采煤機(jī)殼體結(jié)構(gòu)是否合理 鑄造工藝師有話說
采煤機(jī)殼體結(jié)構(gòu)是否合理 鑄造工藝師有話說
一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求
1．鑄件應(yīng)有合理的壁厚
某些鑄件缺陷的產(chǎn)生，往往是由于鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而造成的。采用合理的鑄件結(jié)構(gòu)，可防止許多缺陷。
每一種鑄造合金，都有一個(gè)合適的壁厚范圍，選擇得當(dāng)，既可保證鑄件性能（機(jī)械性能）要求，又便于鑄造生產(chǎn)。在確定鑄件壁厚時(shí)一般應(yīng)綜合考慮以下三個(gè)方面：保證鑄件達(dá)到所需要的強(qiáng)度和剛度；盡可能節(jié)約金屬；鑄造時(shí)沒有多大困難。
（1）壁厚應(yīng)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(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)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(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了充分發(fā)揮金屬的潛力，節(jié)約金屬，必須考慮鑄造合金的力學(xué)性能對(duì)鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件容易產(chǎn)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(xué)性能下降。從這個(gè)方面考慮，各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚。鑄件的壁厚超過臨界壁厚后，鑄件的力學(xué)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)地選擇壁厚，以節(jié)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(yīng)隨鑄件尺寸增大而相應(yīng)增大，在適宜壁厚的條件下，既方便鑄造又能充分發(fā)揮材料的力學(xué)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(nèi)壁厚度
砂型鑄造時(shí)，鑄件內(nèi)壁散熱條件差，即使內(nèi)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(xué)性能往往要比外壁低，同時(shí)在鑄造過程中易在內(nèi)、外壁交接處產(chǎn)生熱應(yīng)力致使鑄件產(chǎn)生裂紋。對(duì)于凝固收縮大的鑄造合金還易產(chǎn)生縮孔和縮松，因此鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)比外壁厚度薄一些。
圖1 鑄件內(nèi)壁的合理結(jié)構(gòu) a，b）不合理 c）合理
表7砂型鑄造各種鑄造合金件內(nèi)、外壁厚相差值
注：鑄件內(nèi)腔尺寸大的取下限
對(duì)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(duì)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(shè)計(jì)較厚鑄件時(shí)，不能把增加壁厚當(dāng)作提高承載能力的唯一辦法。為了節(jié)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(qiáng)筋也可減小鑄件壁厚。一般筋厚﹤內(nèi)壁厚﹤外壁厚。
2 . 鑄件壁應(yīng)合理連接
鑄件壁厚不均，厚薄相差懸殊，會(huì)造成熱量集中，冷卻不均，不僅易產(chǎn)生縮孔、縮松，而且易產(chǎn)生應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)后，由于壁厚均勻，即可防止上述缺陷產(chǎn)生。也可用薄壁加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)筋的布置應(yīng)盡量避免或減少交叉，防止習(xí)慣年成熱節(jié)。例如鉗工劃線平臺(tái)，其筋條布置如圖3所示。
鑄件各部分壁厚不均現(xiàn)象有時(shí)不可避免， 此時(shí)應(yīng)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(zhǎng)、 V、K、T 和十字型五種。在接頭處，凝固速度慢,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。在接頭形式的選用中,應(yīng)優(yōu)選L型接頭，以減小與分散熱節(jié)點(diǎn)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(shí)，采用圓弧過渡（）； 壁厚差別很大時(shí)，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(jié)舉例
3．結(jié)構(gòu)斜度
進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)時(shí)，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(jiǎn)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(zhì)量，鑄件的合理結(jié)構(gòu)為：
1) 壁厚力求均勻，減小厚大斷面，防止形成熱節(jié)。辦法是將厚大部位挖去一部分。
2) 內(nèi)壁厚度應(yīng)小于外壁。因?yàn)閮?nèi)壁冷卻慢，適當(dāng)減薄。
3) 應(yīng)有利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)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(shí)應(yīng)仔細(xì)審查零件結(jié)構(gòu)，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(bǔ)縮，以防止縮孔、縮松。
4) 注意防止發(fā)生翹曲變形。
細(xì)長(zhǎng)桿狀鑄件，大平板鑄件，增加加強(qiáng)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(shè)加強(qiáng)筋，又不能該變截面形狀，只好采用人工失效方法消除應(yīng)力減少變形。
5) 應(yīng)避免水平方向出現(xiàn)較大平面。大平面鑄件的上部型砂時(shí)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(shè)計(jì)成傾斜壁。應(yīng)避免鑄件收縮時(shí)受到阻礙，否則會(huì)造成裂紋，對(duì)于收縮大的合金鑄件尤其要注意這一點(diǎn)。
4 . 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
（1）設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)應(yīng)考慮到合金的流動(dòng)性；
流動(dòng)性越好的合金，充型能力越強(qiáng)，鑄造時(shí)就不容易產(chǎn)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(jù)鑄件的形狀與尺寸決定的。不同的型腔形狀和尺寸對(duì)液態(tài)金屬的流動(dòng)的阻力，散熱情況是不同的，從而會(huì)導(dǎo)致液態(tài)金屬在型腔內(nèi)的流動(dòng)與填充情況不同。因此，鑄件結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免突變性的轉(zhuǎn)變、壁厚急劇的變化、細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、大的水平面、高度較大的凸臺(tái)等。
（3）一個(gè)鑄件在生產(chǎn)過程中是否出現(xiàn)縮孔、縮松、變形、熱裂、冷裂等收縮類鑄造缺陷，出現(xiàn)在哪個(gè)部位、嚴(yán)重程度如何，都與鑄件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。由此可以得出指導(dǎo)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則：
1) 對(duì)凝固收縮大，容易產(chǎn)生集中縮孔的合金，如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅、無(wú)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(shí)在進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使鑄件結(jié)構(gòu)形式有利于順序凝固。
2) 對(duì)溶液產(chǎn)生縮松的合金，如錫青銅、磷青銅等采用冒口補(bǔ)縮效果不大，常采用同時(shí)凝固方式來使縮松更分散些；對(duì)收縮較小的合金，如鑄鐵更傾向于采用同時(shí)凝固方式鑄造。這時(shí)鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)是壁厚均勻，盡量減少金屬的聚集與消除熱節(jié)。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的大鑄件，也可將其各部分按順序或同時(shí)凝固方式設(shè)計(jì)。
3) 盡量使鑄件結(jié)構(gòu)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(shí)可將一個(gè)鑄件分成幾個(gè)小鑄件，然后用焊接或螺栓連接起來。
4) 盡量避免產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀，如不應(yīng)有尖角、不同壁厚之間的連接要平緩。
5) 應(yīng)考慮到各種鑄造方法的工藝過程、凝固特點(diǎn)、鑄型和型芯的特點(diǎn)。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(yīng)便于鑄件的抽芯和出芯。
二 、從生產(chǎn)工藝考慮—簡(jiǎn)化工藝便于操作—角度對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)提出的要求
鑄件結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)有利于保證鑄件質(zhì)量，防止和減少鑄造缺陷，而且應(yīng)保證造型、制芯、清理等操作的方便，以利于提高生產(chǎn)率和降低成本。因此要求鑄件要：
1 便于起模。
改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)、凸緣，筋板和外表面?zhèn)劝肌?/span>
2 減少和簡(jiǎn)化分型面
減少分型面的數(shù)目，既可減少砂箱數(shù)目，又能提高鑄件尺寸精度。曲面分型，工藝復(fù)雜，操作不便（制造模樣和造型不方便），應(yīng)盡量做成平直分型面。
3 改進(jìn)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，盡量減少砂芯數(shù)量
4 簡(jiǎn)化清理操作
5 增加結(jié)構(gòu)斜度
鑄件最好有結(jié)構(gòu)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(shù)量。對(duì)那些不允許有結(jié)構(gòu)斜度的鑄件，在制造模樣時(shí)，應(yīng)做出角度很小的拔模斜度。
三、 組合鑄件
有些大而復(fù)雜的鑄件，受工廠條件限制，無(wú)法生產(chǎn)或雖能生產(chǎn)但質(zhì)量難以保證，可用“一分為二”或“化整為零”。即分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的簡(jiǎn)單鑄件，使復(fù)雜鑄件分成簡(jiǎn)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(jiǎn)化鑄造過程，加工和運(yùn)輸也方便，并使原來無(wú)法生產(chǎn)的鑄件得以生產(chǎn)。
