鑄件百科
鑄造過(guò)程中固有的鑄件收縮類型
作者：華峰鑄造
發(fā)布時(shí)間：2020-12-07
我們常說(shuō)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(duì)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(lái)，華峰重工與華中科技大學(xué)合作，通過(guò)計(jì)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(yàn)。如今，這些技術(shù)大大縮短了，從最初的鑄造模擬設(shè)計(jì)到完成鑄造機(jī)械零件的交付時(shí)間。不過(guò)，在考慮鑄造機(jī)械零件的幾何形狀時(shí)，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(gè)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(guò)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(gè)不同的階段：
液體收縮是合金冷卻時(shí)發(fā)生的收縮，但保持液態(tài)。從鑄造設(shè)計(jì)的角度來(lái)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(shí)，會(huì)發(fā)生液體至固體的收縮。熔融金屬在冷卻過(guò)程中保持整個(gè)模具中的流體金屬通道保持打開狀態(tài)，因?yàn)槭湛s會(huì)將更多的金屬?gòu)拿翱谶M(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(shí)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(jì)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(jì)的角度來(lái)看，根據(jù)發(fā)生的凝固類型進(jìn)一步對(duì)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(gè)鑄造過(guò)中就會(huì)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?yàn)楹苌儆衅渌辖饡?huì)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(cè)，因此良好的幾何設(shè)計(jì)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。
?、?等軸凝固：這些合金有些難以預(yù)測(cè)，因?yàn)樗鼈儗哪＞弑陂_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(duì)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(guò)程的種類至關(guān)重要，因?yàn)樗梢允乖O(shè)計(jì)人員預(yù)測(cè)應(yīng)如何發(fā)生凝固。但是，即使定向凝固最可預(yù)測(cè)，也存在其他并發(fā)癥。在較冷的區(qū)域(模具表面相對(duì)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(guò)逐漸變細(xì)和有效的立管放置來(lái)完成的，否則，可能會(huì)發(fā)生孤立的內(nèi)部收縮，從而引起空隙或孔隙。
無(wú)論發(fā)生哪種類型的固化，固體收縮都會(huì)導(dǎo)致在環(huán)境溫度下最終尺寸的整體收縮和相對(duì)可預(yù)測(cè)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(wú)法在整個(gè)組件中均勻分布，因?yàn)槟承﹨^(qū)域可能比其他區(qū)域更硬。除非幾何設(shè)計(jì)考慮了這種風(fēng)險(xiǎn)，否則這可能會(huì)導(dǎo)致引入殘余應(yīng)力并導(dǎo)致零件翹曲。
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