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防爆正壓柜鑄件結構設計的基本原則
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| 發布時間：
2022/12/16 |
在防爆正壓柜鑄件的結構設計時，人們應該根據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量可能產生的影響，從而優選更為合理酶鍺構。
1.按照鑄造合金性能要求
通常情況下，根據鑄造合金性能，人們在防爆正壓柜鑄件設計時應該從以下方式優化結構設計。
(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：
?、佼?a target="_blank">防爆正壓柜鑄件的特征尺寸為200mm×200mm及以下時，為3-5mm。
②當防爆正壓柜鑄件的特征尺寸為200mm×200mm～500mm×500mm時，為4-10mm。
③當防爆正壓柜鑄件的特征尺寸為500mm×500mm及以上時，為10-15mm。
這樣的壁厚是根據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，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，出現縮孔、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生內應力，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，出現縮孔、縮松、裂紋等缺陷。因而，在防爆正壓柜鑄件包含內壁時，內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
鑄件質量／kg | 鑄件基本足寸/mm | 外壁厚度/mm | 內壁厚度/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。過渡圓角的典型結構如圖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：內半徑和外半徑，而且內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生熱節等缺陷。假若交接處壁厚必須發生變化，則應該通過澆注工藝來消除此處可能出現的鑄造缺陷，例如在交接處的厚壁側恰當地設置冒口進行補縮，同時又可以實現順序凝固，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”，它只有一個內半徑。為防止這里出現熱節，這個半徑要適當地小一些。
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，就會出現熱節，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節圖5.6相關內容)。
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熱節。假若要求相交壁處于銳角狀態，人們應該調整一下交接結構就可以避免出現這種情況，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構，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構(收縮受阻)等，都是人們在設計時應該考慮的；當然，這些結構受鑄造合金性能的影響，也可以通過工藝手段得以適當的改善。砂型鑄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構強度的制約，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構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構。
(1)防爆正壓柜鑄件外形要有利于造型
a) b)圖22防爆正壓柜鑄件側凹及改進結構示意圖
a)結構不合壤b)結構合理
①盡可能地避免防爆正壓柜鑄件外部側凹。所謂“外部側凹”，就是指防爆正壓柜鑄件側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，外部側凹將會增加分型面的數量，從而就會增加造型砂箱數量。砂箱數量多，錯型的機會就多。此外，改進后的防爆正壓柜鑄件結構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所示結構是較為合理的。
(2)防爆正壓柜鑄件內腔要有利于造型
1)盡可能地避免使用型芯和減少型芯數量
有一些結構可以使用自帶型芯來形成內腔，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腔，可以使用自帶型芯造型。
有一些結構的內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
有一些結構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構。圖26a表示一個中空開口式結構，型腔截面為“口”字形；圖26b所示為改進后的結構，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腔方案示意圖(一)
 
圖25某防爆正壓柜鑄件內腔方案示意圖(二)
在圖26中，圖26a所示結構必須使用懸臂型芯，為固定牢固，還需要使用型芯撐；圖26b所示結構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構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，提高生產效率，降低工藝成本。
(4)防爆正壓柜鑄件結構應該有利于起模
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構斜度。
所謂“結構斜度”，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。
防爆正壓柜鑄件結構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。防爆正壓柜鑄件結構斜度的推薦值如圖2.27和表2.13所示。
 
圖26懸臂支架方案示意圖 a)結構不合理b)結構合理
圖27防爆正壓柜鑄件結構斜度形式示意圖 a)交接璧結構b)凸臺和壁厚過渡結構
表13 防爆正壓柜鑄件結構斜度推薦值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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