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采煤機殼體結構是否合理 鑄造工藝師有話說

作者:管理員    發布于:2015-6-6 14:36:58    點擊量:   來源:http://litwon.com

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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