣即可，但對(duì)于鎂合金，必須注意金屬液和鑄型的環(huán)境氣氛，因?yàn)殒V合金在空氣中會(huì)發(fā)生燃燒?？煽貧夥盏氖褂脩?yīng)根據(jù)鑄件質(zhì)量的要求及鑄件的輪廓尺寸等因素決定。

5）提高了金屬的利用率：反重力鑄造時(shí)，鑄件凝固收縮可以不斷地得到來(lái)自內(nèi)澆口金屬液的補(bǔ)縮；加之壓力的擠濾和塑性變形的作用，強(qiáng)化了冒口的補(bǔ)縮效果，冒口尺寸可相應(yīng)減小甚至不需要。

6）鑄件可進(jìn)行熱處理：與壓力鑄造相比，利用反重力鑄造方法生產(chǎn)鑄件時(shí)，充型速度較慢，液面平穩(wěn)，型內(nèi)氣體可以順利排出，所以，鑄件內(nèi)部的氣孔很少、甚至沒(méi)有，故可像重力鑄造成形的鑄件一樣進(jìn)行熱處理。2100433B