門禁與凝固：消除孔隙性的關鍵

在進行 投資投機時，了解所有關鍵因素非常重要，才能成功做出一個成功的部分。避免零件損壞的第一步之一，是在鑄造前確保零件的必要完整性。投資鑄造是少數能初步證明零件成功的製造流程之一。

閘控系統

設計鑄件時，必須考慮閘口位置與尺寸。閘極是一個小開口，允許熔融金屬自由流向腔體，可視為供料源（或噴口）與零件之間的連接點。閘極理想地位於鑄件最厚且最重的部分，讓金屬能持續流動並填滿整個零件，然後才凝固。

金屬在鑄造過程中如何凝固

金屬凝固是理解閘控的關鍵因素。當熔融鋼從初始澆注溫度約3000°F冷卻到凝固溫度約2500°F時，會經歷體積收縮。這種收縮會隨著金屬凝固而持續，然後隨著熱膨脹冷卻至室溫而再次收縮。

舉例來說，一個1" x 1" x 1"的立方體，當充滿熔融鋼時，在室溫下會收縮到大約0.96" x 0.96" x 0.96"。這種體積變化需要仔細考量零件幾何形狀及閘口位置與尺寸。正確的設計確保鑄件持續以液態金屬供料，以補償凝固過程中的收縮。

什麼樣的演員角色才算成功？

閘門位置與大小

了解金屬凝固的基本原理後，我們可以開始判斷閘的大小和位置。若未考慮閘門細節，閘門可能會在金屬填補鑄件並補充損失體積前凝固。這可能導致零件內部產生未完全填滿的大孔隙，也稱為內部孔隙度。孔隙度指的是所達成的堅固程度，也就是零件內部是否有空腔或孔洞。如果元件沒有以零件功能為考量來精心門禁，可能會導致零件故障。

零件設計

門檻並非消除孔隙度的唯一決定因素。零件幾何形狀會影響金屬的方向凝固。設計必須考慮讓熱梯度足夠陡峭，以保持從澆口到零件的進料路徑暢通。由於零件不會一次全部凝固，且會從外向內冷卻，高品質的設計會讓金屬先在遠離閘門的地方冷卻。冰柱形狀是完美鑄造的典範，冰柱尖端先凍結，剩餘部分從最小部分向後凍結至最厚的部分（水源）。

在初期有孔隙度的設計中，加入像是進料肋條等特徵可以消除不必要的口袋。零件設計也可透過結構改良來強化，例如底層地板逐漸收窄以減少孔隙度。然而，在某些情況下，零件幾何形狀無法被更改。我們可以利用輻射熱，設計門板時裝有無關緊要的臂，讓薄壁足夠熱，讓零件（包括端板）在凝固時進料。

透過與客戶密切合作， Signicast 設計工程師 能更深入了解零件功能，並優化零件幾何形狀以符合應用需求。

鑄造材料選擇

除了設計考量外， 材料選擇 也直接影響零件內的孔隙度及鑄件的凝固度。合金中的每種元素都有不同的凝固溫度，使得像17-4不鏽鋼這樣的合金，因為合金中元素的含量而從液態轉為固體時，溫度範圍會變大。寬大的溫度範圍限制了流動，使其比低碳鋼更難容錯。在專案前期了解材料需求，設計工程師有更好的機會預測零件成功率並限制孔隙度，然後再進入模具階段。

在正式生產前，識別潛在的孔隙度問題非常重要。在 Signicast，我們使用凝固與流動軟體來評估門閘位置的效能，並預測鑄造孔隙度以驗證設計。我們的設計工程師能協助提出有益的設計建議，確保零件成功且不延誤上市時間。