優秀的金屬鑄造產品來自於經驗豐富的設計工程師，以及能夠完美跟隨設計的鑄造廠商。選擇或改善適當的鑄造設計，以製造大型或小型金屬鑄件，有時是極具挑戰性的。鑄造設計注意事項是鑄造工程師在開發金屬鑄造解決方案時應考慮的因素。本文涵蓋金屬鑄造製程前所有重要的鑄造設計考量。這是非常重要的，因為這可確保產品的穩定性、彈性和長壽命。我們希望這篇文章能協助您選擇適當的設計或檢視供應商的設計，以滿足您的應用需求。
每位設計工程師都應該遵循下列主要鑄件設計注意事項。
- 根據鑄件設計要求，選擇適合零件機械特性的金屬鑄造製程/方法。例如，大王精鑄擁有三種鑄造製程：精密鑄造、砂模鑄造和殼模鑄造。每種鑄造製程各有其優缺點。
- 設計人員應考量鑄模與澆口的位置。設計必須確保熔融金屬均勻補縮。
- 整個鑄造製程必須確保理想的控制措施與作業規範。
鑄造設計注意事項
在金屬鑄造過程中，有些因素會影響合金的澆注與凝固。具體而言，這些因素會影響鑄造製程的類型、鑄造部分與結合點的形狀、表面外觀、鑄造合金內部的完整性以及尺寸精度。在設計金屬鑄件時，強烈建議使用這些鑄件設計考量因素。
專業的鑄造設計可打造高品質的金屬鑄件。了解鑄件的幾何形狀、合金種類以及偏好的鑄造製程，對於避免高昂的價格和浪費時間的問題至關重要。
形狀與尺寸
形狀與尺寸是決定鑄造方法類型的首要鑄造設計考量。通常，如果鑄造的目標金屬為圓形，則投資鑄造法最為適合。另一方面，工程師可根據設計的複雜性在砂型鑄造和離心鑄造之間進行選擇。
此外，金屬鑄造製程的類型也取決於鑄件尺寸。大王精鑄工廠具備製造大型金屬鑄件的能力。在這種情況下，砂模鑄造可生產比精密鑄造更重的金屬鑄件。因此，形狀和尺寸是專業設計的首要鑄造設計考量。
流體壽命
流體壽命是指熔融金屬合金在模具內流動的自由度。流體壽命是指從熔解狀態到冷卻狀態，經由小管流到具有完美設計表面的模腔的期間。流體壽命決定了模具壁厚和薄截面的長度。另一方面，流體壽命也取決於給予模腔的溫度。
合金獨特的冶金特性和化學狀態也決定了流動壽命。因此，合金的流動壽命會改變鑄件的結構和美學元素。
凝固收縮
金屬縮孔是指在設計表面從熔融金屬合金到固態的內部和外部變化。縮孔在鑄件設計考量中非常重要，因為它會意外地改變鑄件尺寸。鑄造設計工程師必須考慮金屬的收縮特性，以創造精確的鑄件形狀和完整性。
在熔融金屬的冷卻過程中，凝固收縮會產生三個不同的收縮階段：液體收縮階段、液體至固體階段以及固體階段。在鑄造設計的考量中，液體收縮階段影響不大，而其他凝固階段對整體設計有重大影響。
模具製作是客製化的模具製作流程，可計算縮孔尺寸以達到所需的公差。熔模鑄造或砂型鑄造進一步透過澆口製程進行凝固收縮。澆口是指熔融金屬的輸送系統。
渣滓形成
某些金屬合金容易氧化，形成熔渣或渣滓。這些熔渣之後會變成鑄件上的圓形或非金屬零件。然而，鑄造廠可透過改善品質和鑄造方法來解決這個問題。
相較之下，設計工程師也可以解決這個問題，方法是將重要的表面放在模具的下半部，因為下半部較容易氧化。
澆注溫度
「澆注溫度 」是指熔融金屬準備放入模腔時的臨界溫度點。有時候，由於溫度過高，鑄件可能會粘砂或表面粗糙。
在這種情況下，熱量集中可能會造成低溫合金的問題。鑄造設計師可以考慮採用更好的幾何形狀來消除模具型腔中的熱量。
流體的流動
熔融金屬流是設計師在鑄件設計上最重要的考量之一。熔融金屬的層流應考慮避免不尋常的渣滓形成、湍流、型芯位移和壁面侵蝕。
湍流是金屬鑄造方法中常見的鑄造缺陷之一。它的發生是由於液態熔融金屬的速度和方向所造成。設計人員可透過改善澆口系統，使熔融金屬的流動更加順暢，從而減少湍流。
特別是設計部分的尖角是造成湍流的主要原因。因此，轉角鑄件必須採用圓角，以避免渦流、壁面侵蝕或型芯位移等缺陷。
熱能轉換系統
要獲得完美的金屬鑄件，適當的加熱系統是不可或缺的。因此，理想的熱能管理系統是鑄件設計幾何圖形的必要條件。定向凝固是定義完美熱管理系統的關鍵因素。
定向凝固是指從型腔壁向內的凝固過程。適當的幾何設計可確保持續的熱梯度，避免意外收縮。有時候，固定的流體流動可能並不足夠。在這種情況下，外部冷卻可以加速凝固。
冷鐵有兩種類型：內冷鐵和外冷鐵。內冷鐵通常放置在模穴內部，外冷鐵則放置在鑄模外部。外冷鐵由鐵、銅和石墨製成，能比周圍鑄模更快地帶走鑄件熱量。冷鐵的主要目的是確保金屬獲得正確的凝固過程。
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為什麼要避免接縫處金屬聚集？
如前所述，凝固過程可能不會在模具的所有地方都相似。在這種情況下，冷卻有助於消除熱量，並提供完美的凝固過程。通常，接縫處的凝固過程比其他地方慢。因此，內部冷卻對此有很大的幫助。
在這種情況下，您應該避免金屬集中在接縫處。否則，可能會因凝固過程異常而出現一些鑄件缺陷。
交接設計考量因素
接合處如 L、T、V、Y 和 + 是金屬鑄造中最常見的接合處例子。接縫處的體積比零件其他地方的體積大。此較高的體積代表極端熱點區。這類地方會造成異常凝固。
設計工程師可以藉由重新設計接頭，從尖銳邊緣改為圓角來解決這個問題。對 T 型和 + 型接頭使用內冷卻可以解決這個問題。
尺寸公差
公差是鑄造設計中不可或缺的一部分。尺寸公差是指金屬鑄件實際尺寸與要求尺寸之間的可允許偏差。根據鑄造標準公差，精密鑄造在25毫米範圍內可控制線性公差為±0.13毫米，而砂模鑄造在175毫米範圍內可控制公差為±0.53毫米。通常，精密鑄造的公差小於其他金屬鑄造方法。
表面處理
所有鑄件都需要進行表面處理。它指的是金屬鑄件的外部紋理。通常，精密鑄造的表面光潔度優於砂模鑄造。這意味著精密鑄造比砂模鑄造需要更少的機械加工。另一方面，如果買方要求砂模鑄造具有更精細的表面光潔度，設計工程師將採用更複雜的設計。更精細的方案將耗費額外的資金和時間。
因此，表面光潔度是鑄件設計考量因素中不可或缺的一環。不同的鑄造方法需要不同的表面處理率。
加工的最終要求
熔融金屬成形後，仍無法達到所需的形狀。之後，它會經過最後的加工階段，移除金屬鑄件的某些部分。這意味著設計工程師必須考慮從最後的金屬鑄件中去除材料的具體數量。因此，這也是鑄件設計考量中不可或缺的一環。
碳鋼鑄件在鑄造過程中會出現脫碳層。因此，加工余量應與脫碳層厚度相等。加工余量為 2 ~ 4 mm，其他表面加工為 0.5 ~ 1.5 mm。
機械加工是一個耗時且成本高昂的過程。為此，大王精鑄尋求其他途徑以求得更好的解決方案。在這種情況下，以近淨形製造製程取代製造件、鍛件和傳統鑄件，該製程結合了砂模鑄造或精密鑄造與離心鑄造。近淨形方法可接近所需的尺寸，因此該方法可減少最終機械加工的需求。
總結
完美的金屬鑄件源自出色的設計，需考量諸多鑄造設計因素。大王精鑄採用最新技術來落實所有這些設計考量，因此大王的產品在全球鑄造市場享有盛譽。
然而，我們歡迎客戶提出任何鑄件設計。我們的鑄造專家會檢查設計的考慮因素，並在必要時提供設計建議。我們也歡迎客戶提出任何有關鑄造方法的問題。
