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鑄造過程中固有的鑄件收縮類型

作者：華峰鑄造

發(fā)布時間：2020-12-07

　　我們常說鑄造熔融金屬就像處理生物。鑄造工程師需要了解不同的合金對不同的鑄造工藝、鑄件幾何形狀、運(yùn)行系統(tǒng)、溫度等作出怎樣的反應(yīng)。近年來，華峰重工與華中科技大學(xué)合作，通過計算機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、信息化管理，使用華鑄CAE鑄造模擬軟件，華峰重工鑄造廠積累了豐富的經(jīng)驗。如今，這些技術(shù)大大縮短了，從最初的鑄造模擬設(shè)計到完成鑄造機(jī)械零件的交付時間。不過，在考慮鑄造機(jī)械零件的幾何形狀時，鑄造工程師需要注意很多方面。

　　這些考慮因素中的關(guān)鍵是收縮。收縮發(fā)生在鑄造工藝的各個階段，如果要滿足組件規(guī)格并避免鑄造缺陷，則必須仔細(xì)考慮。

　　在本文中，我們將考慮各種鑄件合金的收縮率，并討論它們?nèi)绾斡绊戣T造過程。

　　凝固收縮率

△華峰鑄造

　　隨著熔融金屬的冷卻，收縮分為三個不同的階段：

　　液體收縮是合金冷卻時發(fā)生的收縮，但保持液態(tài)。從鑄造設(shè)計的角度來看，這通常并不重要。

凝固收縮是當(dāng)合金從液體變?yōu)楣腆w時，會發(fā)生液體至固體的收縮。熔融金屬在冷卻過程中保持整個模具中的流體金屬通道保持打開狀態(tài)，因為收縮會將更多的金屬從冒口進(jìn)入鑄件中。

　　固態(tài)收縮是固態(tài)金屬鑄件在固態(tài)下冷卻至環(huán)境溫度時發(fā)生的持續(xù)收縮。所以我們必須考慮到在模具或模具設(shè)計中進(jìn)行補(bǔ)償，以確保達(dá)到規(guī)定的最終總體尺寸。

　　從鑄造幾何設(shè)計的角度來看，根據(jù)發(fā)生的凝固類型進(jìn)一步對合金進(jìn)行分類。有以下三種類型：

　?、?共晶凝固：熔融合金在鑄模中短暫地保持液態(tài)，一旦它們開始冷卻，整個鑄造過中就會迅速發(fā)生凝固。內(nèi)部收縮很小，因此冒口并不是很重要，因為很少有其他合金會被引入模具。共晶合金的例子是灰鑄鐵，鋁356，青銅硅，黃黃銅，鈦和鋯。

　　② 定向凝固：這些合金開始從模具壁向內(nèi)快速凝固。這使它們可預(yù)測，因此良好的幾何設(shè)計可以考慮熱梯度模式，以避免可能導(dǎo)致內(nèi)部收縮的封閉路徑。定向合金的示例是碳鋼，低合金鋼和鎂ZE43。

　　③ 等軸凝固：這些合金有些難以預(yù)測，因為它們將從模具壁開始向內(nèi)凝固。這些合金具有典型的細(xì)微分散的微孔性。等軸合金的例子是356鋁和青銅鋁。

　　所以，為了考慮收縮對特定部件幾何形狀的大小和形式的影響，首先選擇要用于鑄造的合金。

　　了解每種合金將要發(fā)生的熱模式和凝固過程的種類至關(guān)重要，因為它可以使設(shè)計人員預(yù)測應(yīng)如何發(fā)生凝固。但是，即使定向凝固最可預(yù)測，也存在其他并發(fā)癥。在較冷的區(qū)域(模具表面相對于金屬體積較大的區(qū)域)與其他較熱的區(qū)域(可能在金屬體積較大的區(qū)域)之間將存在差異冷卻。然后，凝固將從壁上以及從較涼的區(qū)域向較熱的區(qū)域向內(nèi)傳播。因此，重要的是，幾何形狀允許在凝固將其從立管上切下之前，液態(tài)金屬通向較熱區(qū)域的通道清晰。這是通過逐漸變細(xì)和有效的立管放置來完成的，否則，可能會發(fā)生孤立的內(nèi)部收縮，從而引起空隙或孔隙。

　　無論發(fā)生哪種類型的固化，固體收縮都會導(dǎo)致在環(huán)境溫度下最終尺寸的整體收縮和相對可預(yù)測的收縮。在模具制造的模型，模具或型芯盒的構(gòu)造中必須允許這樣做。但是，必須注意，收縮可能無法在整個組件中均勻分布，因為某些區(qū)域可能比其他區(qū)域更硬。除非幾何設(shè)計考慮了這種風(fēng)險，否則這可能會導(dǎo)致引入殘余應(yīng)力并導(dǎo)致零件翹曲。

　　與華峰重工的鑄造工程師密切合作或利用我們內(nèi)部的工程設(shè)計專業(yè)知識可以幫助您減少交貨時間和成本，并優(yōu)化鑄件的幾何形狀設(shè)計。

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