重力铸造

反重力铸造(Counter—Gravity Casting，CGC)是20世纪50年代发展起来的一种铸件成形工艺．是帕斯卡原理在铸造生产中的应用。就其工艺而言，它是介于压力铸造和重力铸造之间的一种液态成形方法。合金液充填铸型的驱动力与重力方向相反，合金液沿与重力相反方向流动。与重力铸造相比，反重力铸造液态成形过程中熔体的流态可控，可以通过外力的作用来增强凝固补缩能力，因此，这种工艺方法可以做到液态充型平稳，铸件组织致密，铸造缺陷能够得到有效控制，是生产优质铸件的优选方法。

由于外加驱动力的存在，使得CGC成为一种可控工艺，在金属液充填过程中，通过控制外加力的大小可以实现不同充型速度的充填，满足不同工艺的要求。同时，充填结束后可以继续增加外力，使铸件在一较大力的作用下凝固，提高金属液的补缩能力，降低缩孔、气孔和针孔等铸造缺陷。近几十年来，相继出现了多种CGC方法，根据金属液充填铸型驱动力的施加形式不同，CGC技术可以分为低压铸造、差压铸造、调压铸造等。

一种利用电磁模拟微重力装置进行浇注的铸造方法。金属液置于相互垂直、交叉的电磁场中，在金属液中激发的电磁容积力作用在金属液上，物理性质类似微重力，能消除金属液的密度偏析，获得均匀的铜-铅、铝-铅、铝-锂等合金液，制成优质铸件和轴承。 2100433B

把金属材料做成所需制品的工艺方法很多，如铸造、锻造、挤压、轧制、拉延、冲压、切削、粉末冶金等等。其中，铸造是最基本、最常用及最广泛的工艺。

把熔化的金属液注入用耐高温材料制作的中空铸型内，冷凝后得到预期形状的制品，这就是铸造。所得到的制品就是铸件。

铸造可按铸件的材料分为黑色金属铸造（包括铸铁、铸钢）和有色金属铸造（包括铝合金、铜合金、锌合金、镁合金等）。有色精密铸件厂专业从事有色金属铸造，重点是铝合金和锌合金铸造。

铸造有可按铸型的材料分为砂型铸造和金属型铸造。精密铸件厂对这两种铸造工艺都得心应手，并自行设计、制造这两类铸造模具。

铸造还可按金属液的浇注工艺分为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）作用下注入铸型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。精密铸件厂长期从事砂型和金属型的重力铸造。这几种铸造工艺是有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。

重力铸造砂型铸造

砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制作，通称木模。旭东精密铸件厂为改变木模易变形、易损坏等弊病，除单件生产的砂型铸件外，全部改为尺寸精度较高，并且使用寿命较长的铝合金模具或树脂模具。虽然价格有所提高，但仍比金属型铸造用的模具便宜得多，在小批量及大件生产中，价格优势尤为突出。此外，砂型比金属型耐火度更高，因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。但是，砂型铸造也有一些不足之处：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；又因为砂的整体性质软而多孔，所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表面也较粗糙。不过，精密铸件厂集多年的技术积累，已大大改善了砂型铸件的表面状况，其抛丸后的效果可与金属型铸件媲美。

重力铸造金属型铸造

是用耐热合金钢制作铸造用中空铸型模具的现代工艺。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。但是，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。

重力铸造压铸

压铸是在压铸机上进行的金属型压力，是生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高，材料损耗少，生产效率比冷室压铸机更高，但受机件耐热能力的制约，还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件，由于熔点较高，只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔，并在高压下成形、凝固，压铸件的不足之处是：因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中，不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部，形成皮下气孔，所以铝合金压铸件不宜热处理，锌合金压铸件不宜表面喷塑（但可喷漆）。否则，铸件内部气孔在作上述处理加热时，将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外，压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些，一般在0.5mm左右，既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密层，露出皮下气孔，造成工件报废。

铝合金重力铸造其熔点较低，铸造性能好，广泛应用于汽车、摩托车、电机、通讯、五金工具等多个领域。

铝合金其熔点较低，铸造性能好，重力铸造件及低压铸造产品广泛应用于汽车、摩托车、电机、通讯、五金工具等多个领域；特别是大壁厚的产品应用更多。它也能更好地避免孔隙内铸造二次加工.经过T6热处理，气密性能可达50kg/cm2以上。

重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称重力浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造主要指金属型浇铸。2100433B

反重力铸造工艺流程

反重力铸造工艺包括浇注位置的选择、浇注系统的设计、冒口和冷铁的合理使用以及最佳工艺参数的确定等内容。

1、铸件的浇注位置及浇注系统

反重力铸造中，铸件凝固时主要通过浇口补缩。因此，确立浇注位置时，应使铸件的凝固顺序朝着浇口方向进行。通常，将铸件的薄壁位置置于远离浇口位置，让金属液从厚壁处引入。为使铸件厚壁位置的热分布合理，可采用分散浇口，直接利用内浇口进行补缩。

2、冒口和冷铁

冷铁常与冒口或浇注系统配合使用，以加强冒口或浇口的补缩，但也可单独使用，用来加快铸件局部热节处的冷却速度，保证铸件整体的顺序凝固。

3、反重力铸造工艺参数的确定

1) 升液管直径的确定 确定时，首先要考虑铸件重量预计充型时间和充型速度，然后确定对升液管的流量要求，再根据充型速度和流量要求计算升液管的直径;其次，从保证铸件的顺序凝固所要求的热平衡角度来考虑。升液管要便于压力传递，有利于补缩，金属液充型时，不产生紊流，清理和喷刷涂料方便。升液管的材料根据合金的种类及对铸件质量的要求确定，对于普通铝合金铸件，采用钢管或铸铁管即可;合金对含铁量要求比较高时，可采用钛合金或或陶瓷升液管。

2) 充型压力的确定 充型压力指金属液充满型腔所需要的压力，其大小与铸件的形状高度、坩埚形状、金属熔化量等有关。如果坩埚的形状、大小不变，熔化量已知，铸件浇注量核定准确，则可比较精确地计算出充型压力。然而，在砂型反重力铸造中，连续浇注几个不同的铸件时，充型压力的精确计算比较困难。为此，每次浇注之前，可测量坩埚内液面距离升液管口的实际高度近似计算充型压力。

3) 结晶压力的选择 结晶压力是为铸件结晶创建一个高压条件。金属在压力下结晶，使晶粒细化，组织致密。结晶压力越大，机械性能越高。但过高的结晶压力会给反重力设备带来困难，且铸件强度增加很少。压力过小，会降低反重力铸造的挤滤及塑性变形作用，不利于补缩和抑制金属液中气体的析出，铸件易产生疏和微观缩孔。选择结晶压力时，要考虑铸件结构、合金的结晶特性。铸件结构复杂时，选择较大的压力;合金结晶范围较宽时，选择较高的压力。

4) 升液、充型速度的确定 在升液管出口面积固定的情况下，充型速度取决于坩埚液面上的加压速度。加压速度分升液和充型两个阶段，金属液由坩埚液面上升到横浇道为升液，要求液流平稳、缓慢，以利于型腔中气体的排出，防止升液管出口处出现喷溅和翻滚，避免产生二次氧化夹渣。充型阶段的流速需根据铸件的壁厚大小、复杂程度和合金种类等因素确定。一般情况下，充型速度应当比升液速度略快，这样有利于补缩，减少二次夹渣的产生。

5) 保压时间 铸型内金属液在压力作用下保持到铸件完全凝固结束的时间为保压时间。保压时间大体上接近铸件凝固所需要的时间。若保压时间过短，金属没有完全凝固，未凝固的金属液通过升液管返回坩埚，铸件得不到充分补缩，甚至不能成形，造成铸件报废;保压时间过长，使浇口残留过长，清理困难，有时甚至会使升液管出口冻结，影响生产。保压时间的长短与铸件的壁厚、合金种类、铸型性质以及结晶凝固压力有关。铸件壁越厚、合金的结晶温度范围越宽，保压时间越长。砂型反重力铸造的保压时间比金属型的长。结晶凝固压力越大，保压时间越短。

6) 浇注温度 一般情况下，在保证金属液的充填和补缩能力的前提下，应尽可能使浇注温度低一些。反重力铸造其成型能力远高于重力铸造，所以，其浇注温度应比重力铸造低5-10°C。

反重力铸造特点

1）充型速度可控：反重力铸造一般用于生产有色合金铸件，铸件的成形能力和内部质量尤其是尺寸和壁厚对充型速度有比较严格的要求，充型速度可以通过计算机实现准确的控制。

2）成形性好、表面光洁：反重力铸造时，金属液是在压力下充填成形，在工艺参数选择合理的情况下，所获得的铸件轮廓清晰，对于薄壁件的生产，更是如此；反重力铸造时有压气体充塞于砂型空隙，且在金属液与砂型之间形成一层气相保护层，将两者隔开，可以减少金属液对铸型的热力及化学作用，可降低铸件的表面粗糙度。

3）铸件晶粒细、组织致密、机械性能高：金属液在压力下结晶凝固，初凝枝晶在压力的作用下会发生变形、破碎，而且冷却速度快，因而晶粒细小；同时，压力能提高补缩能力和抑制金属液中气体的析出，使疏松和微观气孔大为减少。所以，铸件的机械性能得到明显的改善。

4）可实现可控气氛下浇注：反重力铸造时，可对上室、下室或者上下室的气氛进行控制。利用反重力铸造浇注铝合合铸件时，使用除油干燥的压缩空气即可，但对于镁合金，必须注意金属液和铸型的环境气氛，因为镁合金在空气中会发生燃烧。可控气氛的使用应根据铸件质量的要求及铸件的轮廓尺寸等因素决定。

5）提高了金属的利用率：反重力铸造时，铸件凝固收缩可以不断地得到来自内浇口金属液的补缩；加之压力的挤滤和塑性变形的作用，强化了冒口的补缩效果，冒口尺寸可相应减小甚至不需要。

6）铸件可进行热处理：与压力铸造相比，利用反重力铸造方法生产铸件时，充型速度较慢，液面平稳，型内气体可以顺利排出，所以，铸件内部的气孔很少、甚至没有，故可像重力铸造成形的铸件一样进行热处理。2100433B