【正文】 條件下，應考 慮其鑄造工藝性。 表 15 鑄造斜度 為了增加鑄件的力學性能、減輕鑄件重量、消除鑄件的縮孔和防止鑄件產生裂紋、變形、夾砂等缺陷，在鑄件結構設計中大量采用肋。 表 14 壁厚的過渡形式與尺寸 非加工面上的鑄鐵壁的內、外兩側，沿著起模方向應該設計出適當?shù)男倍龋唇Y構斜度，以便于起模和簡化鑄造工藝。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。 表 1— 3 砂型鑄造各種鑄造合金件之內外壁厚度相差值 合金種類 鑄鐵 鑄鋼 鑄鋁 鑄銅 鑄件內壁比外壁厚度應減少的相對值 10~20 20~30 10~20 15~20 一般情況下，鑄件壁的斷面尺寸不可能完全相同，同時，鑄壁有類型各異的接頭。 砂型鑄造各種鑄造合金件之內、外避厚度相 差值可參考表 1— 3。 砂型鑄造時，散熱條件差的鑄件內壁，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，力學性能往往比外壁的要低，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。 表 1— 2 砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的臨界壁厚 合金種類與牌號 當鑄件重量為下列值時 ~2.5Kg ~10Kg 10Kg 灰鑄鐵 HT100 、HT150 8~10 10~15 20~25 HT200 、HT250 12~15 12~15 12~18 HT300 12~18 15~18 25 HT350 15~20 15~20 25 可鍛鑄鐵 KTH300— 0KTH330— 08 6~10 10~12 —— KTH350— KTH3 70— 12 6~10 10~12 —— 球墨鑄鐵 QT400— 1QT450— 10 10 15~20 50 QT500— 0QT600— 03 14~18 18~20 60 上述推薦的臨界壁厚數(shù)值雖不相同，但可作 為設計鑄件壁厚時參考。厚大的球墨鑄鐵件，易出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，造成球化不良，使鑄件的力學性能顯著惡化，因此球墨鑄鐵的壁厚也不能過大。從這方面考慮，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以后，鑄件的力學性能并不按比例地隨著鑄件厚度的增 加而增加，二十顯著地下降。 在鑄件結構設計時，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性能對鑄件壁厚的敏感性。對于砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的最小壁厚可參考表 11 表 11 砂型鑄造鑄鐵件最小壁厚 （單位： mm） 鑄鐵種類 當鑄件最大輪廓為以下值時 200 200~400 400~800 800~1250 1250~2021 2021 灰鑄鐵 3~4 4~5 5~6 6~8 8~10 10~12 孕育鑄鐵 5~6 6~8 8~10 10~12 12~16 16~20 球墨鑄鐵 3~4 4~8 8~10 10~12 —— —— 含磷較高的鑄鐵 2 ———— 鑄件的最小壁厚還和最小壁厚處所具有的面積有關。在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄造合金的最小壁厚。 鑄件質量對零件結構的要求 合理的零件結構可以消除許多鑄造缺陷。 鑄件的結構是否合理，和鑄造合金的種類、產量的多少、鑄造方法和生產條件等密切相關。所以鑄造零件的設計結構除了應滿足機器設備本身的使用性能和機械加工的要求外，還應滿足鑄造工藝的要求。 第二節(jié) 零件結構的鑄造工藝性 鑄件的生產，不僅需要采用合理的先進的鑄造工藝和設備，而且還要求零件的設計結構適合鑄造生產的要求。球墨鑄鐵的冒口與普通鋼及白口鐵不同，球墨鑄鐵冒口設置的合理性在于它能夠充分補充鐵液的液態(tài)收縮，而當鐵液進入共晶膨 脹階段時，澆注系統(tǒng)和冒口頸及時冷凍，使鑄件利用石墨析出的膨脹進行 自補縮。需要指出的是，此時要特別注意采取適當?shù)拇胧┨岣哞T型的透氣性，同時要盡可能地降低型砂中的水份，以防止出現(xiàn) “嗆火 ”。 （ 4）在凝固過程中球墨鑄鐵的體積變化可以分為三個階段 :鐵液澆入鑄型后至冷卻到共晶溫度過程中的液態(tài)收縮，共晶凝固過程中由于石墨球的析出引起的體積膨脹 ，鐵液凝固后冷卻過程中的體收縮。由于在球墨鑄鐵共晶凝固過程中石墨很快被奧氏體殼包圍，石墨長大過程中因體積增大所引起的膨脹不能傳遞到鐵液中，從而產生較大的共晶膨脹力。經過球化和孕育處理，球墨鑄鐵的石墨核心較之灰鑄鐵多很多，因而其共晶團尺寸也比灰鑄鐵細得多。這使球墨鑄鐵凝固過程中的補縮變得困難。球墨鑄鐵由于石墨球在長大后期被奧氏體殼包圍，其長大需要通過碳原子的擴散進行，因而凝固過程進行較慢，以至于要求在更大的過冷度下通過在新的石墨異質核心上形成新的石墨晶核來維持共晶凝固的進行。 、球墨鑄鐵的凝固特性與補縮工藝特 點 球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比在凝固特性上有很大的不同，主要表現(xiàn)在以下方面： （ 1）球墨鑄鐵的共晶凝固范圍較寬。對于用稀土處理的鐵液，其澆注溫度可參閱我國有關手冊。 （ 6）在澆注系統(tǒng)中安放過濾網(wǎng)會有助于排除夾渣。 （ 4）采用半封閉式澆注系統(tǒng)，根據(jù)美國鑄造學會推薦的數(shù)據(jù)，直澆道、橫澆道與內澆道的比例為 4： 8： 3。 （ 2）嚴格控制鎂的殘留量，最好在 %以下。同時，如果這些夾渣進入型腔，將會造成夾雜、針孔、鑄件表面粗糙等鑄造缺陷。 球墨鑄鐵的工藝設計 第一節(jié) 工藝特點 球墨鑄鐵的流動性與澆注工藝 球化處理過程中球化劑的加入，一方面使鐵液的溫度降低，另一方面鎂、稀土等元素在澆包及澆注系統(tǒng)中形成夾渣。因此，經過球化處理后鐵液的流動性下降。 為解決上述問題，球墨鑄鐵在鑄造工藝上須注意以下問題： （ 1）一定要將澆包中鐵液表面的浮渣扒干凈， 最好使用茶壺嘴澆包。 （ 3）澆注系統(tǒng)要有足夠的尺寸，以保證鐵液能做盡快充滿型 腔，并盡可能不出現(xiàn)紊流。 （ 5）內澆口盡可能開在鑄型的底部。 （ 7）適當提高澆注溫度以提高鐵液的充型能力并避免出現(xiàn)碳化物。對于用鎂處理的鐵液，根據(jù)美國鑄造學會推薦的數(shù)據(jù)，當鑄件壁厚為 25mm 時，澆注溫度不低于 1315℃ ；當鑄件壁厚為 6mm 時 ， 澆注溫度不低于 1425℃ ?；诣T鐵共晶凝固時，片狀石墨的端 部始終與鐵液接觸，因而共晶凝固過程進行較快。因此，球墨鑄鐵在凝固過程中在斷面上存在較寬的液固共存區(qū)域，其凝固方式具有粥狀凝固的特性。 （ 2）球墨鑄鐵的石墨核心多。 （ 3）球墨鑄鐵具有較大的共晶膨脹力。當鑄型剛度不高時，由此產生的共晶膨脹將引起縮松缺陷。 由于上述凝固特性，從補縮的角度考慮，球墨鑄鐵在鑄造工藝上有以下特點： （ 1）鑄型要有高的緊實度，以使鑄型有足夠的剛度以抵抗球墨鑄鐵共晶凝固時的共晶膨脹力。 （ 2）合理設置澆冒口。 （ 3）砂箱應有足夠的剛度，上箱和下箱之間應有牢固的緊固裝置。 在鑄造生產中常碰到一些鑄件的結構不合理，給生產帶來困難，甚至有的 很難鑄出，有的保證不了鑄件的質量。這種對于鑄造生產而言的鑄件結構的合理性（包括形狀、尺寸及其各部分的相互位置），叫鑄件的“鑄造工藝性”。下面從保證鑄件質量、簡化鑄造工藝和鑄造合金的特點等幾個方面介紹鑄造工藝對鑄件結構的要求。為保證獲得優(yōu)質鑄件，對零件結構的要求應考慮以下幾個方面： 從保證合金液充型能力看，在設計鑄件壁厚時，要考慮合金液的流動性和鑄件的輪廓尺寸。為了避免鑄件的澆不到和冷隔等缺陷 ，應使鑄件的設計壁厚不小于最小壁厚。鑄件的設計壁厚小于最小壁厚時，應采用特殊工藝予以保證。厚壁鑄件易產生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析和硬度低等缺陷，從而使鑄件的力學性能下降。因此，鑄件的結構設計應科學地選擇壁厚，以節(jié)約金屬和減輕鑄件重量。 砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的臨界壁厚可按其最小壁厚的三倍來考慮，也可按表 12 來確定。很顯然，臨界壁厚的數(shù)值對于設計薄壁鑄件具有直接的參考價值；對于設計重型鑄件也可 參考臨界壁厚數(shù)值，從選擇合理的斷面結構形狀著手，以盡量避免過厚的斷面。因此，將鑄件的內壁厚度設計得比外壁薄一些是合理的。外壁的模數(shù)一般應為內壁模數(shù)的 ~ 倍。壁的過渡形式和尺寸可參考表 1— 4，接頭斷面的類型大致可分為 L 形、 T形、 V 形、 Y 形和十字形等五種形式。在 接頭形式的選用中，應注意優(yōu)先選用 L形接頭，以減少或分散熱節(jié)點，避免交叉連接。斜度的設計可參考表 15.。 在肋的設計中，應考慮其合理的位置、形狀和尺寸。 設計肋時，要盡量分散與減少熱節(jié)點，避免多條肋互相交叉，肋與肋和肋與壁的連接處要有圓角，垂直于分型面的肋應有鑄造斜度。 肋的布置應減少熱節(jié)點；肋的布置要盡量避免肋與肋的十字形交叉。 肋的尺寸 肋的厚度應小于鑄件的壁厚，鑄件內腔中肋的厚度應小于 鑄件的外肋的厚度。它們都會在鑄件上造成金屬局部堆積，對于凝固收縮大的合金，在凸臺內易形成縮孔、縮松，降低鑄件的質量。凸臺之間的中心距較小時，應將凸臺連成一整體，以便于鑄造和切削加工。有關凸臺的設計可參考表 1— 6~表 18。 表 18 孔邊凸臺 鑄件結構應根據(jù)鑄造合金凝固體收縮和線收縮特性、鑄件結構形狀特點進行設計。球墨鑄鐵的彈性模量較灰鑄鐵高，殘余應力大，加上相變應力，往往使其韌性降低很多，因此壁厚不均的球墨鑄鐵件易產生裂紋。其基本要求如下： 1. 簡化或減少分型面的鑄件結構 2. 減少 砂芯數(shù)量的鑄件結構 鑄件的內腔一般要用砂芯形成，這就增加制芯工時和工藝裝備，而且使鑄型裝配復雜化和增加鑄件的清理工作量，因此，鑄件的結構應盡量不用或少用砂芯。 4. 有利于砂芯的固定和排氣的鑄件結構為了保證鑄件的尺寸精度，防止偏芯和氣孔等鑄造缺陷，鑄件的結構應有利于砂芯固定和排氣。 5. 具有鑄造工藝孔的鑄件結構 具有封閉形狀或半封閉形狀內腔的鑄件，要設計出鑄造工藝孔。 6. 有利于鑄件清理的鑄件結構 鑄件的清理工作包括清砂、切割澆冒口、去除飛邊毛刺、打磨休整、矯正變形和修補缺陷等。因此，鑄件的結構設計，應盡量為鑄件的清理提供方便。除此之外，鑄件輪廓的設計應有利于清砂，有利于切割冒口和減少設置冒口的結構。 8. 鑄件與其他零件的裝配間隙 鑄件與其他零件裝配時，其鑄造表面與其相鄰零件之間的設計間隙，除應考慮鑄件尺寸公差帶外，還應