重力鑄造的案例
鑄造技術：金屬型重力鑄造澆注系統 合理與否差別驚人
金屬型鑄造工藝，在機械制造領域的應用不斷擴大，其中以鋁合金鑄件應用最為廣泛。因此本文重點探討和簡述鋁硅系合金鑄件的金屬型結構及澆注系統的相關問題。
鋁合金重力鑄造有其固有的特點。金屬型冷卻速度快，對鑄件有較強的激冷效果，鑄件晶粒細化，組織致密，有較高的綜合力學性能，尺寸精確，表面光潔，質量得到提高，影響鑄件質量的不確定因素有所降低，特別適合大批量的生產。結構良好的金屬型，可做到最大限度地減少加工余量和冒口尺寸，而工藝出品率和毛坯利用率，較普通的砂型重力鑄造有所提高，使鑄件的成本相對下降，可改善普通砂型鑄造對環境的污染狀況和工人的勞動條件。綜上所述，盡管目前鋁合金的鑄造有很多的鑄造工藝，但金屬型重力鑄造工藝，因其靈活性、通用性及較低的成本仍具有特定的優勢，占有一定的位置。
1．金屬型的澆注系統
在金屬型型腔結構良好的基礎上，澆注系統設計的正確與否，對鑄件的質量及工藝出品率將產生重要的影響。
澆注系統的設計原則如下：
（1）鑄型內熱分布合理，便于定向凝固，使鑄件得到充分補縮。
（2）澆注系統應盡量縮短，簡單而又不失其功能完整性。
（3）金屬液經澆注系統應平穩地注入型腔，不應有沖擊、渦流、飛濺，有效阻止金屬液的二次氧化。
（4）在澆注過程中應利于型腔排氣和撇渣。
（5）在確保質量的前提下，最大限度地提高工藝出品率并為鑄件的清理工序創造有利條件。
（6）應是開放式澆注系統。
任何形式的鑄造工藝，只要是重力鑄造，它定向凝固的表現是自下而上的結晶凝固，充分利用上面設置的冒口對鑄件進行補縮。
展開 ProCAST在金屬型重力鑄造充型和模具溫度場中的應用
金屬型模具熱平衡狀態是影響鑄件質量及模具壽命的關鍵因素,模具的溫度場決定了模具承受熱應力的程度.運用有限元分析軟件ProCAST對金屬型重力鑄造中模具溫度場進行了連續鑄造過程的熱分析,研究了自然冷卻條件和強制冷卻條件對模具溫度場的影響.結果表明,多周期循環澆注時,隨著循環澆注次數的增加,溫度是不斷變化的,當循環澆注7次后,模具內部建立了相對穩定的溫度梯度,模具逐漸達到了熱平衡狀態.
作 者： 汪煦 趙玉濤 蘇大為 周堃 WANG Xu ZHAO Yu-tao SU Da-wei ZHOU Kun
作者單位： 江蘇大學材料科學與工程學院,江蘇鎮江,212013
刊 名： 鑄造
英文刊名： CHINA FOUNDRY
年，卷(期)： 2008 57(12)
分類號： TG249.3-39
關鍵詞： 金屬型重力鑄造 模具 充刑模擬 熱平衡 溫度場
ProCAST在金屬型重力鑄造充型和模具溫度場中的應用.pdf
展開 案例 | 重力鑄造澆注系統的氣泡追蹤
重力鑄造澆注系統的氣泡追蹤 Bubble tracking in a gravity die casting ingate system
公司：HYDRO Aluminum，作者：Andreas Buchholz
創立于 1903 年的 Hydro Aluminum, 是全世界最大的高純鋁生產公司，也是全世界第三大的綜合鋁制品生產公司，公司總人數達三萬六千人，在全世界四十個國家均設有辦事處。本文應用 FLOW-3D CAST，討論在重力鑄造過程中，進料區域的卷氣形成原因。
模具本體說明
澆注系統
澆口設計
澆口由流道底部與鑄件相連，每個澆口的中間位置設計氣泡聚集區。
模具本體的連接位置說明
問題描述
1. 鑄件凝固后在gate1與 gate2之間的區域發生縮孔缺陷
2. 希望以FLOW-3D CAST 了解縮孔發生的原因
檢討
鑄件縮孔發生的原因
1. 凝固過程中鑄件收縮造成縮孔
? FLOW-3D CAST 凝固分析確認了該位置的孔洞并非凝固形成的縮孔。
2. 氫氣析出造成氣孔
? 成型前對材料進行了前處理，排除這個因素。
3. 砂芯產生氣體造成氣孔
? 如果是砂芯產生氣體，氣體位置應該是均勻分布，而非聚集一處。
4. 澆注過程中卷入氣體
?
可能原因1. 澆注過程中在澆道區域造成氣體被『吸入』金屬液內。
可能原因2. 金屬液在澆道流動過程中將氣體『帶入』鑄件。
展開 ProCAST重力砂型鑄造仿真案例操作 ￥9.9
導入模型（導入模型的存在路徑必須為英文路徑），然后建立砂箱，模擬鑄造的砂型，注意：砂箱的頂部必須和進澆口保持平齊。其次檢查模型問題，有問題可通過軟件進行自動修復。
2. 按從左到右的順序進行操作，檢查模型問題，有問題進行自動修復。
a檢查并修復面聯通的問題，本文無問題。
b檢查并在體交叉處剪切，本文無問題。
c裝配，將砂箱和鑄件的進澆處裝配為同一面。
d劃分面網格，對鑄件和砂箱的網格分別進行劃分處理，鑄件網格尺寸設置為8mm，砂箱尺寸設置為2mm，劃分面網格。如圖所示面網格數量為21830。
e檢查面網格問題，進行自動修復。
f生成體網格，數量為204660，最終網格數量為226490，網格數量適中。
Cast模塊（從左至右進行參數設置，重力方向-材料屬性-換熱系數-邊界條件-檢查-計算）
a重力方向為+X方向，因為是重力鑄造，所以澆鑄方向設置為鑄件從上到下的自然重力方向。
b設置材料屬性，鑄件設置為Alloy，材料選擇鋁合金，初始充型為0，初始溫度為720攝氏度，砂箱的材料為Green Sand，初始充型為100，初始溫度為25攝氏度，應為都不需要進行應力計算，所以設置為剛體減小運算量。
C設置換熱系數，由于鑄件和砂箱的材料不一致，設置換熱類型為COINC，換熱系數500.
d定義進澆口和砂箱與外界的換熱，充型時間設置為10s，充型溫度為720攝氏度，砂箱與外界和換熱設置為空冷，即自然冷卻。
e數據檢查，黃色感嘆號可忽略，紅色叉號不可忽略。
f提交計算，保存目錄不可有中文路徑，求解器根據電腦自行配置。
Viwer模塊
下圖所示的為溫度場模擬結果。
展開 
鋁合金重力鑄造皮下氣孔與ProCAST理論數據對比分析
鋁合金重力鑄造其中最重要的缺陷就是卷氣夾渣。而如何在設計階段去識別此次工藝設計是否存在皮下氣孔的缺陷，是我們工程技術人員所要做的工作。今天我們就用實例來分析鋁合金端蓋的皮下氣孔產生的情況，與之對應的流速關系。為我們后期設計提供良好的實踐中來的數據。
首先圖片中顯示的是鑄件工藝布置，澆口從高處落下向鑄件填充鋁液。我們一般認為，采用頂注式的鑄件，鑄件高度不應該大于150mm。而我們的鑄件加上流道高度達240mm。從理論上已然違反了鑄造工藝原則。接下去我們看看實際生產的產品：
從鑄件圖片上看，結合生產實際。鑄件在鑄造完畢后鑄件表面看不出有問題，但在拋丸之后，鑄件表面出現皮下氣孔。該皮下氣孔在機加工面時，加工面依舊存在孔洞，表明該皮下氣孔分布的區域是在鑄件表面0-3mm范圍之外，有可能在4mm的地方。下面看看模流分析的流場分布：
經過ProCAST模擬分析，圖示部分為流速大于0.5m/s的區域，小于0.5m/s已經被我隱藏掉，方便觀察鑄件最大流速區域。根據實際照片和流速過大的集中部位，我們可以得出的經驗是：澆注的瞬間流速大于0.5m/s的區域過多時，鑄件極容易產生卷氣缺陷，從而造成皮下氣孔缺陷。也就是我們可以反過來得出經驗：以后我們設計的產品，只要流速過大的區域太多，就可能有皮下氣孔的風險。
從ProCAST的氣孔分析模型中，我們也能精確找到皮下氣孔的發生部位。
來源：ProCAST鑄造模擬
展開 FLOW3D凝固與微縮孔模流分析的重要性
微縮孔特性的模流分析，在FLOW3D軟件里面，是9.x版本新增加的一個功能，這個功能對于壓鑄領域來說是沒什么用處的，但對于鑄造方面是非常重要的。
對于低壓鑄造與重力鑄造等收縮系數較大的成型工藝，就需要分析凝固過程與微縮孔缺陷的分布問題。低壓鑄造與重力鑄造的收縮系數是較大的，一般是2%左右的，所以需要通過凝固過程而考慮補縮問題，從而分析縮孔的問題。而因為鑄造收縮系數大，單單分析凝固過程是不夠的，還要進行微縮孔的分析，從而判定微縮孔與針孔等細小缺陷問題。
因此，對于低壓鑄造與重力鑄造等鑄造方面，需要溫度場、凝固場與微縮孔缺陷場，而并不需要分析表面缺陷場。
對于壓鑄方面，因為壓鑄的收縮系數小，差不多為0.6%，所以壓鑄的組織性較為致密，從而不可能出現微縮孔、針孔的問題。一般通過分析表面缺陷就可以判定氣孔或冷紋等缺陷問題就可以的。
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展開 輪轂鑄造工藝與鍛造工藝的區別？
現在汽車上鋁合金輪轂的制造工藝主要分為鑄造和鍛造兩類，大家了解了這兩者的區別，就明白為什么高端車型會偏愛使用鍛造輪轂了！
輪轂的鑄造工藝
先說鑄造工藝，可能大家都知道目前大部分車型上的鋁合金輪轂采用都是鑄造方式，但是鑄造輪轂還有三種不同的制造工藝，分別是重力鑄造、低壓鑄造和旋壓鑄造。
高端汽車輪轂
重力鑄造非常簡單，將液態的金屬倒進輪轂模具中冷卻成型就可以了，這種鑄造方式效率非常高，成本也最低，但是質量比較差，由于輪轂的各部分分布不是很均勻，而且金屬內部分子的密度比較低，所以輪轂的強度不高，碰撞后很容易出現斷裂的情況。低壓鑄造可以說是在重力鑄造的基礎上進行了一個升級，將液態的金屬倒入模具之后，低壓鑄造工藝會給它施加一個恒定的壓力，這樣的話金屬的分子密度就會更高，輪轂成型之后會有更高的強度，而且低壓鑄造的工藝也非常成熟，所以目前大部分車型上的輪轂采用的都是低壓鑄造工藝。而旋壓鑄造就是將鑄造后的輪轂進行一個二次加工，將輪轂呢一邊加熱一邊進行旋轉沖壓，這樣的話輪轂內的金屬分子就會更加緊密，強度自然也就更高了。
輪轂的鍛造工藝
再來說說鍛造輪轂，鍛造輪轂的制造過程是先將鋁塊進行加熱，到了一定的溫度后用鍛壓機壓成毛坯然后再將毛坯旋壓成型，相當于鑄造輪轂來說強度更高，而且鍛造輪轂使用的是軍事級鋁料，重量也更輕，鍛造輪轂還可以細分為一片式鍛造和多片式鍛造，一片式鍛造的意思是整個輪轂是一體成型的，重量輕可靠性好。
鋁合金輪胎鍛造示意圖
而多片式端到的輪輞和輪輻式分開的，這樣的好處是只更換輪輻就可以有一個新的輪轂樣式，不過相對一片式鍛造來說，多片式鍛造會更重一些，對組裝的要求也比較。
總結
高綜合來看，由于鍛造輪轂的生產工藝更精密，而且強度更高，重量更輕，所以說高端車型都會采用鍛造輪轂，不過在更換輪轂的時候也沒有必要非得追求鍛造。
展開 技術干貨丨如何快速實現常用的鑄造工藝仿真？
這是僅有一款既適合初學者、也適合資深用戶的仿真工具，可滿足從產品設計師到鑄造工程師在內的各類用戶的需求。從早期設計階段開始，用戶即可直觀地發現各類典型鑄造缺陷，如裹氣、縮松、冷隔、模具性能下降等；還可糾正這些缺陷，從而避免高昂的下游修正成本。</p><p><br></p><p>引導式工藝模板針對金屬模重力鑄造、砂模重力鑄造、熔模鑄造、高壓鑄造、低壓鑄造和傾斜澆注工藝仿真提供了 5 個簡單步驟。Inspire Cast 的創新體驗讓用戶在經過數小時的培訓后即可提升產品質量并設計出更好的產品。
展開 鑄造模擬軟件 CASTsoft
CASTSoft/CAE包括以下軟件產品系列：砂型重力鑄造CAE、金屬型重力鑄造CAE、砂型低壓鑄造CAE、金屬型低壓鑄造CAE、精密鑄造CAE、壓力鑄造CAE、傾轉鑄造CAE、消失模鑄造CAE、“V”法鑄造CAE等，軟件適用于各種鑄鋼、鑄鐵、鋁合金、鎂合金、鑄鋼及各種鑄型材料。
二、CASTsoft軟件模塊：
（1）CASTsoft/CAEV8.0軟件模塊
★ 砂型重力鑄造CAE
★ 砂型低壓鑄造CAE
★ 金屬型重力鑄造CAE ★ 金屬型低壓鑄造CAE
★ 精密鑄造CAE
★ 壓力鑄造CAE
★ 砂型差壓鑄造CAE ★ 金屬型差壓鑄造CAE
★ 消失模鑄造CAE ★ “V”法鑄造CAE
（2）CASTsoft/CAD V3.0軟件模塊
★ 砂鑄鑄鋼工藝CAD ★ 砂鑄鑄鐵工藝CAD
★ 砂鑄輕合金工藝CAD ★ 精密鑄造工藝CAD
◎
備注：
1、公司提供所有鑄件和鑄型相關熱物理數據庫（碳鋼鑄造、合金鋼鑄造、鑄鋁、灰鑄、球墨鑄鐵、鑄銅、鎳鐵合金鑄造，鑄型材料、模殼材料、冒口套材料等）。
2、公司對軟件使用提供技術支持，終身技術服務。在軟件安裝、調試完成后，我公司提供技術培訓。軟件使用中出現需方難以恢復的故障時，供方承諾48小時到達需方現場負責解決，提供相關三維軟件培訓（PRO-E，UG，SOLIDWORKS，I-DEAS等通用三維軟件）。
3、結合廠里實際需求情況，我公司提供各功能模塊，并提供所有鑄件和鑄型相關熱物理數據庫（碳鋼鑄造、合金鋼鑄造、鑄鋁、灰鑄、球墨鑄鐵、鑄銅、鎳鐵合金鑄造，鑄型材料、模殼材料等），同時替廠方添加新材料。
展開 發兩篇關于重力鑄造和消失模鑄造的文章
這兩片文章是procast在鑄造模具設計和消失模鑄造中的應用，希望對大家有所幫助。
Gravity die casting proc.pdf
Lost Foam.PDF
淺談重力鑄件模流分析
摘要：通過運用模流分析軟件,對重力鑄件進行工藝分析，找出產品缺陷發生的部位，開展有針對性的工藝設計，然后再使用軟件進行模擬仿真，驗證工藝方案的有效性，最后鎖定工藝方案，以此來達到提高鑄鋁件模具設計的成功率。解決了以往只能靠試生產來驗證工藝方案的可行性問題，提高了模具設計成功率，縮短了開發周期。
關鍵詞：模流分析 工藝分析 模擬仿真
引言：
鋁合金具有密度低、耐腐蝕、比強度高，熔點低、鑄造性能較好等優勢。但是鋁合金在鑄造過程中，由于其具有化學性質較活潑、凝固收縮的特性，使得鋁合金液在流動和凝固過程，易產生氣孔、縮孔等缺陷，會降低產品的機械性能，嚴重時會造成產品報廢。以往在模具設計過程中依賴工程技術人員的經驗進行工藝分析，由于模具制作周期長，模具加工完成后再進行方案整改，過程費時、費力。因此需要使用更為科學的手段對鑄造過程進行全方位的模擬仿真，快速驗證工藝方案的有效性，提高模具設計開發效率，降低成本。
本文以一種支架零件進行舉例分析，使用材料的牌號為AC2B,具有鑄造性能好，可熱處理強化，力學性能較高的特點。采用金屬型重力鑄造工藝，其優點是，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學性能較砂型高15%左右；本文通過對模流分析的主要過程進行分析，軟件的物理模型進行適當的選用并根據鑄造過程的實際條件設置邊界參數，對重力鑄造過程中的鋁液流動、凝固進行了模擬分析，最終獲得了滿足鑄件質量要求的工藝方案。
1、產品分析：
1.1對支架毛坯數模進行壁厚分析，產品最大壁厚30mm，最薄8mm，本產品整體壁厚較厚，薄壁區域位于三處螺栓安裝區，壁厚差異大，因此在厚壁處易形成熱節，造成產品形成集中的縮孔缺陷。
1.2運用模流軟件對產品進行凝固分析。
展開 
壓鑄模熱變形分析
壓鑄模熱變形分析
壓鑄以及金屬型重力鑄造，在生產中，受到了周期性的溫度載荷。模具變形主要是脹型力與熱載荷的共同作用，分析模具的熱變形，就需要將兩者結合起來進行分析，以發現模具在使用過程中的變形趨勢。
多年來，由于模流軟件，主要關注金屬液的充型與凝固過程，而對于模具，分析的最多只是循環過程中獲得的穩態溫度場。Cast-Designer v7.5 去年推出全新模塊CDPE，全稱（Cast-Designer Performance）。該模塊采用了固體力學的三維非線性有限元求解器。經過一年的應用，CDPE的分析對象從鑄件，延伸到了模具和后加工過程的力學分析。
模具結構與熱成像結果
利用結構力學分析軟件，分析模具熱變形，顯示模具張開量達到0.3mm
缺陷：
模具熱變形，產生的缺陷很多。1）飛邊，2）模具錯位影響壓鑄件精度，3）后加工量增加，4）還有可能出現導柱與導套、側抽芯與滑塊、推出機構運動零件“卡滯”現象，4）模具熱變形還會使模具在熱態出現“噴料”，無法保證壓鑄件的內部質量。
工程應用：
今天，C3P Cast-Designer CDPE，不僅只有充型凝固，還能結合完整的周期，分析模具熱變形。而且全面支持六面體元素，網格劃分非常簡單，一鍵生成。
以下金屬型重力鑄造案例：
可見在俯視方向，中部變形量約為3mm
側視方向，變形量約為1.5mm
四缸發動機壓鑄件，模具熱變形分析：
整體模具結構
左側為模具熱變形量
右側為等效應力結果
對于CDPE，有很多的意想不到的延伸應用。不知道是否算“前沿應用”，僅供有需求的朋友們參考。
展開 合金材料在汽車車輪制造中的應用
2.2 鑄造工藝及其特點
鋁合金車輪需要具有較高的機械強度、疲勞強度和韌性指標[16]，因此制造采取特種鑄造及熱處理工藝來實現。生產鋁合金車輪的鑄造工藝主要有低壓鑄造、重力鑄造和擠壓鑄造3 種形式。其中低壓鑄造是鋁合金車輪鑄造工藝中的主要技術， 目前世界鋁輪生產普遍采用低壓鑄造， 我國大多數車輪制造廠家也都采用了低壓鑄造技術， 約占全部產量的80%以上。
低壓鑄造這一技術已相當成熟， 其成本比重力鑄造稍高。但是，低壓鑄造工藝受本身條件(壁厚、致密性、強度)所限，較難滿足18 吋以上車輪。其工藝流程一般為： 清掃模具→模具的控溫→噴膜→合型熔料→熔化、精煉→變質、除氣、調溫→升壓→充型保壓→凝固→去壓→開型和開模取鑄件→整形清理→初檢。
在所有的生產工序中熔煉是一個關鍵的環節，這是因為在高溫下鋁合金會被氧化后形成殘渣，影響產品的性能和品質。這必須在生產過程中利用熔煉工藝提純，具體過程是：①在熔化過程中，加入適量的熔化劑，確保熔煉的需要；②在精煉時，要輸入純凈的氣體(氮氣等)，從而取出渣滓和排除氧化，進而可以提煉出所需要的晶體。
重力鑄造是歷史最久、成本最低、工藝最簡單的鑄造技術。重力鑄造的缺點是金屬晶粒粗大、強度較差、表面處理工作量大。現在采用此工藝的廠家較少，做得最好的是日本的EmKei(遠輕)，國內也有部分生產廠家采用這種工藝， 約占其全部產量的20%。這種工藝早期被采用，現在已趨于淘汰。
擠壓鑄造產品的表面及內部組織近似于鍛造，力學強度也接近鍛件。擠壓鑄造也稱為液態模鍛，是一種集鑄造和鍛造特點于一體的工藝方式， 其中又分為復合擠壓鑄造、正擠壓鑄造、兩次擠壓鑄造、反擠壓鑄造等多種形式， 共同特點是： 鑄件表面光潔、金相組織、各種力學性能接近于鍛件，不需復雜的表面加工就可以鍍鉻，鍍鉻成本較低、鍍鉻增加質量少。
展開 Anycasting資料下載:重力鑄造資料
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重力鑄造：自動尋找最佳冒口位置
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
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