浇注和凝固：消除孔隙的关键

在谈到熔模铸造工艺时，了解制造成功零件的所有因素非常重要。避免零件失效的第一步是在铸造之前确保零件所需的坚固性。熔模铸造是为数不多的可以初步证明组件成功的制造工艺之一。

浇口系统

在设计熔模铸造零件时，必须考虑浇口位置和尺寸。浇口是一个小开口，允许熔融金属自由流向型腔，可以认为是进料源或浇口与零件之间的连接点。浇口理想地位于铸件最厚和最重的部分，允许金属在凝固之前连续流动并填充整个零件。

铸造过程中金属如何凝固

金属凝固是理解浇口的关键因素。当钢水从其初始浇注温度（约 3000°F）冷却到其凝固温度（约 2500°F）时，它会发生体积收缩。这种收缩在金属凝固时继续，然后在金属冷却到室温时由于热膨胀而再次收缩。

举例来说，一个 1“ x 1” x 1“ 的立方体在填充钢水时，在室温下会收缩到大约 0.96” x 0.96“ x 0.96”。这种体积变化需要仔细考虑零件的几何形状以及浇口位置和尺寸。适当的设计可确保铸件持续注入液态金属，以补偿凝固过程中的收缩。

什么是成功的铸件？

浇口位置和尺寸

了解了金属凝固的基础知识后，我们可以开始确定浇口的大小和位置。如果不考虑浇口细节，浇口可能会在金属有机会填充铸件并替换损失的体积之前凝固。这可能会在零件内产生未完全填充的大型腔，也称为内部孔隙率。孔隙率是指达到的坚固性水平，即零件内是否有空腔或孔洞。如果元件没有在考虑零件功能的情况下仔细浇口，这可能会导致零件失效。

零件设计

浇口并不是消除孔隙的唯一决定因素。零件几何形状会影响金属的定向凝固。设计必须考虑使热梯度足够陡峭，以保持从浇口到零件的进料路径畅通。由于零件不会一下子全部凝固，而是从外到内冷却，因此高质量的设计将允许金属首先从浇口冷却。冰柱形状是完美铸造的典型例子，尖端首先冻结，冰柱的其余部分从最小的部分冻结回最厚的部分（水源）。

在显示初始孔隙率的设计中，添加进料肋等特征可以消除任何不需要的型腔。零件设计也可以通过结构更改来增强，例如逐渐变细的底部地板，以减少孔隙率。然而，在某些情况下，零件的几何形状不能改变。我们可以利用辐射热，设计带有无关紧要的臂的浇口，使薄壁保持足够热，以便在零件凝固时为零件（包括端板）提供热量。

通过与客户的密切合作，Signicast 设计工程师能够更好地了解零件功能并优化零件几何形状以满足应用要求。

铸造材料的选择

除了设计考虑外，材料选择还直接影响零件内的孔隙率和铸件的凝固。合金中的每种元素都有不同的凝固温度，这使得像 17-4 不锈钢这样的合金在从液体变成固体时具有更大的温度范围，这是由于合金中元素的数量。较大的温度范围会抑制流动，使其不如低碳钢宽容。了解项目前端的材料要求后，设计工程师有更好的机会在进入模具阶段之前预测零件成功并限制孔隙率。

在进行零件设计的全面生产之前，确定潜在的孔隙率问题非常重要。在 Signicast，我们使用凝固和流动软件来确定浇口位置的有效性，并预测铸件孔隙率以验证设计。我们的设计工程师可以帮助提出有益的设计建议，从而在不延迟上市时间的情况下获得成功的零件。