错"设备与工艺FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY2019年第4期2019年 4月Aug.2019 !4

•行业发展• doi: 10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2019.03.019

《铸造技术路线图》摘录

反重力铸造

1概述

反重力铸造(Counter-gravity casting 简称 CGC) 一般指液态金属在与重力相反方向力的作用下完

成充型、补缩和凝固过程的的铸造方法，是20世纪

初发展起来的一种铸造浇注成形工艺。起初主要是

低压铸造,之后随着工艺的进一步发展，形成了差

压铸造、调压铸造、真空吸铸等多种工艺形式。反重

力铸造工艺适用性广，可用于铝合金、镁合金、铜合

金、钛合金、高温合金等多种合金材料,铸件重量由

，铸型可使用 型、金属型、熔模壳

型、 型 型等。

过多的研究，我国反重力铸造技术取得了 多的究成果。在用 ，低压铸造是国

用 广的反重力铸造技术，工艺于 和成

。 , 、高压 型 、

铸件等一 用铝合金铸件技术

国 。在用 ，国反重力铸造技

术主要 低压铸造 主， 于 要 的铸件

用差压铸造调压铸造技术。在低压铸造工艺方

，已成 发岀一 国 的铸件，

要 的 铸件、

4 m的 铸件、用空发动

铸件等。在差压铸造工艺方，国主要

制一型、铸件。由于差压铸造 ,

工艺技术 ，成高， ，用 。在调压铸造工艺方 ， 20 来，我国一 高

型 铸件 差 的铸件展

了 量 用 究， 在 型、 型、 型铝合

金铸件方 用。真吸铸主要用于小型

高端优质铸件的 ， 增压器叶、机载电

气控 等。在反重力铸造装方，我国

发 容量3 %的 型铝合金 型低压铸造，可

单次浇注铝合金铸件重量2.5 t上，液 控精

国 。 ，镁合金保护气反重

力铸造 集低压、差压和调压于一的多能反

重力铸造装也颇具色。高温合金、钛合金、铜合金等高温金属材料的反重力铸造技术与装 反重力与离心、反重力与

挤压、反重力浇注翻转凝固、反重力液悬浮充型 重力补缩等创新形式的反重力铸造技术满足

量 方式的高质量金属液 和传送式、

具高效冷却控技术、液位置自检测统等

反重力铸造辅助技术与主技术的同步究将得

重视。自化、智能化、高效节能的反重力铸造技

术和装是我国今后的发展势。

国反重力铸造技术具更多创新性和成套

性 征。 英国公司 发的Cosworth工艺,它是一

种精确树脂自硬 的组芯造型，在可控气氛、压力

下充型的铸造工艺，利用该工艺西方发国家发 发 缸体、缸盖、排气管等多种精密铸件

产品⑴。另，Aloca公司发了一种真无冒口铸

造/压力无冒口铸造(VRC/PRC)工艺。实现了“自顶 向下”的向凝固顺序，得量 缩孔的铸

件，并缩 。 ，保加利 发了一模多

件的差压铸造技术， 成 用于 转向节 量

国 发具 具冷却金属

送、配技术的高精、高效率 转向节低压铸

造装，产品性能 差压铸造 ，而前者更具

成和效率优势叫在工 ，国HICHCOCK 公司发反重力冷硬树脂精密铸造技术，利用

该技术可 整 2 mm的薄 铝合金

铸件， 薄 铸件、 类铸件、用发 铸件、斗 铸件等， 统的

、 工艺。铝、镁等低 合金，高温合金、钛合金等

高 化合金材料的多种反重力铸造技术

在 工 得成 用。另，铜合金小

型五金铸件反重力铸造已得 量成 用。上

述技术国 。，工发国家在展工智能化、

化 ，国反重力铸造技术来的发展势将

向着主辅高配套高可性方向发展,新形式

合式的反重力铸造技术将 现，而生产过程的智能化、化是的发展势。

来，国内反重力铸造技术取得了长足的进

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-Aug.2019 Nq4!"设备与工艺2019年第4期

步，在大型和多功能反重力铸造技术与装备方面具 有优势和特色。但与国外相比，尚存在较大差距,主

要表现在：

1） 在差压铸造、调压铸造、真空吸铸等特种反

重力铸造技术方面开展的研究尚不够充分,特别是

在应用技术研究方面较为落后，缺乏工艺适应性选

择的支撑数据和国际先进水平典型产品批量生产 的应用示例。

2） 为代表的 反重力铸造技

术缺乏， 分 用反重力铸造 的铸 产品

质量、技术指标和生产效率，无法到如国外开发

的Cosworth工艺大批量生产的水平。

3） 要 、

等）的 型反重力铸造技术和装缺乏， 产

品生产装备和 具主要 用进

4） 、、等

的反重力铸造装 和技术研究较 ，

不

5） 反重力与 、反重力与压、反重力 ：

、反重力 面 充型重力 等的反重力铸造技术的研究不够，反重铸造技

术与国外相比不够 和 <

6） 大批量生产方的质量 备

和 、 具 效 技术 面

等反重力铸造 技术

与主 技术的 步研究较 ， 效 能的

能反重力铸造技术和装备缺乏。

国 外反重力铸造技术差距的主要

是 国的反重力铸造技术研究力量分，工

艺、 、 压、 不 ， 技术 ，造 装 技术研究与工艺技术研究 ，主 造与 ， 特 要 的产品，

决方案 能力不

为 决国反重力铸造工艺缺乏应用技术

研究和应用不的问题，可 用下决措

施:首先,组织国 反重力铸造工艺、 、液压、

、产品应用等方面具有优势的研究和生产单

联合体， 国反重力铸造技术、装 .

应用存在的问题，借鉴国外先进的反重力铸造技

术，用效仿、研究、再开发的思路，尽快 小与国

外 国家的差距。其次，开展特种反重力铸造技术 研究工作，通过不 型铸 的开，积累

相关工艺经验，并总 岀工艺的特 性和规律性，

具有己特色的特种反重力铸造工艺应用技 术 ，扩大工艺的应用范围，从工艺技术上提高铸件的质量。最后,进一步提升国反重力铸造设 的可靠性、主 具 和 、能化

能力，到高效、低耗和 性能目标。

2关键技术

2.1高质量薄壁复杂铝、镁合金铸件反重力铸造技术

2.1.1现状

质量 壁铝、镁 铸件是典型的高质

量要特铸，航空 匣铸件、飞舱门铸等 具有壁（整体壁厚最小到

2 mm）、 具有多个空腔、曲面、凸台等 ）等

特点， 铸的整充型和 质量 提岀了

较的要 此外，铸不断集 和大型

方 展，铸造技术提岀前所未有的挑战。国

外 壁 铸 的特点，开展 较为 的

研究工作， 先后开 岀 多种反重力 技术， 从

最初的低压铸造工艺开始，随着铸壁厚越、

越 、技术指标要越，逐渐增加真空吸

铸、调压铸造等特种反重力铸造技术。目前,国外利 用反重力铸造技术可实现整 最小壁厚2 mm铝

铸 整 最小壁厚 4 mm 的镁 铸 的

整 ，且铸 质量均可达到相关标准I铸件要，并 稳定的批量生产能力。

在国相关型号 的 下，国利用低

压铸造工艺 壁 铸 开展 相关开 工

作， 一定的 ， 决 分铸 产品 有无”问题， 相关型号 的 但是，国内

是 具 型号铸 进 开 工作，研究工作

，只是决了有无问题，尚未 性铸造工

艺技术， 铸经岀现 铸”、火”、“缩

孔”、松”等缺陷，质量不稳定、格率偏低，无法

端装 造，特别是航空装 造 其铸 稳定性和可靠性的要 另外，国在

铸 工艺上较为单一，尚未 国外多种

工艺 并存的 面

2.1.2 挑战

国 低压铸造工艺为主要 的 技术

充型和 的 ，无法 大

和技术指标 ， 选择真空吸铸、差压铸造

调压铸造等特种反重力铸造技术进 提 ， 前

面 的挑战是：

1）现有低压铸造工艺质量提升 铸 特

点 现有低压铸造工艺进一步开展 的研究工

作，在 壁铸 充型 规律研究、铸造工艺设

、铸造工艺 数选择、所用造型 等方面的开

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-2019年第4期反重力'造!"设备与工艺

展研究，并找岀影响质量的主要因素，制定控制方

案,提升质量稳定性,满足铸件批量生产的需要。

2） 特种反重力铸造工艺充型及缺陷控制。合金 液充型及凝固规律与常压环境下有一定的区别，通

过开展不同种类合金液在不同工作压力环境下的

流动特性、凝固补缩特性，工艺参数对内部质量影

响规律以及不同铸型种类成形特点等系统的研究 工作，为铸件铸造工艺的设计，以及 工艺参数

的 提 。

3） 特种反重力铸造成形 的液 压控制。对于成形 的液 压 控制

显得尤为重要，特 是 的响应速度，响应

速度较， 定的工艺过， 铸件

定的工艺过 充型及凝固， 铸件

的质量， 铸件。特种反重力铸造成形

的液 压 控制 主要 控制

、、的、的 、 及控制 设计等。

4） 特种反重力铸造 工 应。需在基础

工艺研究的 ， 对不同种类铸件的特点开展 应 研究，并在研究过 对工艺 成形

一 ， 满足工 应 的

要， 特种反重力铸造 的规工 应

用。2.1.3目标

1 计2020年，要 的 ：有压铸造工艺质量稳定性得到较大提升，

生产的铸件产 质量稳定性 满足 批量生产要

，在铸造工艺设计、工艺参数 、 造型

等方形成一批成稳定的工艺 。

2 计 2030 ，要 的以 铸、 压铸造及 压铸造为 的特 种反重力铸造 的工艺稳定， 度 质

量型 铸件的规 开及生产。 工

应要的特种反重力铸造成形 得 -应。

2.2高效率反重力铸造技术

2.2.1&&&&反重力铸造工艺 的 点， 工艺

量应 质量要 铸件的生产， 提

工艺的生产 ， 形成 反重力铸造 ，

成为工 开展反重力铸造 研究的

热点。为此，工 开展了系统的研究工作，

论是砂型铸造，还是金属型铸造，均 了反重

力铸造 的 应。特别是在汽车制造领域，利反重力铸造 了汽车动机缸

体、缸盖、轮毂、汽车底盘等铝合金铸件的批量生

产,在生产 方 以完全满足汽车工 要求

的批量、 的要。内在 反重力铸造 开方尚处

起 阶段，只是在汽车铝合金轮毂铸件等少数铸

件 了反重力铸造 的 生产应。为提 压铸造生产 ，内也开始推岀不同类型

的动 压铸造设R为上罐配了以自动升与平移的 ，设的动 度得了很

度的提高。同，为了解决金属型 压铸造机

只能水平分型的 限，有学者提岀了可以 .上

下、前后、左右开 的金属型 压铸造机，同，借

助非金属型压铸造的结构设计理念，以一

提这类设的同工作压力，为一提铸

件质量提硬件保障叫

2.2.2挑战前，内高效率反重力铸造技术急需解决主

要 题下：

1D 质、 、容量合金制及传输。在 熔体处理 方面，集炼、变质、细为一体的新

型 熔体处理 是未来容量熔体处理

的 展方向。另外，为了 一 缩短合金液的

制 间，也需开岀快速熔炼设，以满足吨

位合金锭的熔炼需要。最后， 在合金液运输过

，保证合金液的 质不 生变，也需开 岀

合金液输设及配套工艺，满足批量生产过程

，批量合金液输的需要。

2） 反重力铸造铸型翻转及合金液 。铸型翻及合金液 是 反重力铸造 ■

的 ， 铸型内的金属液在重力的作下结凝固，不提了生产，

利翻转后 过热的金属液对铸件 -

补缩，提升铸件的内部质量。铸型翻 主

要 及铸型翻 方 的设计，合金液 流

主要 及 充型控制系统的设计， 流 的设

计以及与翻 间的动配合等。

3） 批量铸件产品质量稳定性控制。在开发高反重力铸造 的同，需对开的工艺技

型铸件的质量稳定性控制 研究， 得

键控制工艺，固 工艺参数,保证铸件的质量稳定性，满足 生产的需要。另外，在金属型

反重力铸造 ， 温度的控制不影

响铸件的质量稳定性，对提升生产 也有重意义， 需 冷却 、控温原理、

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