采煤机壳体结构是否合理 铸造工艺师有话说

一、铸件质量对铸件结构的要求

1．铸件应有合理的壁厚

某些铸件缺陷的产生，往往是由于铸件结构设计不合理而造成的。采用合理的铸件结构，可防止许多缺陷。

每一种铸造合金，都有一个合适的壁厚范围，选择得当，既可保证铸件性能（机械性能）要求，又便于铸造生产。在确定铸件壁厚时一般应综合考虑以下三个方面：保证铸件达到所需要的强度和刚度；尽可能节约金属；铸造时没有多大困难。

（1）壁厚应不小于最小壁厚

在一定的铸造条件下，铸造合金能充满铸型的最小壁厚称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，应使铸件的设计壁厚不小于最小壁厚。各种铸造工艺条件下，铸件最小允许壁厚见表1～表4。

表1 砂型铸造时铸件最小允许壁厚（单位：㎜）

表2 熔模铸件的最小壁厚（单位：㎜）

表3 金属型铸件的最小壁厚（单位：㎜）

表4  压铸件的最小壁厚（单位：㎜）

（2）铸件的临界壁厚

在铸件结构设计时，为了充分发挥金属的潜力，节约金属，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚的敏感性。厚壁铸件容易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析和松软等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。从这个方面考虑，各种铸造合金都存在一个临界壁厚。铸件的壁厚超过临界壁厚后，铸件的力学性能并不按比例地随着铸件壁厚的增加而增加，而是显著下降。因此，铸件的结构设计应科学地选择壁厚，以节约金属和减轻铸件重量。在砂型铸造工艺条件下，各种合金铸件的临界壁厚可按最小壁厚的3倍来考虑。铸件壁厚应随铸件尺寸增大而相应增大，在适宜壁厚的条件下，既方便铸造又能充分发挥材料的力学性能。表5，表6给出砂型铸造各种铸造合金的临界壁厚。

表5 砂型铸造各种铸造合金的临界壁厚（单位：㎜）

表6 碳素铸钢件砂型铸造的临界壁厚（单位：㎜）

（3）铸件的内壁厚度

砂型铸造时，铸件内壁散热条件差，即使内壁厚度与外壁厚度相等，但由于它比外壁的凝固速度慢，力学性能往往要比外壁低，同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力致使铸件产生裂纹。对于凝固收缩大的铸造合金还易产生缩孔和缩松，因此铸件的内壁厚度应比外壁厚度薄一些。　

图1 铸件内壁的合理结构   a，b）不合理     c）合理

表7砂型铸造各种铸造合金件内、外壁厚相差值  

注：铸件内腔尺寸大的取下限

对于锻钢制造的轴类零件来说，增大直径便可提高承载能力。但对铸件来说，随着壁厚的增加，中心部分晶粒粗大，承载能力并不随壁厚增加而成比例地增加。因此，在设计较厚铸件时，不能把增加壁厚当作提高承载能力的唯一办法。为了节约金属，减轻铸件重量，可以选择合理的截面形状，如承受弯曲载荷的铸件，可选用“T”型或“工”型截面。采用加强筋也可减小铸件壁厚。一般筋厚﹤内壁厚﹤外壁厚。

2 . 铸件壁应合理连接

铸件壁厚不均，厚薄相差悬殊，会造成热量集中，冷却不均，不仅易产生缩孔、缩松，而且易产生应力、变形和裂纹。所以要求铸件壁厚尽量均匀，如图2（a）所示结构中壁厚不均，在厚的部分易形成缩孔，在厚薄连接处易形成裂纹。改为2（b）结构后，由于壁厚均匀，即可防止上述缺陷产生。也可用薄壁加加强筋结构。加强筋的布置应尽量避免或减少交叉，防止习惯年成热节。例如钳工划线平台，其筋条布置如图3所示。

铸件各部分壁厚不均现象有时不可避免， 此时应采用逐渐过渡的方式，避免截面突然变化。接头断面的类型大致可分为L、 V、K、T  和十字型五种。在接头处，凝固速度慢,容易产生应力集中、裂纹、变形、缩孔、缩松等缺陷。在接头形式的选用中,应优选L型接头，以减小与分散热节点及避免交叉连接。

逐渐过渡的形式与尺寸如表8所示。由表可知，壁厚差别不很大时，采用圆弧过渡（）；  壁厚差别很大时，采用L型过渡，在同等情况下，铸钢件的过渡尺寸比铸铁件要大。两壁相交，其相交和拐弯处要作成圆角。

图2 均匀壁厚避免形成热节举例

3．结构斜度

进行铸件设计时，凡顺着拔模方向的不加工表面尽可能带有一定斜度以便于起模，便于操作，简化工艺。铸件垂直度越小，斜度越大。

综合以上所述，为了保证铸件质量，铸件的合理结构为：

1)  壁厚力求均匀，减小厚大断面，防止形成热节。办法是将厚大部位挖去一部分。

2) 内壁厚度应小于外壁。因为内壁冷却慢，适当减薄。

3) 应有利于补缩和实现顺序凝固。

有些铸件铸锭厚度较大或厚度不均。如果该件所用合金的体积收缩较大，则很容易形成缩孔、缩松。此时应仔细审查零件结构，尽可能采取顺序凝固方式，让薄壁处先凝，厚壁处后凝，使在厚壁处易于安放冒口补缩，以防止缩孔、缩松。

4) 注意防止发生翘曲变形。

细长杆状铸件，大平板铸件，增加加强筋及改变截面形状

床身一类的铸件，其截面形状不允许变化，为防止其变形可采用反挠度，即在模样上采取反变形量。如果既不能设加强筋，又不能该变截面形状，只好采用人工失效方法消除应力减少变形。

5) 应避免水平方向出现较大平面。大平面铸件的上部型砂时间受金属液体烘烤，容易造成夹砂。解决的办法是倾斜浇注或设计成倾斜壁。应避免铸件收缩时受到阻碍，否则会造成裂纹，对于收缩大的合金铸件尤其要注意这一点。

4 . 铸件结构设计原则

（1）设计铸件壁厚时应考虑到合金的流动性；

流动性越好的合金，充型能力越强，铸造时就不容易产生浇不足、冷隔等缺陷，因此，能铸出的铸件最小壁厚尺寸也就越小。

（2）铸型型腔的形状与尺寸大小是根据铸件的形状与尺寸决定的。不同的型腔形状和尺寸对液态金属的流动的阻力，散热情况是不同的，从而会导致液态金属在型腔内的流动与填充情况不同。因此，铸件结构上应尽量避免突变性的转变、壁厚急剧的变化、细长结构、大的水平面、高度较大的凸台等。

（3）一个铸件在生产过程中是否出现缩孔、缩松、变形、热裂、冷裂等收缩类铸造缺陷，出现在哪个部位、严重程度如何，都与铸件结构密切相关。由此可以得出指导铸件结构设计的原则：

1) 对凝固收缩大，容易产生集中缩孔的合金，如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜、无锡青铜、铝硅共晶合金等，倾向于采用顺序凝固方式铸造。这时在进行铸件结构设计时，应使铸件结构形式有利于顺序凝固。

2) 对溶液产生缩松的合金，如锡青铜、磷青铜等采用冒口补缩效果不大，常采用同时凝固方式来使缩松更分散些；对收缩较小的合金，如铸铁更倾向于采用同时凝固方式铸造。这时铸件的结构应是壁厚均匀，尽量减少金属的聚集与消除热节。对于一些结构形状复杂的大铸件，也可将其各部分按顺序或同时凝固方式设计。

3) 尽量使铸件结构有利于自由收缩，如尽量减少铸件的轮廓尺寸，减少突出部分，必要时可将一个铸件分成几个小铸件，然后用焊接或螺栓连接起来。

4) 尽量避免产生应力集中的形状，如不应有尖角、不同壁厚之间的连接要平缓。

5) 应考虑到各种铸造方法的工艺过程、凝固特点、铸型和型芯的特点。尤其市使用金属铸型和型芯的铸造方法。如金属型铸造、压力铸造，应便于铸件的抽芯和出芯。

二 、从生产工艺考虑—简化工艺便于操作—角度对铸件结构提出的要求

铸件结构不仅应有利于保证铸件质量，防止和减少铸造缺陷，而且应保证造型、制芯、清理等操作的方便，以利于提高生产率和降低成本。因此要求铸件要：

1   便于起模。

改进妨碍起模的凸台、凸缘，筋板和外表面侧凹。

2   减少和简化分型面

减少分型面的数目，既可减少砂箱数目，又能提高铸件尺寸精度。曲面分型，工艺复杂，操作不便（制造模样和造型不方便），应尽量做成平直分型面。

3   改进铸件内腔结构，尽量减少砂芯数量

4   简化清理操作

5  增加结构斜度

铸件最好有结构斜度。这样不仅起模方便，也提高铸件 尺寸精度，甚至减少砂芯数量。对那些不允许有结构斜度的铸件，在制造模样时，应做出角度很小的拔模斜度。

三、   组合铸件

有些大而复杂的铸件，受工厂条件限制，无法生产或虽能生产但质量难以保证，可用“一分为二”或“化整为零”。即分成两个或两个以上的简单铸件，使复杂铸件分成简单件，大件变成小件，铸造完后再用螺栓或焊接方法连接起来。这样做，不仅简化铸造过程，加工和运输也方便，并使原来无法生产的铸件得以生产。