2.5　鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

鑄件結(jié)構(gòu)工藝性是指鑄件的結(jié)構(gòu)應在滿足使用要求的前提下，還要滿足鑄造性能和鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)要求的一種特性。它是衡量鑄件設計質(zhì)量的一個重要方面。合理的鑄件結(jié)構(gòu)不僅能保證鑄件質(zhì)量，滿足使用要求，而且工藝簡單、生產(chǎn)率高、成本低。

2.5.1　鑄造性能對鑄件結(jié)構(gòu)的要求

1.鑄件壁厚要合理

在一定的工藝條件下，由于受鑄造合金流動性的限制，能鑄出的鑄件壁厚有一個最小值。若實際壁厚小于它，就會產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。表2.5.1列出了在砂型鑄造條件下常用鑄造合金所允許的最小壁厚值。但是，鑄件壁厚過大，鑄件壁的中心冷卻較慢，會使晶粒粗大，還容易引起縮孔、縮松缺陷，使鑄件強度隨壁厚增加而顯著下降，因此，不能單純用增加壁厚的方法提高鑄件強度。通常采用加強肋（圖2.5.1）或合理的截面結(jié)構(gòu)（丁字形、工字形、槽形）滿足薄壁鑄件的強度要求。一般鑄件的最大臨界壁厚約為最小壁厚的三倍。

2.鑄件壁厚要均勻

鑄件薄厚不均，必然在壁厚交接處形成金屬聚集的熱節(jié)而產(chǎn)生縮孔、縮松，并且由于冷卻速度不同容易形成熱應力和裂紋（圖2.5.2）。確定鑄件壁厚，應將加工余量考慮在內(nèi)，有時加工余量會使壁厚增加而形成熱節(jié)。

3.鑄件內(nèi)壁應薄于外壁

鑄件內(nèi)壁和肋，散熱條件較差，內(nèi)壁薄于外壁，可使內(nèi)、外壁均勻冷卻，減小內(nèi)應力，防止裂紋。內(nèi)、外壁厚相差值約為10％～30％。

4.鑄件壁連接要合理

為減少熱節(jié)，防止縮孔，減少應力，防止裂紋，壁間連接應有鑄造圓角（圖2.5.3）。不同壁厚的連接應逐步過渡（圖2.5.4），以防接頭處熱量聚集和應力集中。鑄件上的肋或壁的連接應避免十字交叉和銳角連接（圖2.5.5）。

5.避免鑄件收縮受阻

如果鑄件收縮受到阻礙，產(chǎn)生的內(nèi)應力超過材料的抗拉強度時將產(chǎn)生裂紋。如圖2.5.6所示手輪鑄件，圖2.5.6（a）為直條形偶數(shù)輪輻，在合金線收縮時手輪輪輻中產(chǎn)生的收縮力相互抗衡，容易出現(xiàn)裂紋。可改用奇數(shù)輪輻［圖2.5.6（b）］或彎曲輪輻［圖2.5.6（c）］，這樣可借助輪緣、輪轂和彎曲輪輻的微量變形自行減緩內(nèi)應力，防止開裂。

6.防止鑄件翹曲變形

細長形或平板類鑄件在收縮時易產(chǎn)生翹曲變形。如圖2.5.7所示，改不對稱結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)或采用加強肋，提高其剛度，均可有效地防止鑄件變形。

2.5.2　鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求

從工藝上考慮，鑄件的結(jié)構(gòu)設計，應有利于簡化鑄造工藝；有利于避免產(chǎn)生鑄造缺陷；便于后續(xù)加工。注意以下幾個方面：

1.鑄件外形力求簡單

在滿足鑄件使用要求的前提下，應盡量簡化外形，減少分型面，以便造型。圖2.5.8（a）所示端蓋存在側(cè)凹，需三箱造型或增加環(huán)狀型芯。若改為圖2.5.8（b）結(jié)構(gòu)，可采用簡單的兩箱造型，造型過程大為簡化。

圖2.5.9（a）所示凸臺通常采用活塊（或外型芯）才能起模，若改為圖2.5.9（b）所示結(jié)構(gòu)，可以避免活塊或型芯，造型簡單。圖2.5.10（a）所示鑄件上的肋條使起模受阻，改為圖2.5.10（b）所示結(jié)構(gòu)后便可順利地取出模樣。

2.鑄件內(nèi)腔設計

鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)采用型芯來形成，使用型芯會增加材料消耗，且工藝復雜，成本提高，因此，設計鑄件內(nèi)腔時應盡量少用或不用型芯。圖2.5.11（a）所示鑄件，其內(nèi)腔只能用型芯成形，若改為圖2.5.11（b）所示結(jié)構(gòu)，可用自帶型芯成形。圖2.5.12所示支架，用圖2.5.12（b）所示的開式結(jié)構(gòu)代替圖2.5.12（a）所示的封閉結(jié)構(gòu)，可省去型芯。在必須采用型芯的情況下，應盡量做到便于下芯、安裝、固定以及排氣和清理。如圖2.5.13所示的軸承架鑄件，圖2.5.13（a）所示的結(jié)構(gòu)需要兩個型芯，其中大的型芯呈懸臂狀態(tài)，需用芯撐支撐，若按圖2.5.13（b）改為整體芯，其穩(wěn)定性大大提高，排氣通暢，清砂方便。

3.鑄件的結(jié)構(gòu)斜度

為了便于起模，垂直于分型面的非加工表面應設計結(jié)構(gòu)斜度，圖2.5.14（a）、（b）、（c）、（d）不帶結(jié)構(gòu)斜度不便起模，改為圖2.5.14（e）、（f）、（g）、（h）較合理。