了解铸造金属的收缩

随着金属3D打印的出现，金属铸造工艺在现代制造业中也变得至关重要。铸造金属零件可以通过数控加工达到近乎完美的尺寸，铸造仍然是快速生产复杂几何形状的常用方法。 

无论是压铸、开模铸造、砂型铸造，还是任何其他主要涉及熔融金属或塑料冷却的铸造工艺，收缩始终是一个关键挑战。金属铸造的收缩会显著影响铸件的质量、尺寸、尺寸精度以及完整性。 

在本文中，您将了解铸造过程中的收缩、关键的工程挑战以及最大限度地减少铸造收缩的方法。 

什么是收缩？

铸造缺陷

工程学中的收缩是指金属在铸模内从熔融状态凝固时体积的减小。收缩是一种常见的缺陷，由于金属和合金在从液态转变为固态的过程中，其材料特性决定了其凝固过程中产生的收缩，因此某些允许的收缩也是铸造工艺的一部分。 

当液态金属被倒入模具时，它几乎会立即开始凝固，从而导致体积变化。铸造参数（例如温度、冷却速度和模具设计）必须能够适应任何收缩，以最大程度地减少收缩。 金属铸造缺陷. 

铸造中的收缩有三种类型：

1. 液体收缩： 这种收缩发生在熔融金属从浇注温度冷却到凝固点的过程中。热量的损失使液态金属凝固，使其收缩并减小体积。
2. 凝固收缩： 这是收缩的一个阶段，随着金属从液态转变为固态，体积会减小（3-7%）。铝和铜等合金的液态到固态收缩率较高，因为不同合金的收缩率不同。 
3. 固体收缩： 整个材料凝固后，固体 金属铸件 冷却至正常室温后，可能会发生更剧烈的收缩。虽然收缩程度不如前几种情况明显，但仍然会破坏任何严格的公差，通常被称为模具收缩，因为这种收缩在模具设计中已经考虑在内。

收缩缺陷的原因

铸造金属的收缩缺陷并非与单一性能相关。虽然金属的物理性能起着重要作用，但从铸造设计到工艺参数等许多其他因素都可能导致收缩。 

喂养系统

浇注系统是金属或材料流入任何模腔的地方。一个设计良好的浇注系统，包括冒口和浇口，应确保熔融金属持续、流畅地供应到所有部件，以补偿铸件收缩。其目的是迫使材料补偿任何收缩。 

冒口和浇口质量不佳通常会导致液态金属流动不足，阻碍其在凝固过程中到达铸模的各个区域。这会导致内部缩孔和缩松。对于砂型铸造来说，这是一个常见问题，因为冒口可能无法为铸件提供足够的压力。 

浇注温度错误

收缩的另一个关键因素是浇注熔融金属的温度。如果浇注温度过高，可能会导致额外的液体收缩和不均匀的冷却。这会导致更多的缺陷，并且通常会出现可见的孔隙或不完整的铸件。 

同样，浇注温度过低也会导致早期凝固。由于进入铸件的液体先凝固，它会阻塞或限制液态金属的流动，尤其是在微通道中，从而导致缩孔。 

将熔融金属倒入铸件需要技巧和经验来平衡流动和凝固。 

冷却速率

模具设计、形状和铸件的几何形状都会影响铸件的冷却速度。壁厚是影响冷却速度的另一个因素。冷却速度不均匀主要是由于壁厚不均匀或壁厚变化，从而导致收缩和缺陷难以预测。 

具体来说，在注塑成型中，通常的做法是通过加强筋或在铸模中使用型芯来增强部件，但这可能会导致进一步的困难。定向凝固是最大程度减少收缩并确保部件满足要求的重要参数。 注塑公差. 

合金成分

铝铸件

铸造合金的成分对于确定收缩率至关重要。即使使用铝，预期的收缩率也相同，但不同的合金会表现出不同的凝固收缩率。铝合金和铜合金的收缩率相当，但通常高于不锈钢和镍合金。

收缩缺陷的类型

熔融注射成型中的收缩缺陷可分为开放性收缩缺陷和封闭性收缩缺陷。 

开放性收缩缺陷

可以通过观察铸件表面来识别开口收缩缺陷，因为它们是可见的并且是在熔融金属不足以凝固收缩时发生的。 

管状结构是指铸件顶部形成的深锥形孔洞或低洼区域。它是材料在凝固过程中从铸件表面下方拉出而形成的凹陷。 

凹陷是指铸件冷却过程中收缩引起的铸件表面浅凹陷。除了美观问题外，凹陷并非主要问题。 

闭合收缩缺陷

闭式收缩缺陷发生在铸件内部。这些缺陷在表面不可见，会损害铸件的物理性能和结构完整性。 

内部收缩会导致铸件内部出现孔洞或空腔。宏观收缩较大，肉眼可见，是凝固收缩的结果。宏观收缩常见于截面厚度不一的模具设计中。 

微缩孔缺陷是指分布于铸件各处的微小缺陷和空隙。微缩孔缺陷是由于铸件设计复杂和凝固不均匀造成的。 

铸造中收缩起什么作用？

铸造机

损害结构完整性

收缩缺陷不仅会影响零件的尺寸和大小，还会导致内部出现空隙和孔洞，即所谓的孔隙。这会将应力集中在薄弱点，从而削弱铸件的强度，最终导致零件失效。 

尺寸精度

收缩会导致铸件在冷却过程中尺寸发生变化，从而导致其与预期几何尺寸出现偏差。大多数情况下，这些尺寸变化已在模具设计中考虑，但铸件公差可能需要额外的加工和磨削操作。 

务必考虑模型制作人员的收缩量，以确保最终铸件符合尺寸要求。您可以根据铸件设计的合金成分和几何形状计算收缩余量。 

表面处理

诸如表面塌陷之类的开放性收缩缺陷会导致表面不平整，影响部件的美观和功能。例如，在 高压压铸 或蜡铸，收缩造成的表面缺陷需要额外的精加工工序。 

如何最大限度地减少铸造收缩？

优化模具设计

设计模具时，应使用合适的冒口、浇口和足够的金属流道来控制铸件收缩。冒口可以作为收缩时的储液器，解决诸如表面凹陷之类的开放式收缩缺陷。 

浇口设计必须确保流动顺畅，并尽量减少浇注和凝固过程中的壁面移动。 

控制冷却速率

铸造后的金属齿轮

减少收缩的最佳方法是实现铸件材料均匀冷却。定向凝固可用于控制冷却过程。定向凝固可确保铸件从一端到另一端逐渐冷却。 

控制冷却速度的另一种方法是使用冷却器，即放置在模具中的插入件，可以加速某些部分的冷却。 

使用绝缘体

绝缘体也可以用来控制冷却速度。绝缘体保持缓慢的冷却速度，以维持液态金属的供应。 

压铸服务

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结语

铸造金属的收缩是制造过程中每个阶段都需要解决的难题。从3D零件设计到模具设计，从铸造参数到表面光洁度，许多因素都会影响收缩。 

了解收缩的原因并考虑模型制造者的收缩，可以防止孔隙、表面凹陷等缺陷，并生产出尺寸精度良好的零件。虽然大多数铸造厂通常对同一组合金使用相似的收缩裕度，但铸件的几何形状可能会带来差异，这可以通过技能和经验来弥补。 

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