演講人：日期:重力鑄造工藝過程培訓目錄CATALOGUE01工藝概述02核心原理03設(shè)備與工具04操作流程05質(zhì)量控制要點06常見問題解決PART01工藝概述定義與核心特點重力鑄造依靠金屬液自身重力完成充型過程，無需額外壓力設(shè)備，工藝設(shè)備簡單且能耗較低。金屬液自然填充重力作用下金屬液平穩(wěn)充型，有利于氣體和雜質(zhì)上浮，減少氣孔和夾渣缺陷。內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)勢該工藝適用于砂型、金屬型、熔模等多種鑄型，可根據(jù)產(chǎn)品需求靈活選擇成型方式。鑄型多樣性適配010302受重力限制，薄壁復雜件成型困難，通常壁厚需大于3mm，尺寸精度較壓力鑄造低1-2個等級。尺寸精度局限04主要應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于發(fā)動機缸體、變速箱殼體、輪轂等大中型鑄件，占汽車鑄件總量的35%以上。汽車工業(yè)部件適合生產(chǎn)機床床身、泵閥殼體等承力部件，利用其組織致密性保障機械性能。傳承古代青銅器鑄造工藝，制作大型雕塑、鐘鼎等藝術(shù)品，最大單件可達數(shù)十噸。機械裝備基礎(chǔ)件用于制造飛機艙門框架、火箭發(fā)動機殼體等，通過特種合金重力鑄造滿足高強度需求。航空航天關(guān)鍵件01020403藝術(shù)鑄造領(lǐng)域18世紀蒸汽動力引入后，出現(xiàn)首條機械化造型生產(chǎn)線，鑄造效率提升20倍。機械化轉(zhuǎn)型期1950年代金屬型鑄造普及，1980年代計算機模擬技術(shù)應(yīng)用，廢品率從15%降至5%以下?，F(xiàn)代技術(shù)突破01020304公元前4000年美索不達米亞出現(xiàn)銅器鑄造，中國商周時期發(fā)展出分范合鑄技術(shù)。工業(yè)革命前手工階段21世紀機器人自動澆注系統(tǒng)與在線監(jiān)測技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)工藝參數(shù)實時閉環(huán)控制。智能化發(fā)展現(xiàn)狀工藝發(fā)展歷程PART02核心原理重力作用機制自然充型原理金屬液依靠自身重力從澆口杯自然流入型腔，無需額外壓力設(shè)備，充型速度受澆注系統(tǒng)高度差和流道截面積直接影響。靜壓力計算模型鑄件不同部位的金屬液壓強由P=ρgh公式?jīng)Q定，需精確計算以保證薄壁部位充型完整，同時避免厚大部位產(chǎn)生過高靜壓力導致脹型缺陷。重力與表面張力平衡針對復雜薄壁件，需優(yōu)化澆注溫度使金屬液表面張力與重力達到最佳平衡，確保金屬液能順利填充0.5mm以下細微紋路。定向凝固控制通過合理設(shè)計冒口和冷鐵布置，利用重力作用下金屬液的自然補縮特性，建立自下而上的定向凝固順序。流動性能指標熱裂敏感性控制優(yōu)先選擇共晶或近共晶成分合金，如ZL101A鋁合金的硅含量應(yīng)控制在6.5-7.5%，保證其液相線溫度區(qū)間不超過50℃。對于大型鑄件需采用添加0.1-0.3%鈦元素的A356.2合金，其凝固收縮率可降低至3.8%，顯著減少熱裂傾向。材料選擇要求氣體含量標準要求原材料氫含量≤0.15ml/100g，必要時采用旋轉(zhuǎn)除氣裝置處理，避免重力澆注時因紊流導致氣體卷入。晶粒細化要求必須添加Al-5Ti-B變質(zhì)劑，使α-Al相晶粒尺寸控制在100μm以下，保證T6熱處理后屈服強度提升20%以上。金屬流動控制階梯式澆注系統(tǒng)設(shè)計采用底部注入與側(cè)縫式澆道結(jié)合的復合系統(tǒng)，使金屬液上升速度穩(wěn)定在8-12cm/s，避免氧化夾渣產(chǎn)生。過濾裝置應(yīng)用在橫澆道設(shè)置30ppi陶瓷泡沫過濾器，可截留≥0.5mm的夾雜物，同時保證金屬液通過速度≤1kg/cm2·s。計算機模擬優(yōu)化運用ProCAST軟件進行充型過程仿真，預測金屬液流動前沿溫度梯度，調(diào)整澆注系統(tǒng)使各部位溫差控制在15℃以內(nèi)。真空輔助技術(shù)對復雜腔體鑄件采用型腔預抽真空至5kPa以下，顯著改善金屬液對深腔、死角部位的填充能力，充型完整度可達99.7%。PART03設(shè)備與工具重力鑄造機類型傾轉(zhuǎn)式重力鑄造機通過液壓或機械驅(qū)動實現(xiàn)模具傾轉(zhuǎn)，使金屬液在重力作用下平穩(wěn)充型，適用于復雜薄壁鑄件生產(chǎn)，可減少卷氣缺陷。固定式重力鑄造機低壓轉(zhuǎn)重力復合鑄造機模具固定不動，金屬液直接澆注，結(jié)構(gòu)簡單且維護成本低，適合中小型鑄件批量生產(chǎn)，但需嚴格控制澆注速度和溫度。結(jié)合低壓充型和重力補縮技術(shù)，提升鑄件致密度，適用于高要求鋁合金輪轂或航空航天部件制造。123模具結(jié)構(gòu)與材料模具分型設(shè)計采用上下?；蚨嗷瑝K分型結(jié)構(gòu)，確保鑄件脫模順暢，分型面需精密加工以減少飛邊，并設(shè)置冷卻水道優(yōu)化熱平衡。模具材料選擇包括直澆道、橫澆道和內(nèi)澆口，需計算截面積比例以實現(xiàn)平穩(wěn)充型，避免湍流導致氧化夾渣。常用H13熱作模具鋼，具有高溫強度與抗熱疲勞性能；高壽命模具可能采用銅合金鑲件以加速局部冷卻。澆注系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵輔助裝置配備定量爐或機械臂澆包，精確控制金屬液流量和溫度（±5℃），減少人為誤差，提升一致性。自動澆注系統(tǒng)集成電加熱棒與水冷通道，分區(qū)調(diào)控模具溫度（150-300℃），防止鑄件縮松或熱裂缺陷。模溫控制系統(tǒng)機械手配合氣動頂針完成鑄件脫模，后續(xù)通過振動落砂機或噴丸設(shè)備去除表面殘留砂?；蜓趸?。取件與清理裝置PART04操作流程模具準備階段涂料噴涂工藝采用高壓噴涂設(shè)備均勻施加水基或醇基耐火涂料，涂層厚度控制在0.2-0.5mm，重點加強澆道和排氣系統(tǒng)部位的涂層，防止金屬液侵蝕模具。合模與鎖緊使用液壓合模機實現(xiàn)上下模精準對位，合模間隙不超過0.1mm；根據(jù)鑄件投影面積計算鎖模力，確保合模壓力達到30-50MPa范圍，防止?jié)q?，F(xiàn)象。模具清潔與預熱使用專用工具徹底清除模具內(nèi)殘留的金屬渣和涂料，確保型腔表面光潔度達到Ra3.2以上；通過燃氣加熱或電加熱將模具溫度穩(wěn)定在150-300℃范圍內(nèi)，以降低金屬液凝固時的熱應(yīng)力。030201合金成分控制通入高純氬氣進行旋轉(zhuǎn)除氣，使氫含量降至0.15ml/100g以下；添加C2Cl6精煉劑去除氧化物夾雜，靜置時間不少于15分鐘以保證熔體純凈度。除氣精煉處理定量澆注技術(shù)使用自動澆注機控制澆注溫度在680-720℃范圍內(nèi)，澆注速度保持在1-2kg/s，澆口設(shè)計采用梯形截面以維持平穩(wěn)的金屬流態(tài)，避免卷氣缺陷。采用光譜分析儀實時監(jiān)測熔煉爐內(nèi)金屬液成分，將鋁硅合金的Si含量控制在7-12%區(qū)間，Mg含量保持在0.3-0.6%，必要時添加Sr元素進行變質(zhì)處理以細化晶粒。熔煉與澆注工藝梯度冷卻控制根據(jù)鑄件壁厚差異設(shè)置分區(qū)冷卻系統(tǒng)，薄壁區(qū)域采用風冷（冷卻速率3-5℃/s），厚大部位實施水霧冷卻（冷卻速率8-12℃/s），確保整體同步凝固。冷卻與取件步驟時效開模管理監(jiān)控模具溫度曲線，當型腔溫度降至200℃以下時啟動頂出機構(gòu)，頂桿行程誤差控制在±0.05mm內(nèi)，避免鑄件變形；設(shè)置0.5-1小時的模具自然冷卻周期。后處理工序采用振動落砂機清除型砂殘留，對澆冒口進行等離子切割；實施T6熱處理（固溶530℃×8h+時效175℃×6h）以提高鑄件機械性能，最終硬度達到HB80-100標準。PART05質(zhì)量控制要點常見缺陷類型氣孔缺陷由于金屬液流動過程中卷入氣體或鑄型排氣不良，導致鑄件內(nèi)部或表面形成氣孔，影響力學性能和密封性。需優(yōu)化澆注系統(tǒng)和型腔排氣設(shè)計。01縮孔與縮松金屬凝固時體積收縮未得到充分補縮，形成宏觀縮孔或微觀縮松。通過合理設(shè)計冒口和冷鐵布局，控制澆注溫度改善。夾渣與夾雜金屬液中熔渣或鑄型涂料剝落混入鑄件，造成非金屬夾雜物。需加強熔煉除渣工藝及鑄型表面處理。裂紋與變形因鑄件冷卻不均或殘余應(yīng)力導致熱裂或冷裂，需調(diào)整冷卻速率并優(yōu)化鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計。020304嚴格控制澆注溫度（如鋁合金通常為680-750℃），過高易導致縮孔，過低則流動性差。采用熱電偶實時監(jiān)測并記錄。金屬型模具需預熱至150-300℃（視材料而定），避免急冷造成冷隔或裂紋。通過紅外測溫儀定期校準。根據(jù)鑄件壁厚調(diào)整澆注速度，確保充型平穩(wěn)且避免紊流。采用流量傳感器或高速攝像輔助監(jiān)控。若采用真空輔助重力鑄造，需維持型腔真空度在-0.05至-0.08MPa，減少氣孔風險。過程監(jiān)控參數(shù)金屬液溫度模具溫度澆注速度與時間壓力與真空度成品檢驗標準尺寸精度檢測使用三坐標測量儀（CMM）或光學投影儀對照圖紙公差（如ISO8062標準），確保關(guān)鍵尺寸偏差≤±0.2mm。02040301無損檢測（NDT）X射線探傷檢測內(nèi)部氣孔、縮松；滲透檢測（PT）或磁粉檢測（MT）排查表面裂紋。力學性能測試按ASTME8/E21標準取樣，進行抗拉強度、延伸率和硬度測試（如鋁合金抗拉強度需≥200MPa）。金相組織分析通過顯微鏡觀察晶粒度（如鋁合金晶粒尺寸≤100μm）及第二相分布，評估熱處理工藝有效性。PART06常見問題解決合理設(shè)置澆口、冒口和排氣通道，確保金屬液平穩(wěn)充型，減少紊流卷氣現(xiàn)象。采用階梯式澆注或縫隙式澆注系統(tǒng)可有效降低氣體卷入風險。優(yōu)化澆注系統(tǒng)設(shè)計實施熔體除氣處理（如旋轉(zhuǎn)除氣、惰性氣體吹掃），控制鋁液氫含量低于0.15ml/100g。熔煉溫度應(yīng)控制在700-750℃范圍，避免過熱導致吸氫。嚴格控制熔煉工藝保持模具工作溫度在180-280℃之間，通過模溫機實現(xiàn)分區(qū)控溫。預熱新模具至200℃以上可顯著減少因溫差導致的氣體析出。模具溫度精準調(diào)控選用水性石墨基脫模劑，噴涂厚度控制在20-40μm，噴涂后必須充分干燥。避免使用含有機物過高的脫模劑導致分解產(chǎn)氣。脫模劑科學應(yīng)用氣孔形成對策縮松改善方案通過模擬軟件優(yōu)化冒口位置和尺寸，確保鑄件實現(xiàn)自下而上的定向凝固。熱節(jié)部位設(shè)置冷鐵或激冷涂料，凝固梯度控制在2-3℃/mm。實施順序凝固控制調(diào)整Si含量至7-9%范圍，添加0.1-0.3%的Sr進行變質(zhì)處理。對于鋁合金可引入Cu、Mg等元素形成共晶相改善補縮能力。改進合金成分設(shè)計在鑄件厚大部位安裝加壓冒口，在凝固末期施加0.2-0.5MPa壓力維持補縮通道?？刹捎秒姶偶訅夯驓怏w加壓方式實現(xiàn)。壓力補縮技術(shù)應(yīng)用澆注溫度偏差控制在±5℃內(nèi)，模具冷卻水流量調(diào)節(jié)精度達±0.5L/min。建立溫度-時間曲線監(jiān)控系統(tǒng)確保工藝穩(wěn)定性。工藝參數(shù)精確控制尺寸偏差控制模具熱變形補償設(shè)計采用逆向補償法預修正模具型腔，補償量根據(jù)材料線膨脹系數(shù)計算。對于鋁合金鑄件，補償系數(shù)通常取1.2-1.5%。0