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一．概述
重力铸造是指金属液在地球重力作用下浇入金属型获得铸件的工艺方法。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。
铝合金金属型重力铸造方法由于其生产率高、劳动环境清洁、铸件表面光洁和内部组织致密等优点而被广泛应用。尤其是汽车发动机部件，日、美、英、德和意等工业发达国家很多采用金属型重力铸造方法生产汽车发动机铝缸体、铝缸盖和铝活塞。近几年，我国许多厂家也采用国外先进金属型重力铸造设备或国产重力铸造设备生产汽车发动机缸体、进气管和活塞等铝铸件。金属型重力铸造技术也广泛应用于航空、航天、电力机械以及仪器仪表等行业。铝合金金属型重力铸造与其他一些铸造方法（压铸、低压铸造和砂型铸造等）相比主要具有如下几方面的优势：
1）几何尺寸和金相组织等综合质量好。
2）相对于低压及高压铸造，重力铸造工艺相对简单灵活，铸件成品率高，可生产较复杂铸件。
3）更有利于大批量生产，实现高度自动化和简化维修；在同等生产规模下，与高、低压铸造相比，铸造设备和金属型等工装的一次性投资更低。
1．金属型：多采用铸铁制成，其中应用最多的是灰铸铁。铸件性能要求高时，也可采用合金铸铁、碳钢或低合金钢。金属型可分为整体型、水平分型、垂直分型和综合分型等四种类型，其中垂直分型便于开设浇冒口和安放金属芯，易于排气便于实现机械化，应用较广。因金属型导热性较好，故浇道截面积比砂型铸造大20%～25%，浇道长度也较短。金属型无透气性，故其上部应开设出气冒口，分型面上应开设排气道，难以排气的部分应增设出气孔或通气塞。
2.金属型铸造的工艺特点
(1)铸型必须预热：因金属型导热性较好，铸件极易产生冷隔、浇不到、气孔等铸造缺陷，故浇注前须预热。预热温度根据铸件材质确定，灰铸铁件一般为250～350℃，铝铸件一般为200～300℃。工作过程中应注意散热，以免铸型温度过高。
(2)型腔须喷刷涂料：在型腔表面喷刷涂料，可以保护其免受金属液直接冲蚀和热击，且可利用涂料层的厚薄不同调节铸件各部分的冷却速度。涂料厚度通常为0.3～0.4mm。涂料成分因铸件材质不同而异，铸造铝合金件时所用的涂料常用氧化锌粉、白垩粉、水玻璃和水配制。
(3)及时开型取件：铸件在金属型内停留越久，收缩量就越大，不仅增大了内应力、裂纹倾向，还使铸件取出的难度增大，故浇注后在保证铸件高温强度足够的前提下，应及早开型取件。一般中、小型铸件开型取件时间为浇注后10～60s。
3.金属型铸造的优缺点及应用：
(1)优点：
1)金属型铸造一型多铸，节省造型材料且减少了环境污染；
2)工艺简单，易于实现机械化和自动化；
3)铸件精度高、表面粗糙度值低、力学性能好。但其制型费用高，铸型无透气性和退让性，且铸件冷却快。
(2)缺点：
1)不宜铸造结构复杂、薄壁或大型铸件；
2)用于铸钢、铸铁等熔点较高的合金时，铸型寿命短；灰铸铁件铸造时还易于白口组织。
3)金属利用率低、薄壁复杂铸件浇注困难、铸件组织密度相对压力铸造较低等缺点。
(3)应用：金属型铸造主要用于成批、大量生产铝合金、铜合金等非铁合金的中、小型铸件，如活塞、缸体、液压泵壳体、轴瓦和轴套等。
重力铸造与砂型铸造的比较
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重力铸造 |
翻砂铸造 |
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占地面积（产量相等的情况下 |
大约100平方米 |
大约500平方米 |
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损耗（不包括浇注口再次回炉的损耗） |
2%~3% |
6%~8% |
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浇注口比例（成品铸件与浇注口的比例） |
4：1至5：1，即浇注口小 |
2：1至1：1，即浇注口大 |
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产品质量 |
铸件壁厚均匀，组织密度高，内外表面光滑，外型尺寸一致，精加工速度快。 |
铸件容易夹渣、砂眼、疏松，内外表面粗糙，外型尺寸不一致，精加工速度慢，不精确。 |
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成品率 |
92%~98%,合格率高（指有摆放砂芯），没有砂芯的成品率更高 |
废品率高 |
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劳动效率 （产量相等的情况下） |
只需7人（90KW工频连续炉一台，砂芯机二台，重力铸造机二台，拌砂机一台，员工：砂芯机2人，重力铸造3人，整理磨边2人），每班（8小时）可浇铸900－1200模 |
14人以上 |
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污染状况 |
重力铸造所需的浇注温度低，污染小，噪音小 |
煤炉、油炉在熔炼过程产生烟气，污染大，噪音大 |
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操作情况
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操作简便，短时间（2个小时）可学会操作，工作轻松不用很深技术，人体力消耗小。 |
技术要求熟练才能操作，人体力消耗大，劳动强度高。 |
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成本核算 |
操作人员少，耗损低，废品率低，产量提升，效益高，质量稳定 |
操作人员多耗损高，废品率高，产量低，品质不稳定，成本高。
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以上对比数据，仅供参考。
二．铝合金金属型重力铸造工艺技术
（1）铝合金金属型重力铸造工艺设计： 金属型重力铸造工艺设计关键是铸件浇注位置的确定、浇冒系统的设计和模具工作温度的控制和调节。
l）铸件浇注位置。它直接关系到金属型型芯和分型面的数量、金属液导入位置、排气的通畅程度以及金属型结构的复杂程度等，从而决定金属型加工和操作的难易程度以及铸件冷却温度分布，进而影响铸件的生产效率，尺寸精度等内、外质量。因此，铸件浇注位置是铸造工艺设计首先考虑的重要环节。
2）浇冒系统。铸件浇冒系统设计决定铸件内、外质量。浇冒系统应具有撇渣、排气和补缩功能，同时应保证铸件合理的凝固、冷却温度场。正确、合理的浇冒系统除凭经验估算外，附算机数值模拟可直观地预测铸件凝固过程温度场，显示铸件可能产生缩松（孔）的危险部位，从而指导工艺设计，并通过调整浇冒系统结构和尺寸、金属型结构、控制冷却速度或调整涂料层厚度等手段调节温度场、消除铸造缺陷，如采用底注式浇注的汽车发动机铝缸盖的毛坯，尽管采取在上部设置几乎超过铸件重量的大冒口和底部强制通水冷却的工艺措施也难以调整合理的顺序凝固的温度场，难以消除底部内浇口周围过热而造成的缩松缺陷。某厂引进法国Sifa公司铝合金金属型铸造机正是采用这种浇冒系统，生产工艺不稳定。百分之百的缸盖需浸渗，对于缩松严重的缸盖即使浸渗也满足不了耐压要求；而从冒口直接注入铝液，铝液经过陶瓷过滤器净化后进人型腔，保证了铸件合理的冷却梯度，即自下而上的顺序凝固方式，消除了缩松缺陷，缸盖成品率显著提高。英国Foseco公司曾对两种浇注方法做过详细的研究和对比试验工件，并称后者为DYPUR法。该法使型简化、紧凑，节省铝液，铸件成品率高。采用该法即使由于铝液有较高落差造成的少量夹杂缺陷，对铸件的力学性能和气密性影响也不大。当然，浇冒系统的开设位置、结构和尺寸大小除考虑铸件凝固温度场外，还需兼顾型复杂程度，金属液充型是否平稳，是否具有撇渣和排气等功能。
3）金属型工作温度。同样，金属型工作温度和各部分的温差对铸件的冷却温度场有着重要的作用。对金属型局部过热区域强制水冷和风冷是为了保证该区域保持正常的工作温度，提高生产效率，同时消除过热，保证正常的冷却温度场。金属型工作温度控制比较先进和有效手段是控制冷却水出口温度，出口温度靠冷却循环水循环速度调节。如意大利Fata公司和法国Sifa公司设计制造的金属型都有先进的水、风冷却装置。此外，对于局部厚大热节部位还可镶嵌热导率高或蓄热量大的金属嵌块或调节涂料层厚度和涂料种类以保证铸件形成合理的冷却温度梯度，消除局部缩松（孔）缺陷。
（2）铝合金金属型设计及材料
1）金属型设计及制造。好的金属型设计和制造技术是满足工艺设计、适应大批量、高质量铸件生产的关键。金属型设计主要包括金属型结构、排气系统、锁紧机构，冷却系统、连接机构以及铸件顶出机构。合理的铸造工艺和金属型设计只有通过先进的金属型加工制造技术来体现。
2）金属型材料。适宜制造金属型的材料应具有足够的高温强度、一定的热稳定性和热疲劳强度以及足够的强韧性。国内一般用铸铁、铸钢和铜合金作为铝合金金属型模具材料，平均寿命10000～50000次左右；发达国家普遍采用美国钢铁学会（AISI）分类的H-13，相当于国内4CrMoVSi钢。这种钢具有较高的热强度和硬度，还具有较高的耐磨性和韧性，用它作模具，其铸件尺寸稳定、模具寿命长，一般大于100000次。当然，模具的寿命除与材质有关外，还与模具结构、铸造合金的材料、操作和管理等因素有关。
三．铝合金金属型铸造设备及自动化
（1）金属型重力铸造设备 铝合金金属型重力铸造机结构形式多样，按结构形式，可分为固定式和可倾转式两种方式。倾转式金属型重力铸造机采用倾转速度可调的翻转机构，使浇注过程在变速转动中完成，极有利于金属液在模具中的充型和排气，可以大大提高铸件质量，降低铸件的废品率；按用途可分为专用金属型铸造机和通用金属型铸造机；按动力可分为手动、气动、电动和液压金属型铸造机。国内一些有实力的铸造设备制造厂可按产品和用户的要求设计制造专用金属型重力铸造机，如铝缸盖、铝缸体、铝活塞、铝进气歧管等金属型铸造机，并且在国内知名汽车零部件制造厂投入长期使用。
（2）金属型铸造自动化生产线 金属型铸造自动化生产线包括：金属液熔化及传送设备、浇注机、金属型铸造机、下芯和取件机械手、金属型涂料涂敷机、铸件传输及浇冒口切除机、热处理设备和炉前快速检测仪器等。自动化生产线适用于专业化生产，可高效清洁地生产大批量优质铸件。
