采煤機殼體結構是否合理 鑄造工藝師有話說
采煤機殼體結構是否合理 鑄造工藝師有話說
一、鑄件質量對鑄件結構的要求
1．鑄件應有合理的壁厚
某些鑄件缺陷的產生，往往是由于鑄件結構設計不合理而造成的。采用合理的鑄件結構，可防止許多缺陷。
每一種鑄造合金，都有一個合適的壁厚范圍，選擇得當，既可保證鑄件性能（機械性能）要求，又便于鑄造生產。在確定鑄件壁厚時一般應綜合考慮以下三個方面：保證鑄件達到所需要的強度和剛度；盡可能節約金屬；鑄造時沒有多大困難。
（1）壁厚應不小于最小壁厚
在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小壁厚稱為該鑄造合金的最小壁厚。為了避免鑄件的澆不足和冷隔等缺陷，應使鑄件的設計壁厚不小于最小壁厚。各種鑄造工藝條件下，鑄件最小允許壁厚見表1～表4。
表1 砂型鑄造時鑄件最小允許壁厚（單位：㎜）
表2 熔模鑄件的最小壁厚（單位：㎜）
表3 金屬型鑄件的最小壁厚（單位：㎜）
表4 壓鑄件的最小壁厚（單位：㎜）
（2）鑄件的臨界壁厚
在鑄件結構設計時，為了充分發揮金屬的潛力，節約金屬，必須考慮鑄造合金的力學性能對鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件容易產生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析和松軟等缺陷，從而使鑄件的力學性能下降。從這個方面考慮，各種鑄造合金都存在一個臨界壁厚。鑄件的壁厚超過臨界壁厚后，鑄件的力學性能并不按比例地隨著鑄件壁厚的增加而增加，而是顯著下降。因此，鑄件的結構設計應科學地選擇壁厚，以節約金屬和減輕鑄件重量。在砂型鑄造工藝條件下，各種合金鑄件的臨界壁厚可按最小壁厚的3倍來考慮。鑄件壁厚應隨鑄件尺寸增大而相應增大，在適宜壁厚的條件下，既方便鑄造又能充分發揮材料的力學性能。表5，表6給出砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚。
表5 砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚（單位：㎜）
表6 碳素鑄鋼件砂型鑄造的臨界壁厚（單位：㎜）
（3）鑄件的內壁厚度
砂型鑄造時，鑄件內壁散熱條件差，即使內壁厚度與外壁厚度相等，但由于它比外壁的凝固速度慢，力學性能往往要比外壁低，同時在鑄造過程中易在內、外壁交接處產生熱應力致使鑄件產生裂紋。對于凝固收縮大的鑄造合金還易產生縮孔和縮松，因此鑄件的內壁厚度應比外壁厚度薄一些。
圖1 鑄件內壁的合理結構 a，b）不合理 c）合理
表7砂型鑄造各種鑄造合金件內、外壁厚相差值
注：鑄件內腔尺寸大的取下限
對于鍛鋼制造的軸類零件來說，增大直徑便可提高承載能力。但對鑄件來說，隨著壁厚的增加，中心部分晶粒粗大，承載能力并不隨壁厚增加而成比例地增加。因此，在設計較厚鑄件時，不能把增加壁厚當作提高承載能力的唯一辦法。為了節約金屬，減輕鑄件重量，可以選擇合理的截面形狀，如承受彎曲載荷的鑄件，可選用“T”型或“工”型截面。采用加強筋也可減小鑄件壁厚。一般筋厚﹤內壁厚﹤外壁厚。
2 . 鑄件壁應合理連接
鑄件壁厚不均，厚薄相差懸殊，會造成熱量集中，冷卻不均，不僅易產生縮孔、縮松，而且易產生應力、變形和裂紋。所以要求鑄件壁厚盡量均勻，如圖2（a）所示結構中壁厚不均，在厚的部分易形成縮孔，在厚薄連接處易形成裂紋。改為2（b）結構后，由于壁厚均勻，即可防止上述缺陷產生。也可用薄壁加加強筋結構。加強筋的布置應盡量避免或減少交叉，防止習慣年成熱節。例如鉗工劃線平臺，其筋條布置如圖3所示。
鑄件各部分壁厚不均現象有時不可避免， 此時應采用逐漸過渡的方式，避免截面突然變化。接頭斷面的類型大致可分為L、 V、K、T 和十字型五種。在接頭處，凝固速度慢,容易產生應力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。在接頭形式的選用中,應優選L型接頭，以減小與分散熱節點及避免交叉連接。
逐漸過渡的形式與尺寸如表8所示。由表可知，壁厚差別不很大時，采用圓弧過渡（）； 壁厚差別很大時，采用L型過渡，在同等情況下，鑄鋼件的過渡尺寸比鑄鐵件要大。兩壁相交，其相交和拐彎處要作成圓角。
圖2 均勻壁厚避免形成熱節舉例
3．結構斜度
進行鑄件設計時，凡順著拔模方向的不加工表面盡可能帶有一定斜度以便于起模，便于操作，簡化工藝。鑄件垂直度越小，斜度越大。
綜合以上所述，為了保證鑄件質量，鑄件的合理結構為：
1) 壁厚力求均勻，減小厚大斷面，防止形成熱節。辦法是將厚大部位挖去一部分。
2) 內壁厚度應小于外壁。因為內壁冷卻慢，適當減薄。
3) 應有利于補縮和實現順序凝固。
有些鑄件鑄錠厚度較大或厚度不均。如果該件所用合金的體積收縮較大，則很容易形成縮孔、縮松。此時應仔細審查零件結構，盡可能采取順序凝固方式，讓薄壁處先凝，厚壁處后凝，使在厚壁處易于安放冒口補縮，以防止縮孔、縮松。
4) 注意防止發生翹曲變形。
細長桿狀鑄件，大平板鑄件，增加加強筋及改變截面形狀
床身一類的鑄件，其截面形狀不允許變化，為防止其變形可采用反撓度，即在模樣上采取反變形量。如果既不能設加強筋，又不能該變截面形狀，只好采用人工失效方法消除應力減少變形。
5) 應避免水平方向出現較大平面。大平面鑄件的上部型砂時間受金屬液體烘烤，容易造成夾砂。解決的辦法是傾斜澆注或設計成傾斜壁。應避免鑄件收縮時受到阻礙，否則會造成裂紋，對于收縮大的合金鑄件尤其要注意這一點。
4 . 鑄件結構設計原則
（1）設計鑄件壁厚時應考慮到合金的流動性；
流動性越好的合金，充型能力越強，鑄造時就不容易產生澆不足、冷隔等缺陷，因此，能鑄出的鑄件最小壁厚尺寸也就越小。
（2）鑄型型腔的形狀與尺寸大小是根據鑄件的形狀與尺寸決定的。不同的型腔形狀和尺寸對液態金屬的流動的阻力，散熱情況是不同的，從而會導致液態金屬在型腔內的流動與填充情況不同。因此，鑄件結構上應盡量避免突變性的轉變、壁厚急劇的變化、細長結構、大的水平面、高度較大的凸臺等。
（3）一個鑄件在生產過程中是否出現縮孔、縮松、變形、熱裂、冷裂等收縮類鑄造缺陷，出現在哪個部位、嚴重程度如何，都與鑄件結構密切相關。由此可以得出指導鑄件結構設計的原則：
1) 對凝固收縮大，容易產生集中縮孔的合金，如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅、無錫青銅、鋁硅共晶合金等，傾向于采用順序凝固方式鑄造。這時在進行鑄件結構設計時，應使鑄件結構形式有利于順序凝固。
2) 對溶液產生縮松的合金，如錫青銅、磷青銅等采用冒口補縮效果不大，常采用同時凝固方式來使縮松更分散些；對收縮較小的合金，如鑄鐵更傾向于采用同時凝固方式鑄造。這時鑄件的結構應是壁厚均勻，盡量減少金屬的聚集與消除熱節。對于一些結構形狀復雜的大鑄件，也可將其各部分按順序或同時凝固方式設計。
3) 盡量使鑄件結構有利于自由收縮，如盡量減少鑄件的輪廓尺寸，減少突出部分，必要時可將一個鑄件分成幾個小鑄件，然后用焊接或螺栓連接起來。
4) 盡量避免產生應力集中的形狀，如不應有尖角、不同壁厚之間的連接要平緩。
5) 應考慮到各種鑄造方法的工藝過程、凝固特點、鑄型和型芯的特點。尤其市使用金屬鑄型和型芯的鑄造方法。如金屬型鑄造、壓力鑄造，應便于鑄件的抽芯和出芯。
二 、從生產工藝考慮—簡化工藝便于操作—角度對鑄件結構提出的要求
鑄件結構不僅應有利于保證鑄件質量，防止和減少鑄造缺陷，而且應保證造型、制芯、清理等操作的方便，以利于提高生產率和降低成本。因此要求鑄件要：
1 便于起模。
改進妨礙起模的凸臺、凸緣，筋板和外表面側凹。
2 減少和簡化分型面
減少分型面的數目，既可減少砂箱數目，又能提高鑄件尺寸精度。曲面分型，工藝復雜，操作不便（制造模樣和造型不方便），應盡量做成平直分型面。
3 改進鑄件內腔結構，盡量減少砂芯數量
4 簡化清理操作
5 增加結構斜度
鑄件最好有結構斜度。這樣不僅起模方便，也提高鑄件 尺寸精度，甚至減少砂芯數量。對那些不允許有結構斜度的鑄件，在制造模樣時，應做出角度很小的拔模斜度。
三、 組合鑄件
有些大而復雜的鑄件，受工廠條件限制，無法生產或雖能生產但質量難以保證，可用“一分為二”或“化整為零”。即分成兩個或兩個以上的簡單鑄件，使復雜鑄件分成簡單件，大件變成小件，鑄造完后再用螺栓或焊接方法連接起來。這樣做，不僅簡化鑄造過程，加工和運輸也方便，并使原來無法生產的鑄件得以生產。
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