翻砂铸造是指用粘土粘结砂作造型材料生产铸件,是历史悠久的工艺方法,也是应用范围广的工艺方法。那么,翻砂铸造时,通过合理设计铸件结构可有效降低变形风险,主要可从以下几方面着手:

壁厚设计
壁厚均匀化:尽量使铸件各部分壁厚均匀一致,避免出现过厚或过薄的区域。如无法避免壁厚差异,应采用逐渐过渡的方式,如设计合理的过渡圆角,以减缓冷却速度的变化,减少因收缩不均产生的内应力,降低变形风险。例如,在设计箱体类铸件时,将各部分壁厚设计成相近尺寸,对于必须存在的厚壁部位,如安装轴承的凸台,可通过增设加强筋来增强其强度,而不是一味增加壁厚。
合理控制壁厚:在满足铸件强度和使用要求的前提下,尽可能减小壁厚。壁厚过大不仅会增加材料成本和冷却时间,还容易在厚壁中心部位形成缩孔、缩松等缺陷,进而导致铸件变形。一般来说,铸铁件的壁厚不宜超过 20 - 30mm,铸铝件的壁厚在 3 - 5mm 较为合适。
结构对称性
保持外形对称:设计铸件时,应使外形尽可能对称。对称结构在冷却过程中各部分收缩均匀,内应力分布平衡,可有效减少变形。例如,对于一些圆形或方形的铸件,尽量保证其圆周或四边的壁厚均匀、结构对称。如果是一些非对称结构的铸件,可通过增加工艺补贴或配重等方式,使其在铸造过程中近似对称,以平衡收缩应力。
合理设计内部结构:不仅铸件的外形要对称,内部结构如加强筋、凸台等也应尽量对称布置。例如,在设计大型平板类铸件时,加强筋应均匀分布在平板的底部,且关于平板的中心轴对称,这样可使平板在冷却过程中各部位收缩均匀,防止因局部应力集中而产生变形。
加强筋的应用
合理布置加强筋:在铸件的薄弱部位或容易产生变形的部位合理设置加强筋,可提高铸件的刚性,减少变形。加强筋的厚度一般为铸件壁厚的 0.6 - 0.8 倍,高度不宜过高,以免在冷却过程中产生过大的应力。例如,在设计薄壁的罩壳类铸件时,可在罩壳的侧面和顶部设置适量的加强筋,以增强其抗变形能力。
优化加强筋结构:为了进一步提高加强筋的效果,可对其结构进行优化。如采用梯形或弧形的加强筋,其过渡更为平滑,可减少应力集中;在加强筋与铸件本体的连接处,设计合适的圆角,也能有效降低因应力集中导致的变形风险。
此外,在翻砂铸造过程中,还需结合合理的铸造工艺、合适的材料选择以及严格的质量控制等措施,才能更全面地降低铸件的变形风险,提高铸件的质量和尺寸精度。