重力鑄造技術(shù)研究發(fā)展

重力鑄造是傳統(tǒng)的鑄造工藝，早在公元前就已經(jīng)存在，距今已有6000的歷史。其定義是在重力作用下將金屬液倒入型腔(砂型、金屬型、石膏型、陶瓷型、泥型等)中，并使金屬液在重力下結(jié)晶凝固的鑄造工藝。其中砂型與金屬型重力鑄造用的較多，采用砂型可成形相對復(fù)雜的鑄件，而金屬型可獲得較快的冷卻速度。由于金屬型的導(dǎo)熱于砂型，該鑄造方法具有鑄件冷速高、鑄件組織細(xì)密的特點，金屬型鑄件質(zhì)量一般高于砂型鑄件。但金屬型導(dǎo)熱強(qiáng)、不透氣，鑄件中易產(chǎn)生澆不足、裂紋、氣孔等缺陷，因此合理設(shè)計澆注系統(tǒng)以避免缺陷產(chǎn)生。
出于脫模的考慮，金屬型鑄造工藝主要用于大批量生產(chǎn)簡單形狀的鑄件，如鋁合金活塞、缸體等。而大多數(shù)鑄造廠采用外型金屬型、內(nèi)腔砂芯的方式，使得金屬型鑄造工藝靈活且操作簡便。
重力傾轉(zhuǎn)鑄造工藝是近年來出現(xiàn)的新興成形技術(shù)，其本質(zhì)也是重力鑄造的一種。重力傾轉(zhuǎn)鑄造是依靠鑄型傾角的變化來使金屬液在重力作用下流淌進(jìn)入型腔的一種鑄造工藝。在重力作用下，通過簡單地機(jī)械手段，使金屬液在不發(fā)生紊流的情況下進(jìn)入鑄型。法國人Durville用此法來鑄造鋁青銅法幣。1961年，美國人G.W.Stahl推廣了“傾斜澆注”的概念，用以成形鋁合金金屬型鑄件，并在此基礎(chǔ)上對澆口設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)，其實質(zhì)還是后的頂注式澆口設(shè)計。采用這種方法不僅可以避免普通重力鑄造因金屬液壓頭高、流速快造成的氧化飛濺，而且在傾轉(zhuǎn)后金屬液溫度場分布合理，利于順序凝固補(bǔ)縮。
重力傾轉(zhuǎn)鑄造的難點在于傾轉(zhuǎn)速度難以合理控制。若傾轉(zhuǎn)速度過快，金屬液進(jìn)入型腔后碰到芯子阻攔，則易產(chǎn)生飛濺；若轉(zhuǎn)速過慢，則會因充型時間長導(dǎo)致降溫嚴(yán)重，從而影響金屬液充型能力。由于澆注速度在實際中很難依靠經(jīng)驗設(shè)定，工藝設(shè)計者往往需要在前期進(jìn)行大量的模擬工作，尋找多階段澆注工藝的參數(shù)。
對于鋁鎂等輕合金，一方面由于其密度低，其靜水壓力產(chǎn)生的壓頭有限，并且沒有鑄鐵件“石墨化膨脹”現(xiàn)象，因此在工藝設(shè)計時，尤其需要關(guān)注金屬液的補(bǔ)縮能力，合理設(shè)計澆冒系統(tǒng)；另一方面，鋁鎂等輕合金熔體化學(xué)性質(zhì)活潑，易吸氣氧化，如果凝固過程中冷卻速度緩慢，則給氫氣析出、枝晶長大、發(fā)達(dá)創(chuàng)造了條件。因此，針對輕合金的工藝設(shè)計，一般原則是鑄件重要部分盡量置于鑄型底部，同時避免冒口與鑄件厚大部位重合，以避免氧化夾渣的富集與凝固緩慢帶來的不利影響。