探究铸件设计对铸造企业的重要性

探究铸件设计对铸造企业的重要性

李欢玲，杨洋，杨明波

潍柴动力股份有限公司 山东省潍坊市 261061

摘要：近年来，机械设备制造业，尤其是汽车制造业，在寻找替代传统铸铁的轻质铸造合金材料方面进行了卓有成效的研究，取得了许多改造和推广应用成果；同时，由于铸造产品轻量化设计理念的影响，铸造企业参与铸造设计的机会越来越少，形成了由铸造设计师设计的部分铸件严重缺乏可铸造性，大多数铸造企业等待加工的市场供求规范。在不断推动铸造工艺改进和创新的前提下，如何在铸件定型前与客户进行有效沟通，使最终设计的铸件既能最大限度地满足用户的需求，又具有铸造生产的可行性，是铸造工人必须充分重视的前期工作重点。

目前，许多铸件质量差的根本原因有两个：一是铸造企业的工艺技术设计能力和生产设备不能满足生产铸件的要求；其次，铸件的设计不利于铸件成形过程的控制。在设计铸件的结构、形状和尺寸时，许多铸件设计师除了注重经济性外，还注重满足载荷、机械性能、加工和装配的要求。受传统保守观念、轻量化和低成本的限制，尤其是其自身的铸造知识结构，设计的铸件往往不利于铸造，或者只能通过复杂的铸造方法甚至精密铸造来实现，这使得铸件生产困难、效率低、成本高。

一些铸造企业在遇到上述问题时，不擅长也不知道如何与铸造设计师进行有效沟通，这往往导致所生产的铸件质量无法满足客户的需求，样品交付延迟，交付周期延迟，导致后期铸造过程中出现许多工艺变更，甚至开发失败。因此，作为铸造工人，在铸件结构定型之前，我们应该与铸件设计师充分保持密切沟通，努力使定型后的铸件符合传统的铸造方法，以低消耗、低成本的铸造工艺实现批量生产。因此，我们需要就以下经常困扰铸件生产的问题与铸件设计师进行详细的技术沟通。

1. 拔模问题

在铸件设计过程中，拔模是调整铸件某些表面的锥度，使其垂直于分型面或以较小的倾斜度，以便将铸件从按铸件形状设计的模具中取出，或实现从模具中顺利脱模的功能。有些铸件在拔模方向和拔模角度上经常给铸件带来一些意想不到的问题。

1.1拔模方向

在铸件设计过程中，拔模方向是铸件的某些特定表面沿分型面以一定角度倾斜的方向。如果铸件某些表面的拉伸方向错误，将增加铸造难度，甚至需要借助活动块、砂芯，甚至增加铸件局部厚度的方法来实现。此时，如果与设计方沟通，在不影响铸件整体壁厚、加工、夹紧、定位和组装，不削弱铸件性能和使用效果的前提下，从铸件可行性的角度，向铸件设计方提出修改设计初稿方向的意见，并建议设计人员改变局部拔模方向，最终通过尽可能避免使用活动块、砂芯和增加加工余量来提高铸件的可铸性，从经济角度出发，避免和减少额外的铸造成本投资，以满足铸件的整体质量和批量生产。

1.2拔模斜度

拔模斜度有三种形式：增厚法、减厚法和加减厚法。这正是因为在铸件上增加拔模角度会人为地减少或增加铸件的局部厚度。因此，对于没有拔模斜度的铸件，图纸必须与设计方沟通具体的拔模形式，否则，生产的铸件可能不符合图纸的尺寸要求，因为铸造工人不理解铸件设计方的初衷，可能会颠倒拔模斜度；也可能是由于拔模角度形式不明确，铸造企业和客户之间的尺寸测量结果差异太大。

拔模斜度与铸件材料的壁厚、收缩率和几何形状有关。砂型铸铁件的拔模斜度一般高于金属型或精密铸造的铸件；对于形状复杂或成形孔较多的铸件，一般设计的拔模斜度应较大；此外，对于凹深和高度高的零件，应采用较小的拔模斜度；对于金属型铸件，有时会故意减小或增大铸件表面的倾斜度，以便在打开模具时故意将铸件留在凹模或型芯上。无论拔模角度的形状和大小如何变化，都应首先满足所需的铸造方法。如果经评审后确实不能满足具体的铸造需要，应在新产品开发的早期向设计师大胆提出修改要求。如果由于特殊的铸造设计需要而无法进行修改，则应优先使用环保和低成本的铸造辅助工艺，如增加或减少局部加工余量、砂芯或活动块；在特殊情况下，我们也可以与客户沟通，并考虑改变铸造方法和铸造设备，以确保浇铸草案的要求。

2.补缩问题

补缩问题是铸造企业在获得铸造图纸后进行铸造可行性分析时最常见的问题。在设计铸件时，铸件设计师通常认为铸件壁厚越大，性能越好，以确保铸件强度和硬度等可靠性要求。事实上，对于常规铸件，在满足一定强度要求后，随着壁厚的不断增加，其力学性能有明显的下降趋势，甚至会恶化铸件的强度。原因是厚壁铸件超过一定临界壁厚时，中心层的材料颗粒通常较粗。当补缩不足、排气不良时，容易产生内部缩孔、气孔、外表面凹陷等缺陷，使铸件的力学性能随壁厚的增加而降低。

无论是厚壁铸造还是薄壁铸造，如果壁厚相对均匀，整体铸造难度应该较小。这里提到的补缩问题是，由于铸件壁厚间隙大、局部铸件或薄而窄的送料通道，送料过程受阻。从铸造工艺的角度来看，当局部壁厚突然增加或快速刷薄时，虽然在设计模具时可以人为增加工艺补贴、溢流块、拉筋和冷铁，以减少不合理铸造设计的影响，但浪费了宝贵的液态金属，增加了切割和磨削等后处理的工作量，甚至需要气割、车床和铣床、机床和其他加工设备来消除这些过程修正。

3尺寸问题

除应注意拔模血毒形状不清导致铸件尺寸不合格外，还应特别注意尺寸检测设备、检测方法和尺寸公差要求的差异。在新产品开发的早期，如果尺寸问题处理不当，往往会导致铸件不合格。

3.1测试设备和测试方法

对于尺寸测试设备和测试方法的选择，与铸件设计师沟通，避免双方测试不一致导致的尺寸问题。一些铸造企业在向客户发送合格铸件后，被告知其尺寸不合格。许多原因是由于测试设备和测试方法不一致造成的。无论是平台划线、三坐标或轮廓仪等尺寸检测设备，基本上都应接近客户的检测设备类型。同时，检测方法也应与客户一致，否则会因方法不同而造成尺寸问题。

3.2尺寸公差

铸件的尺寸公差是指公称尺寸的两个极限尺寸之差，一般标注在图纸中相应的几何尺寸后或技术要求内。无论引用哪个尺寸公差标准或公差等级，我们都需要仔细阅读每个尺寸的公差范围。我们经常犯的错误是，我们没有逐一审查，因此，当我们在铸件生产后进行测试时，我们发现许多尺寸不能满足公差要求。为了避免重蹈覆辙，作为铸造工人，我们必须在新产品开发的初始阶段审查所有尺寸公差，及时找出所采用的铸造方法无法满足的公差要求，并与铸造设计师沟通解决方案。

4结论

在新产品研发初期，铸造企业应在铸件定型前进行详细的铸造可行性分析，并在确定铸件特性的同时，与铸件设计师就铸造难点进行技术沟通

（1） 为了铸件的可行性，在征得客户同意的前提下，铸造企业将根据客户对铸件或机加工图纸等数据的概念要求进行铸件设计，然后与客户一起发送给客户确认或设计。

（2） 在发送给客户确认之前，使用magma和FLOW-3D等铸造模拟软件对铸件的铸造缺陷进行模拟和分析，找出可能影响铸件的孤立热节点、堵塞收缩、大变形倾向、冷却速度过快等部位，然后返回到铸件图纸，以优化铸件的局部形状、结构或尺寸。通过这种方式，反复模拟和优化，直到它适合特定的铸造工艺。

（3）由于铸造设计对铸造生产的重要性，当铸件设计任务不在铸造企业中时，必须在铸造产品开发的早期阶段与铸造设计者进行可行性审查，从而为铸件生产奠定坚实的可靠性基础。

（4）从长远来看，我们甚至可以对铸件铸造设计人员进行铸造可行性的建设性培训，不仅可以加快铸造产品开发的进度，而且可以提高开发成功率，而且缩短了与客户的距离，为后续铸造产品的开发打下了良好的基础。

参考文献：

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[2] 金雷. 浅析铸件设计对铸造企业的重要性[J]. 科学大众:科技创新, 2020.

[3] 徐兴卫, 毛进学. 铸件结构设计对铸件质量的影响[J]. 2022(4).