零件設(shè)計(jì)，特別是薄壁零件設(shè)計(jì)時(shí)，加強(qiáng)筋是不可或缺的考慮因素之。加強(qiáng)筋的存在可在不加大零件壁厚的情況下，增強(qiáng)其剛度和強(qiáng)度，從而減輕重量而節(jié)約材料，降低成本。眾所周知，在鑄造生產(chǎn)中，由于影響鑄件質(zhì)量的因素較多，僅考慮加強(qiáng)筋是不夠的，還必須在特定的鑄件結(jié)構(gòu)上增設(shè)工藝筋以達(dá)到：增加鑄件的剛度和強(qiáng)度，防止鑄件變形；減小鑄件壁厚，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、裂紋；減小大平面，防止鑄件產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤等。在實(shí)際生產(chǎn)中，工藝筋除可以達(dá)到以上目的外，特殊的工藝筋還可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮、排渣等功能，從而提高鑄件質(zhì)量。通過對(duì)工藝筋在鑄造生產(chǎn)中的作用研究，本文對(duì)典型鑄件的特殊鑄造工藝筋設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，對(duì)防止鑄造缺陷，提高鑄件質(zhì)量有事半功倍的作用。
1常規(guī)工藝筋的設(shè)計(jì)簡介1.1調(diào)節(jié)鑄件冷卻速度的工藝筋對(duì)于壁厚較薄而且平面較大的平板類鑄件，雖然凝固方式以同時(shí)凝固為主，但鑄件在鑄造過程中，不可避免地使大平面一面朝上，一面朝下。而上下兩個(gè)面的冷卻條件并不相同，上表面散熱條件比下工藝?yán)碚撆c應(yīng)用；；表面要好，冷卻速度快，導(dǎo)致上下面并非同時(shí)凝固，從而產(chǎn)生不同的收縮應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)，很易發(fā)生翹曲變形。如果在設(shè)計(jì)時(shí)，在下表面加上幾條工藝筋，使工藝筋與上表面的冷卻速度相同（注：工藝筋的壁厚應(yīng)確保鑄件同時(shí)凝固），即可避免鑄件變形的產(chǎn)生，而所加設(shè)的工藝筋在機(jī)械加工時(shí)可以切削加工去除。當(dāng)然，在保證平板類零件使用性能的情況下，設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)，可在一面增設(shè)加強(qiáng)筋，以提高零件的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)兼起到鑄造工藝筋的作用，而加強(qiáng)筋在機(jī)械加工時(shí)則不必去除。1.2防止鑄件縮孔、裂紋的工藝筋鑄件各部分壁厚相差過大，會(huì)產(chǎn)生金屬局部積聚形成熱節(jié)，凝固收縮時(shí)在熱節(jié)處易形成縮孔、縮松等缺陷。此外，各部分冷卻速度不同，易形成熱應(yīng)力，致使鑄件薄壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋。因此，在零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能使壁厚均勻，以防上述缺陷產(chǎn)生。為此，將壁厚減薄，但又不能減低其強(qiáng)度，采用加強(qiáng)筋則是非常有效之手段。嚴(yán)格來說，此加強(qiáng)筋也可稱之為工藝筋，主要是防止壁厚過大，產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。1.3防止鑄件產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤的工藝筋當(dāng)鑄件的平面較大時(shí)，如果不采取一定的工藝措施，在澆注過程中，熔融金屬對(duì)型腔上表面的強(qiáng)烈輻射，容易使上表面型砂急劇地膨脹而拱起或開裂，在鑄件表面造成夾砂、結(jié)疤缺陷。如果加設(shè)工藝筋（加強(qiáng)筋），大平面被分割為若干小平面，可有效避免上述問題。另外，該結(jié)構(gòu)還可有效提高鑄件的剛度，所以也可將該工藝筋稱為加強(qiáng)筋。
2特殊鑄造工藝筋的設(shè)計(jì)2.1排渣鑄造工藝筋的設(shè)計(jì)為不銹鋼閥體鑄造工藝簡圖。該鑄件重量約60kg，主要壁厚8mm左右。因其用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)環(huán)境中，該閥體選用1Cr18Ni9Ti材質(zhì)。在使用時(shí)要求該鑄件能承受2.5MPa以下的壓力而無滲漏，所以在制定鑄造工藝時(shí)必須考慮鑄件組織的致密性。考慮到不銹鋼的體收縮較大，雖然該鑄件壁厚不大，但必須有較好的補(bǔ)縮措施，以避免出現(xiàn)縮孔或縮松現(xiàn)象。為此，該鑄件采用橫做立澆的鑄造工藝。為了保證鑄件組織的致密性，除必要的冒口補(bǔ)縮外，還必須將鑄型中的雜物能有效去除，所以在鑄型的底部設(shè)置集雜包以保證鑄件鋼液的純潔。但在鑄件清理后發(fā)現(xiàn)在的A處（兩邊凸出的尺寸約為5的法蘭高點(diǎn)）有少量的浮渣，嚴(yán)重影響鑄件的質(zhì)量，雖然在鑄件焊補(bǔ)后可以使用，但這是明顯的鑄造缺陷。分析認(rèn)為，出現(xiàn)浮渣的原因在于在法蘭A處的鋼液熔渣不能有效漂浮到冒口中，若設(shè)置排渣通道則可解決該問題。設(shè)置了2個(gè)排渣工藝筋。在該工藝筋設(shè)置后的鑄件則有效解決了浮渣現(xiàn)象，保證了鑄件質(zhì)量。2個(gè)排渣工藝筋在與相關(guān)設(shè)計(jì)人員探討后認(rèn)為并不需要在機(jī)械加工時(shí)切除。
2.2防裂紋鑄造工藝筋（塊）的設(shè)計(jì)為原剎車轉(zhuǎn)子精密鑄件，重量約43kg，材質(zhì)20CrMnMo.該件上、中、下三層板由8處均布的寬度為6mm的筋板連接，并在中、下兩層板間再均布8處寬度為6mm的筋板。在鑄造過程中發(fā)現(xiàn)，該鑄件上、中、下三層的6mm連接筋板有輕微變形，特別是在滲碳淬火熱處理后，連接筋板的變形會(huì)進(jìn)步加大并導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。分析認(rèn)為，產(chǎn)生變形的主要原因在于該連接筋板剛度不足。為了解決剛度不足導(dǎo)致的筋板變形，將加大筋板厚度為8mm，并試生產(chǎn)，則筋板變形問題得以解決。但在生產(chǎn)中又發(fā)現(xiàn)新問題，在中A處（中、下兩層板連接筋板處）出現(xiàn)8處熱裂紋。分析認(rèn)為連接筋板加大為8mm后，與下層平板（6mm）厚度產(chǎn)生差別，且連接筋板在鑄件內(nèi)部，冷卻速度低于下層筋板，下層筋板冷卻凝固后連接筋板對(duì)其產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于其高溫強(qiáng)度時(shí)而產(chǎn)生熱裂紋（8處連接部位均有裂紋，從裂紋斷口形態(tài)已經(jīng)確定為熱裂）。針對(duì)該問題，若在下層平板上加設(shè)工藝凸緣以增大其厚度，盡可能地使下層平板與連接筋板達(dá)到同時(shí)凝固，從而避免熱應(yīng)力的產(chǎn)生。在增設(shè)工藝凸緣（厚度3mm）后，下層平板局部厚度達(dá)到9mm，與連接筋板厚度基本相當(dāng)，從而實(shí)現(xiàn)連接筋板和下層平板達(dá)到同時(shí)凝固的目的，也就解決了A處裂紋的鑄造缺陷。
2.3補(bǔ)縮工藝筋的設(shè)計(jì)為彈簧蓋精鑄件的鑄造工藝簡圖。該鑄件材約為34kg.筒形結(jié)構(gòu)部分壁厚為10mm.中部有一圓臺(tái)（準(zhǔn)120mmx20mm）和圓筒（準(zhǔn)44mmx170mm），在制定鑄造工藝時(shí)必須考慮冒口補(bǔ)縮。為此，在頂部設(shè)計(jì)一腰圓冒口。但在底部法蘭（厚度26mm）有4處局部熱節(jié)（圖中N處），因頂部冒口無法補(bǔ)縮，在鑄件鉆孔加工時(shí)出現(xiàn)縮松現(xiàn)象。解決的常用方法是應(yīng)用冒口補(bǔ)縮法、冷鐵法、鑄件加補(bǔ)貼法等，但對(duì)本鑄件顯然不宜采用。因（下轉(zhuǎn)第64頁）型萬能拉力試樣機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得的試樣抗拉強(qiáng)度和伸長率見表4.表2不同球化處理溫度下的鎂吸收率編號(hào)球化處理溫度廠c加殘鎂吸收率表3不同球化處理溫度下的石墨大小和球化率Tab.3Thegraphitesizeandspheroidization編球化處理溫度球化率（級(jí)）石墨大小/m鐵素體珠光體滲碳體表4不同球化處理溫度下的球鐵力學(xué)性能編號(hào)球化處理溫度廠C抗拉強(qiáng)度/MPa伸長率由1號(hào)試樣可以看出，采用FeSiMg6RE2低鎂球化劑進(jìn)行蓋包法球化處理時(shí)，球化反應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定在68s左右。由表2可以看出，球化處理后鐵液中殘留鎂含量較高，鎂的吸收率較高且波動(dòng)較小，受溫度影響不大。由表3可以看出，較高的殘留鎂含量，獲得了良好石墨球化效果，球化處理后石墨球更圓整、更細(xì)小，并且球化率高。由表4可以看出，良好的球化效果，保證了球化處理后球鐵高而穩(wěn)定的力學(xué)性能。
3結(jié)論低鎂球化劑蓋包法球化處理時(shí)，在14501500C之間調(diào)整球化處理溫度，球化處理后鎂的吸收率高且穩(wěn)定，石墨球更圓整、更細(xì)小，并且球化率高，球鐵的力學(xué)性能高。試驗(yàn)沒有發(fā)生過早起爆現(xiàn)象，球化劑也沒有在包底結(jié)塊現(xiàn)象，球化反應(yīng)平穩(wěn)，生產(chǎn)穩(wěn)定。然而對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)來說，當(dāng)選定球化劑后，應(yīng)根據(jù)鑄件壁厚的不同選擇合適的球化處理溫度。鑄件壁較厚時(shí)，球化處理溫度可稍低些，鑄件壁較薄時(shí)，球化處理溫度可稍高些。
