在金屬鑄造領域中,熔模鑄造主要與製造具有複雜幾何形狀的不同金屬物品有關。影響成品率和鑄件品質的因素有很多,包括鑄造過程中澆口系統的設計。
良好的品質可減少鑄件缺陷並提高良率。由於製程上的各種優點,熔模鑄造製程能快速生產出許多複雜的零件。
鑄造過程中的澆口系統類型
鑄造製程中有兩種不同的澆口系統:加壓澆口系統和非加壓澆口系統。
1) 加壓閘門系統
在此,整個橫截面積向模腔方向縮小。金屬流的限制將維持背壓。這與所有澆口的液流(量)類似。尤其是背壓對於減少吸入是非常重要的。原因是當澆口每次完全流動時。
由於受到限制,金屬流動速度增加,造成大量湍流及模具侵蝕的機會。由於流道和澆口的金屬用量減少,鑄造良率通常也會提高。
由於湍流的關係,這種澆口系統在鑄造廠並不常用於輕合金鑄件,但在黑色鑄件上卻經常使用。
2) 無壓閘門系統
在此,一個完整的截面區域朝向模腔發展。只有在澆口下部有限制。澆口與澆口之間的液體流量是可變的。澆口系統中的吸入,因為系統從未完全運行。同樣地,湍流也很低。由於湍流的發生,這種澆口系統在鑄造廠多用於輕合金。
熔模鑄造是一種常用於製造不同類型金屬設計的工藝。鑄造過程中的澆口是一種複雜的程序。在澆口系統中,流道和冒口在製造不同的高品質設計時是必不可少的。
閘門系統的組件
上文提到了鑄造製程中兩種不同類型的澆注系統。那麼澆注系統的組成部分有哪些呢?通常,澆注系統由八個關鍵要素組成。
澆注系統的主要組成要素
鑄造過程有兩個重要階段:充型過程和凝固過程。在充型過程中,澆注系統的組成要素包括澆口杯、備用底座、橫澆道、直澆道、內澆道和冒口。
澆口杯
形狀通常為矩形或圓形。它承接從澆包中澆入的熔融金屬。澆口杯的主要作用是讓金屬液先在其中緩衝,以降低液體流入鑄模的動量。
直澆道
澆口杯必須足夠深,且進入直澆道的入口處應有至少25毫米的平滑圓角。根據建議,澆口杯深度應為直澆道入口直徑的2.5倍。這主要有利於使金屬液流平穩,並防止渦流形成。
澆注系統
橫截面為圓形。它使熔融金屬從澆口杯平穩落入直澆道。直澆道應為貫穿上模的垂直錐形通道,以增加金屬流速,其原因在於金屬向下流動時可減少吸氣。它還將澆口杯與橫澆道連接起來。錐度可透過連續方程式求得。
直澆道窩
它將熔融金屬的流向改變為垂直角度,並將其轉入橫澆道。直澆道底部設置直澆道窩,對於減緩進入金屬的流速並防止鑄模沖蝕至關重要。
通常,直澆道窩的常規規則為其橫截面積是直澆道阻流截面積的五倍。根據精密鑄造澆注系統設計的建議,最佳深度應與橫澆道深度完全一致。
橫澆道
此部分用於將熔融金屬從直澆道引入鑄件。我們可將熔融金屬從橫澆道進入模穴視為最後一步。
內澆道
內澆道是熔融金屬進入模穴的入口。最關鍵的是,鑄件凝固後,它必須容易被敲斷。
鑄造製程中會根據用途使用不同類型的內澆道。
冒口
這是額外金屬液的來源。金屬液從冒口流入模穴以補償收縮。此過程發生在鑄件開始凝固之時。若澆注系統缺少冒口,某些厚大部位將產生收縮缺陷,可能出現在表面或內部。
冒口應設計成在鑄件本體凝固之後才凝固,以實現其補縮功能。冒口必須保持液態,直至鑄件凝固結束。
冒口有兩個主要功能:一是補償凝固收縮,二是作為熱源。
精密鑄造澆注系統設計
好的精密鑄造澆注系統設計,能以更低的製造成本獲得高品質鑄件。我們已經了解了澆注系統的組成要素,那麼哪些因素會影響精密鑄造澆注系統設計呢?
最佳充型時間
充填太慢的鑄件會產生不連續現象,例如冷閉和誤流。充填太快會導致固體和氣體夾雜。充填時間的上限(最慢充填)是為了避免薄片在完全充填前過早結冰而設定的。表面湍流的出現控制著填充時間的下限(最快填充)。
正確的充填時間介於快速充填與慢速充填之間。它是鑄造金屬、重量、最小截面厚度和澆注溫度的函數。鑄造研究人員基於實驗研究開發了幾個經驗公式來確定金屬的正確充填時間。
金屬流速
合適的充填時間的決定,係以便能設計澆道來防止表面擾流,並減少澆道和模穴內的整體擾流。在精密鑄造澆注系統設計中,它主要取決於熔融金屬的速度,該速度在澆道內和模穴內差異很大。對於鑄件中的給定位置,速度會從充填開始到結束隨時間而變化。

