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防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)設計的基本原則
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| 發(fā)布時間：
2022/12/16 |
在防爆正壓柜鑄件的結(jié)構(gòu)設計時，人們應該根據(jù)鑄造合金的鑄造性能和具體的工藝條件，充分考慮它們對防爆正壓柜鑄件質(zhì)量可能產(chǎn)生的影響，從而優(yōu)選更為合理酶鍺構(gòu)。
1.按照鑄造合金性能要求
通常情況下，根據(jù)鑄造合金性能，人們在防爆正壓柜鑄件設計時應該從以下方式優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計。
(1)防爆正壓柜鑄件的壁厚
1)壁厚的厚度
防爆正壓柜鑄件壁厚不宜過厚或過薄。當壁厚過厚時，假若澆注時無法補充凝固時的收縮，則容易在防爆正壓柜鑄件中形成縮孔和縮松等缺陷；當壁厚過薄時，澆注時不利于澆注金屬液填充型腔，則容易在防爆正壓柜鑄件中出現(xiàn)澆不足或冷隔等缺陷。一般認為，灰鑄鐵/鑄鋁合金的防爆正壓柜鑄件壁厚可以控制在以下范圍：
①當防爆正壓柜鑄件的特征尺寸為200mm×200mm及以下時，為3-5mm。
?、诋敺辣龎汗耔T件的特征尺寸為200mm×200mm～500mm×500mm時，為4-10mm。
?、郛敺辣龎汗耔T件的特征尺寸為500mm×500mm及以上時，為10-15mm。
這樣的壁厚是根據(jù)鑄造合金性能提出的推薦值，有時可能不能滿足機械強度的要求。人們可以在防爆正壓柜鑄件上采取合適的加強筋來彌補這種缺憾，而不只是增加厚度。對于防爆電氣設備的隔爆外殼，考慮爆炸壓力的沖擊作用，必要時，人們應該對這些尺寸_施加1.2-1.5的安全系數(shù)，此外，還應該通過強度計算來予以校正(表1)(參覓張顯力、張海鷗編著的《防爆電氣概論第2版》第3章)。
2)壁厚的均勻性
當壁厚尺寸選擇恰當以后，整個防爆正壓柜鑄件的壁厚還應該盡可能地保持均勻一致，不要出現(xiàn)厚薄不均的交接，即使需要厚薄不均勻的交接，也要過渡平滑。這樣就可以避免形成熱節(jié)，出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷。此外，厚薄不均的壁突然交接，在防爆正壓柜鑄件冷卻過程中’由于冷卻速度不一致還會在交接處產(chǎn)生內(nèi)應力，致使薄壁部分變形，甚至開裂。
這里需要指出的是，防爆正壓柜鑄件“壁厚均勻”在很大程度上是指在防爆正壓柜鑄件冷卻過程中各個壁的“冷卻速度相近”這樣的含義，以避免形成熱節(jié)，出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋等缺陷。因而，在防爆正壓柜鑄件包含內(nèi)壁時，內(nèi)壁的散熱要比外壁慢，可以薄一點；外壁的散熱筋處于外壁的“散熱場”中，也可以再薄一點(圖19)。人們在選擇防爆正壓柜鑄件外基，內(nèi)壁的壁厚對可以參考表12中的推薦值。
圖19防爆型電動機機座散熱筋示意圖
表12灰鑄鐵防爆正壓柜鑄件的壁厚參考值4
鑄件質(zhì)量／kg | 鑄件基本足寸/mm | 外壁厚度/mm | 內(nèi)壁厚度/mm | 筋厚度/mm | -5 | 300 | 7 | 6 | 5 | 6-10 | 500 | 8 | 7 | 5 | 11-60 | 750 | 10 | 8 | 6 | 61-100 | 1200 | 12 | 10 | 8 |
防爆正壓柜鑄件壁之間的交接，這里主要是指不平行的壁之間的連接。這種交接應該采用過渡圓角。過渡圓角的典型結(jié)構(gòu)如圖2.20所示。
圖20a表示的是所謂的“雙半徑過渡圓角”。由于壁厚的原因，一個夾角有兩個半徑：內(nèi)半徑和外半徑，而且內(nèi)半徑與外半徑的關系為
R=r+δ (2.2)
式中R——圓角的外半徑(mm)；
r——圓角的內(nèi)半徑(mm)，建議r>δ/2；
δ一—外殼壁厚(mm)。
這里應該指出的是，交接壁的壁厚(δ)應該是一致的。一般情況下，這里不應該是厚壁和薄壁的交接。因為交接處的散熱條件較差，厚、薄壁交接會在交接處產(chǎn)生熱節(jié)等缺陷。假若交接處壁厚必須發(fā)生變化，則應該通過澆注工藝來消除此處可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，例如在交接處的厚壁側(cè)恰當?shù)卦O置冒口進行補縮，同時又可以實現(xiàn)順序凝固，于是有可能消除這些缺陷。。
在實際應用中，在允許的情況下，雙半徑過渡圓角的半徑盡可能地大一些，這樣有利于澆注金屬液的流動。
圖2.20b表示的是所謂的“單半徑過渡圓角”，它只有一個內(nèi)半徑。為防止這里出現(xiàn)熱節(jié)，這個半徑要適當?shù)匦∫恍?br />
在防爆電氣設備的]立用中，隔爆外殼殼壁與法蘭的交接處常常是單半徑過渡圓角，而且法蘭的厚度大于殼壁的厚度(通常法蘭厚度是殼壁厚度的2-2.5倍)。在這里，圓角半徑應該取壁厚的一半為宜；假若圓角半徑太大，就會出現(xiàn)熱節(jié)，形成縮孔和縮松，此外。還可能影響箱體和箱蓋的相關尺寸和裝配(參見第5章第5.2.2節(jié)圖5.6相關內(nèi)容)。
在使用過渡圓角交接時，應該避免銳角交接，以便防止因交接處散熱不暢而出現(xiàn)熱節(jié)。假若要求相交壁處于銳角狀態(tài)，人們應該調(diào)整一下交接結(jié)構(gòu)就可以避免出現(xiàn)這種情況，如圖2.21所示。
除上述的防爆正壓柜鑄件壁厚和壁交接受鑄造合金性能的影響外，還有一些防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)，例如防爆正壓柜鑄件平面的大小、制約防爆正壓柜鑄件凝固收縮的結(jié)構(gòu)(收縮受阻)等，都是人們在設計時應該考慮的；當然，這些結(jié)構(gòu)受鑄造合金性能的影響，也可以通過工藝手段得以適當?shù)母纳啤Ｉ靶丸T造的隔爆型電氣控制箱外殼就包含這樣的“大”平面，由于受鑄造合金性能的影響和結(jié)構(gòu)強度的制約，因此這種“大”平面不要太大，盡管鑄造工藝可以減小鑄造合金性能對它的影響。
2.按照鑄造工藝要求
人們應該根據(jù)具體的鑄造工藝條件，在防爆正壓柜鑄件設計時，通常按照防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)應該盡可能地有利于制模、造型、制芯和合型等工藝過程的基本原則，從以下幾個方面來考慮防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)。
(1)防爆正壓柜鑄件外形要有利于造型
a) b)圖22防爆正壓柜鑄件側(cè)凹及改進結(jié)構(gòu)示意圖
a)結(jié)構(gòu)不合壤b)結(jié)構(gòu)合理
?、俦M可能地避免防爆正壓柜鑄件外部側(cè)凹。所謂“外部側(cè)凹”，就是指防爆正壓柜鑄件側(cè)面在起模方向上有凹入表面的部分，例如圖22a所示。
圖22a表示外部側(cè)凹的示意圖，分型面需要兩個，所以就需要三箱造型；而圖22b表示去掉外部側(cè)凹的示意圖，分型面只需一個，所以只需要兩箱造型。
由此可見，外部側(cè)凹將會增加分型面的數(shù)量，從而就會增加造型砂箱數(shù)量。砂箱數(shù)量多，錯型的機會就多。此外，改進后的防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)還可以避免壁的銳角交接。
?、诤侠淼卦O計防爆正壓柜鑄件外部的凸臺、肋筋。防爆正壓柜鑄件外部設置凸臺是常有的事，例如防爆電氣設備上電纜引入裝置引入部分就需要凸臺，如圖23所示。
在圖23中，法蘭表面為分型面。圖23a表示凸臺與法蘭分開，不便于起模，需要使用活塊和型芯；圖23b表示凸臺與法蘭連接在一起，便于起模。在設計時，當凸臺距離法蘭較近時，采用圖2.23b所示結(jié)構(gòu)是較為合理的。
(2)防爆正壓柜鑄件內(nèi)腔要有利于造型
1)盡可能地避免使用型芯和減少型芯數(shù)量
有一些結(jié)構(gòu)可以使用自帶型芯來形成內(nèi)腔，例如圖24所示，不需要專門制造型芯。
在圖24中，圖24a所示防爆正壓柜鑄件的內(nèi)腔的出口處較小，只好使用型芯造型；而圖24b所示為改進后防爆正壓柜鑄件的內(nèi)腔，可以使用自帶型芯造型。
有一些結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔可以使用一個型芯而不使用兩個型芯就可以完成造型，如圖25所示。
在圖25中，圖25a所示內(nèi)腔由兩個型芯造型，而且其中一個為懸臂型芯；而圖25b所示為改進后的內(nèi)腔，使用一個型芯造型，較為合理。
2)盡可能地避免使用型芯撐且要保證型芯安裝牢固
有一些結(jié)構(gòu)要盡可能地避免使用懸臂型芯，例如圖26所示那樣的懸臂支撐結(jié)構(gòu)。圖26a表示一個中空開口式結(jié)構(gòu)，型腔截面為“口”字形；圖26b所示為改進后的結(jié)構(gòu)，形腔截面為“工”字形。
 
圖23電纜引入裝量凸臺示意圖
 
圖24某防爆正壓柜鑄件內(nèi)腔方案示意圖(一)
 
圖25某防爆正壓柜鑄件內(nèi)腔方案示意圖(二)
在圖26中，圖26a所示結(jié)構(gòu)必須使用懸臂型芯，為固定牢固，還需要使用型芯撐；圖26b所示結(jié)構(gòu)不需要型芯就可以完成造型。
(3)分型面應該盡可能地采用平面
防爆正壓柜鑄件的結(jié)構(gòu)應該盡可能地保證分型面為平面(參見圖2.4)。平直的分型面可以避免挖砂造型或假箱造型，簡化造型工藝，提高生產(chǎn)效率，降低工藝成本。
(4)防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)應該有利于起模
在防爆正壓柜鑄件設計時，人們應該初步確定澆注時的分型面，然后在垂直于分型面、不需加工的防爆正壓柜鑄件表面上設置一定的結(jié)構(gòu)斜度。
所謂“結(jié)構(gòu)斜度”，是指在零件圖樣中標志的不需加工的表面與分型面之間的夾角。這樣的斜度不同于起模斜度，它僅標志在非加工表面上，而起模斜度則標志在鑄造工藝圖的加工表面上，機械加工時需切除金屬。不管如何，它們都是為便于造型時起模而設置的。
防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)斜度的大小隨垂直分型面的高度而不同，高度越小，角度越大。防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)斜度的推薦值如圖2.27和表2.13所示。
 
圖26懸臂支架方案示意圖 a)結(jié)構(gòu)不合理b)結(jié)構(gòu)合理
圖27防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)斜度形式示意圖 a)交接璧結(jié)構(gòu)b)凸臺和壁厚過渡結(jié)構(gòu)
表13 防爆正壓柜鑄件結(jié)構(gòu)斜度推薦值①
斜度a:h | 角度β | 適應范目 | 1:5 | 11.5o | h?25mm，鑄鐵和鑄鋼件 | 1：10 | 5.5o | H＝25-500mm，鑄鐵和鑄鋼件
| 1：20 | 3o | 1：50 | 1o | h>500mm，鑄鐵和鑄鋼件 | 1：100 | 0.5o | 有色鑄造合金件 |
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