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摘要：

 

本文結(jié)臺精鑄件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計實際經(jīng)驗．分析了六種不同類型“筋”對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)劣影響，提煉了適用于精鑄結(jié)構(gòu)的“筋”布置方式，對于精鑄件產(chǎn)品優(yōu)化設計具有一定的指導意義。

 

1、前言

 

近年來，產(chǎn)品設計師利用各種工藝手法，成功實現(xiàn)了部分精鑄件輕量化二次改造，取得了一定的成績；然而，因設計手法缺乏系統(tǒng)的總結(jié)以及設計人員設計水平的參差不齊，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)往往存在一定的遺憾。

 

在常見的受力鑄件中．筋骨是力傳遞的主要通道，70%以上的載荷由筋來承受，筋的布置成為鑄件輕量化設計的關鍵，決定著零件的強度；鑄件的工業(yè)美取決其外形，而筋是構(gòu)成鑄件外形的主要組成部分，筋的布置亦成為衡量其是否體現(xiàn)工業(yè)美學的標準。因此，筋的布局，直接影響著零件的強度與美感，決定著產(chǎn)品競爭力。

 

如何使鑄件筋骨突出、剛?cè)岵?？如何利用最有限的筋骨承載最大限度的載荷？這是鑄件結(jié)構(gòu)設計師永遠研究的課題。

 

2、筋的類型與布置方式

 

傳統(tǒng)的筋主要為直筋，一般不推薦采用；鑄件輕量化設計廣泛采用“S”型、“U”型、

 

交叉型、梯形、環(huán)形筋。

 

1）直筋

 

所謂直筋，定義為以直線連接為主，壁厚均勻，生硬呆扳的筋，類似三角筋“△”、矩形筋“□”等。

 

該種筋三維造型簡單、二維圖紙?zhí)幚肀憬?，為國?nèi)眾多技術工程師首選類型，如圖1和圖2。然而，因存在如下弊端，鑄件輕量化設計一般不建議采用。

 

弊端一：筋的過渡不自然，導致鑄件伸縮受阻，澆注、熱處理、校正過程應力集中易出現(xiàn)裂紋；

 

弊端二：材辯分布過于均勻，未考慮力流傳遞，違背輕量化精益設計原則；

 

弊端三：結(jié)構(gòu)生硬，缺乏工業(yè)美學元素。

 

2）“s”型筋

 

“S”型筋外形近似大“S”，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的不同，構(gòu)成形式略有不同，一般分為兩類：一類由三段大圓弧構(gòu)成；另一類由兩端大圓弧，中閘直線段均成。該類型筋一般布置形式為：

 

a）用于單板或單柱間強化連接，如圖3，某壓縮機支架、翻轉(zhuǎn)支架。兩側(cè)筋近似大“S”，為近三角筋的演變升級，過渡平滑、自然。建議三角加強筋采用該種方式布局!

 

圖3：“S”型筋

 

b）用于大平面強化與分割，如圖4，為某商用車前橋板簧支架。底面筋成“S”型，分割大平面，強化底面且防止大平面鼓包、凹陷等鑄造缺陷。大平面上筋的布置可以考慮選擇該方案！

 

圖4：平面“S”型筋

 

3）“U"型筋

 

“U”型筋外形近似“U”型，通常由三段圓弧構(gòu)成，中間圓弧為大圓弧（直徑一般為兩端的3倍以上），為“矩形筋”的演變升級，通常用于兩柱或兩板間連接。如圖5，為某乘用車壓縮機支架，用于兩圓柱間連接；如圖6，為某商用車翻轉(zhuǎn)支架．用于兩板間連接。

 

 

4）交叉筋

 

交義筋是指互相交叉的筋，常見的類型有“十字型”、“T型”、“L型”等。該類型筋通常用于腹板或大平面強化，其布局要系統(tǒng)考慮力流的傳遞、鑄造熱節(jié)的處理以及外形的美觀等。

 

a)十字交叉型，如圖7，為某商用車油缸上支架。

 

圖7：十字交叉型

 

A區(qū)為傳統(tǒng)的十字型筋，筋的交接處形成熱節(jié)，將導致嚴重的縮孔、縮松；B區(qū)以工藝孔的形式避免筋的直接相交，在保證零件強度的同時有限減小熱節(jié)，確保了零件內(nèi)在質(zhì)量臺格。

 

b)T字交叉型，如圖8，為某商用車雙前橋板簧支架

 

圖8：T字交叉型

 

A、B、C、D區(qū)域四處筋相交，形成“T字”型。若簡單連接（如左上圖），則相交處出現(xiàn)四個熱節(jié)，易產(chǎn)生縮孔、縮松；為減小熱節(jié)、消除鑄造缺陷，相交處往往通過圓弧過渡連接，使之壁厚均勻。

 

c)“L”型交叉筋

 

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，該類筋經(jīng)過兩端大圓弧處理，往往演變成“S”型筋，現(xiàn)不再贅述。

 

5）梯形筋

 

梯形筋是指外形近似梯形的筋，其功用一一剔除多余材料、消除鑄造熱節(jié)，通常設置于零件拐角相交處。如圖9，為某客車板簧支架，在筋與板的相交處出現(xiàn)大的熱節(jié)，易出現(xiàn)縮孔、縮松；通過開工藝孔形成梯形筋，在保證零件強度的前提下用料最少，且有效消除熱節(jié)。

 

圖9：梯型筋

 

6）環(huán)形筋

 

環(huán)形筋指結(jié)構(gòu)近似環(huán)形的筋，主要用于工藝孔、工藝槽翻邊加固，見圖10與圖11

 

 

3、結(jié)論

 

輕量化“筋”的布置打破了傳統(tǒng)的設計模式，為精鑄件精益設計提供借鑒，通過百余案例實踐，得出如下結(jié)論：

 

(1)“筋”的布置應考慮力流的分布，在力流傳遞路徑上，其截面是可變的、非等厚的；

 

(2)“筋”的布置應遵循壁厚均勻原則，最大限度地減小熱節(jié)，避免縮孔、縮松的產(chǎn)生；

 

(3)“筋”的布置應優(yōu)先采用“弧形”筋，提高產(chǎn)品退讓性，避免熱處理、校正裂紋的產(chǎn)生；

 

(4)“筋”的布置應兼?zhèn)涔I(yè)美學，筋骨突出、剛?cè)峋疂?/span>