合金铸造性能对铸件结构的要求

时间：2022-10-21 百科知识版权反馈

【摘要】：铸件的最小壁厚　由于每种铸造合金的流动性不同，在相同铸造条件下，所能浇注出的铸件最小允许壁厚亦不同。在各种工艺条件下，铸造合金能充满型腔的最小厚度称为铸件的最小壁厚。铸件的最小壁厚主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。当铸件的收缩受到阻碍、铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件将产生裂纹。显然，对于抗裂性能要求较高的铸件应采用后两种轮辐的设计。

1.4.2　合金铸造性能对铸件结构的要求

1.4.2.1　铸件壁厚的设计

在确定铸件壁厚时，首先要保证铸件能达到所要求的强度和刚度，同时还必须从合金的铸造性能的可行性来考虑，以避免铸件产生某些铸造缺陷。

1.合理设计铸件壁厚

（1）铸件的最小壁厚　由于每种铸造合金的流动性不同，在相同铸造条件下，所能浇注出的铸件最小允许壁厚亦不同。如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。在各种工艺条件下，铸造合金能充满型腔的最小厚度称为铸件的最小壁厚。铸件的最小壁厚主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。表1-13所示为一般砂型铸造条件下的铸件最小壁厚。

表1-13　砂型铸造条件下几种合金铸件的最小壁厚　单位：mm

（2）铸件的临界壁厚　在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。因此，在设计铸件时，如果一味地采取增加壁厚的方法来提高铸件的强度，可能适得其反。因为各种铸造合金都存在一个临界壁厚。在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。一般在砂型铸造条件下，各种铸造合金的临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。

2.铸件壁厚应均匀，避免厚大截面

如图1-63a所示圆柱座铸件，其内孔需装配一根轴。现因壁厚过大，而出现缩孔。若采用如图1-63b所示挖空或图1-63c所示设置加强肋的方法，则其壁厚呈均匀分布。在保证使用性能的前提下，既可消除缩孔缺陷，又能节约金属材料。

图1-63　减小铸件壁厚并使其均匀的结构

a）产生缩孔　b）挖空　c）设置加强肋

1—缩孔　2—肋板

1.4.2.2　铸件壁的连接

1.铸件的结构圆角

铸件壁间的转角处一般应具有结构圆角，避免直角连接。因为直角连接的转角处形成了金属的积聚，内侧散热条件差，故较易产生缩孔和缩松缺陷；在载荷的作用下，直角处的内侧产生应力集中；同时，由于晶体结晶的方向性，使转角处形成了晶间脆弱，导致铸件在该处容易出现裂纹。采用圆角连接过渡，即可减小热节，缓和应力集中，如图1-64所示。

图1-64　不同转角处的热节

a）直角连接　b）圆角连接

2.避免锐角连接

铸件壁间出现锐角连接（见图1-65a）时，该处应力集中将增大，铸件将产生裂纹、缩孔等缺陷。为减小热节和应力，建议采用图1-65b所示的过渡形式。

3.厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡

当铸件各部分的壁厚难以做到均匀一致甚至存在有很大差别时，为减小应力集中，应采用逐步过渡的方法，防止壁厚的突变。表1-14所示为壁厚过渡的几种形式和尺寸。

图1-65　铸件壁的两种锐角连接形式

a）改进前　b）改进后

表1-14　壁厚过渡的几种形式及尺寸

4.减缓肋、辐收缩的阻碍

当铸件的收缩受到阻碍、铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件将产生裂纹。如图1-65所示为常见的轮形铸件。图1-65a所示的轮辐为直线形、偶数，当合金的收缩较大而轮毂、轮缘、轮辐的厚度差又较大时，铸件各部分因冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。偶数轮辐不能使铸件通过变形自行缓解其应力，故常在轮辐与轮缘（或轮毂）连接处产生裂纹。为防止上述裂纹，可改用图1-66b所示的弯曲轮辐，它可借助轮辐本身的微量变形自行缓解内应力。也可改为图1-66c奇数轮辐，此时，在内应力的作用下，可通过轮缘的微量变形自行减缓内应力。显然，对于抗裂性能要求较高的铸件应采用后两种轮辐的设计。