摘要：

 

本文结台精铸件结构优化设计实际经验．分析了六种不同类型“筋”对产品结构优劣影响，提炼了适用于精铸结构的“筋”布置方式，对于精铸件产品优化设计具有一定的指导意义。

 

1、前言

 

近年来，产品设计师利用各种工艺手法，成功实现了部分精铸件轻量化二次改造，取得了一定的成绩；然而，因设计手法缺乏系统的总结以及设计人员设计水平的参差不齐，产品结构往往存在一定的遗憾。

 

在常见的受力铸件中．筋骨是力传递的主要通道，70%以上的载荷由筋来承受，筋的布置成为铸件轻量化设计的关键，决定着零件的强度；铸件的工业美取决其外形，而筋是构成铸件外形的主要组成部分，筋的布置亦成为衡量其是否体现工业美学的标准。因此，筋的布局，直接影响着零件的强度与美感，决定着产品竞争力。

 

如何使铸件筋骨突出、刚柔并济？如何利用最有限的筋骨承载最大限度的载荷？这是铸件结构设计师永远研究的课题。

 

2、筋的类型与布置方式

 

传统的筋主要为直筋，一般不推荐采用；铸件轻量化设计广泛采用“S”型、“U”型、

 

交叉型、梯形、环形筋。

 

1）直筋

 

所谓直筋，定义为以直线连接为主，壁厚均匀，生硬呆扳的筋，类似三角筋“△”、矩形筋“□”等。

 

该种筋三维造型简单、二维图纸处理便捷，为国内众多技术工程师首选类型，如图1和图2。然而，因存在如下弊端，铸件轻量化设计一般不建议采用。

 

弊端一：筋的过渡不自然，导致铸件伸缩受阻，浇注、热处理、校正过程应力集中易出现裂纹；

 

弊端二：材辩分布过于均匀，未考虑力流传递，违背轻量化精益设计原则；

 

弊端三：结构生硬，缺乏工业美学元素。

 

2）“s”型筋

 

“S”型筋外形近似大“S”，根据零件结构的不同，构成形式略有不同，一般分为两类：一类由三段大圆弧构成；另一类由两端大圆弧，中闸直线段均成。该类型筋一般布置形式为：

 

a）用于单板或单柱间强化连接，如图3，某压缩机支架、翻转支架。两侧筋近似大“S”，为近三角筋的演变升级，过渡平滑、自然。建议三角加强筋采用该种方式布局!

 

图3：“S”型筋

 

b）用于大平面强化与分割，如图4，为某商用车前桥板簧支架。底面筋成“S”型，分割大平面，强化底面且防止大平面鼓包、凹陷等铸造缺陷。大平面上筋的布置可以考虑选择该方案！

 

图4：平面“S”型筋

 

3）“U"型筋

 

“U”型筋外形近似“U”型，通常由三段圆弧构成，中间圆弧为大圆弧（直径一般为两端的3倍以上），为“矩形筋”的演变升级，通常用于两柱或两板间连接。如图5，为某乘用车压缩机支架，用于两圆柱间连接；如图6，为某商用车翻转支架．用于两板间连接。

 

 

4）交叉筋

 

交义筋是指互相交叉的筋，常见的类型有“十字型”、“T型”、“L型”等。该类型筋通常用于腹板或大平面强化，其布局要系统考虑力流的传递、铸造热节的处理以及外形的美观等。

 

a)十字交叉型，如图7，为某商用车油缸上支架。

 

图7：十字交叉型

 

A区为传统的十字型筋，筋的交接处形成热节，将导致严重的缩孔、缩松；B区以工艺孔的形式避免筋的直接相交，在保证零件强度的同时有限减小热节，确保了零件内在质量台格。

 

b)T字交叉型，如图8，为某商用车双前桥板簧支架

 

图8：T字交叉型

 

A、B、C、D区域四处筋相交，形成“T字”型。若简单连接（如左上图），则相交处出现四个热节，易产生缩孔、缩松；为减小热节、消除铸造缺陷，相交处往往通过圆弧过渡连接，使之壁厚均匀。

 

c)“L”型交叉筋

 

根据零件的结构，该类筋经过两端大圆弧处理，往往演变成“S”型筋，现不再赘述。

 

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、消除铸造热节，通常设置于零件拐角相交处。如图9，为某客车板簧支架，在筋与板的相交处出现大的热节，易出现缩孔、缩松；通过开工艺孔形成梯形筋，在保证零件强度的前提下用料最少，且有效消除热节。

 

图9：梯型筋

 

6）环形筋

 

环形筋指结构近似环形的筋，主要用于工艺孔、工艺槽翻边加固，见图10与图11

 

 

3、结论

 

轻量化“筋”的布置打破了传统的设计模式，为精铸件精益设计提供借鉴，通过百余案例实践，得出如下结论：

 

(1)“筋”的布置应考虑力流的分布，在力流传递路径上，其截面是可变的、非等厚的；

 

(2)“筋”的布置应遵循壁厚均匀原则，最大限度地减小热节，避免缩孔、缩松的产生；

 

(3)“筋”的布置应优先采用“弧形”筋，提高产品退让性，避免热处理、校正裂纹的产生；

 

(4)“筋”的布置应兼备工业美学，筋骨突出、刚柔井济。

 

 

 

来源：东风精密

关键词： 铸件