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防爆正压柜铸件结构设计的基本原则
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| 发布时间：
2022/12/16 |
在防爆正压柜铸件的结构设计时，人们应该根据铸造合金的铸造性能和具体的工艺条件，充分考虑它们对防爆正压柜铸件质量可能产生的影响，从而优选更为合理酶锗构。
1.按照铸造合金性能要求
通常情况下，根据铸造合金性能，人们在防爆正压柜铸件设计时应该从以下方式优化结构设计。
(1)防爆正压柜铸件的壁厚
1)壁厚的厚度
防爆正压柜铸件壁厚不宜过厚或过薄。当壁厚过厚时，假若浇注时无法补充凝固时的收缩，则容易在防爆正压柜铸件中形成缩孔和缩松等缺陷；当壁厚过薄时，浇注时不利于浇注金属液填充型腔，则容易在防爆正压柜铸件中出现浇不足或冷隔等缺陷。一般认为，灰铸铁/铸铝合金的防爆正压柜铸件壁厚可以控制在以下范围：
①当防爆正压柜铸件的特征尺寸为200mm×200mm及以下时，为3-5mm。
②当防爆正压柜铸件的特征尺寸为200mm×200mm～500mm×500mm时，为4-10mm。
③当防爆正压柜铸件的特征尺寸为500mm×500mm及以上时，为10-15mm。
这样的壁厚是根据铸造合金性能提出的推荐值，有时可能不能满足机械强度的要求。人们可以在防爆正压柜铸件上采取合适的加强筋来弥补这种缺憾，而不只是增加厚度。对于防爆电气设备的隔爆外壳，考虑爆炸压力的冲击作用，必要时，人们应该对这些尺寸_施加1.2-1.5的安全系数，此外，还应该通过强度计算来予以校正(表1)(参觅张显力、张海鸥编著的《防爆电气概论第2版》第3章)。
2)壁厚的均匀性
当壁厚尺寸选择恰当以后，整个防爆正压柜铸件的壁厚还应该尽可能地保持均匀一致，不要出现厚薄不均的交接，即使需要厚薄不均匀的交接，也要过渡平滑。这样就可以避免形成热节，出现缩孔、缩松等缺陷。此外，厚薄不均的壁突然交接，在防爆正压柜铸件冷却过程中’由于冷却速度不一致还会在交接处产生内应力，致使薄壁部分变形，甚至开裂。
这里需要指出的是，防爆正压柜铸件“壁厚均匀”在很大程度上是指在防爆正压柜铸件冷却过程中各个壁的“冷却速度相近”这样的含义，以避免形成热节，出现缩孔、缩松、裂纹等缺陷。因而，在防爆正压柜铸件包含内壁时，内壁的散热要比外壁慢，可以薄一点；外壁的散热筋处于外壁的“散热场”中，也可以再薄一点(图19)。人们在选择防爆正压柜铸件外基，内壁的壁厚对可以参考表12中的推荐值。
图19防爆型电动机机座散热筋示意图
表12灰铸铁防爆正压柜铸件的壁厚参考值4
铸件质量／kg | 铸件基本足寸/mm | 外壁厚度/mm | 内壁厚度/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 |
防爆正压柜铸件壁之间的交接，这里主要是指不平行的壁之间的连接。这种交接应该采用过渡圆角。过渡圆角的典型结构如图2.20所示。
图20a表示的是所谓的“双半径过渡圆角”。由于壁厚的原因，一个夹角有两个半径：内半径和外半径，而且内半径与外半径的关系为
R=r+δ (2.2)
式中R——圆角的外半径(mm)；
r——圆角的内半径(mm)，建议r>δ/2；
δ一—外壳壁厚(mm)。
这里应该指出的是，交接壁的壁厚(δ)应该是一致的。一般情况下，这里不应该是厚壁和薄壁的交接。因为交接处的散热条件较差，厚、薄壁交接会在交接处产生热节等缺陷。假若交接处壁厚必须发生变化，则应该通过浇注工艺来消除此处可能出现的铸造缺陷，例如在交接处的厚壁侧恰当地设置冒口进行补缩，同时又可以实现顺序凝固，于是有可能消除这些缺陷。。
在实际应用中，在允许的情况下，双半径过渡圆角的半径尽可能地大一些，这样有利于浇注金属液的流动。
图2.20b表示的是所谓的“单半径过渡圆角”，它只有一个内半径。为防止这里出现热节，这个半径要适当地小一些。
在防爆电气设备的]立用中，隔爆外壳壳壁与法兰的交接处常常是单半径过渡圆角，而且法兰的厚度大于壳壁的厚度(通常法兰厚度是壳壁厚度的2-2.5倍)。在这里，圆角半径应该取壁厚的一半为宜；假若圆角半径太大，就会出现热节，形成缩孔和缩松，此外。还可能影响箱体和箱盖的相关尺寸和装配(参见第5章第5.2.2节图5.6相关内容)。
在使用过渡圆角交接时，应该避免锐角交接，以便防止因交接处散热不畅而出现热节。假若要求相交壁处于锐角状态，人们应该调整一下交接结构就可以避免出现这种情况，如图2.21所示。
除上述的防爆正压柜铸件壁厚和壁交接受铸造合金性能的影响外，还有一些防爆正压柜铸件结构，例如防爆正压柜铸件平面的大小、制约防爆正压柜铸件凝固收缩的结构(收缩受阻)等，都是人们在设计时应该考虑的；当然，这些结构受铸造合金性能的影响，也可以通过工艺手段得以适当的改善。砂型铸造的隔爆型电气控制箱外壳就包含这样的“大”平面，由于受铸造合金性能的影响和结构强度的制约，因此这种“大”平面不要太大，尽管铸造工艺可以减小铸造合金性能对它的影响。
2.按照铸造工艺要求
人们应该根据具体的铸造工艺条件，在防爆正压柜铸件设计时，通常按照防爆正压柜铸件结构应该尽可能地有利于制模、造型、制芯和合型等工艺过程的基本原则，从以下几个方面来考虑防爆正压柜铸件结构。
(1)防爆正压柜铸件外形要有利于造型
a) b)图22防爆正压柜铸件侧凹及改进结构示意图
a)结构不合壤b)结构合理
①尽可能地避免防爆正压柜铸件外部侧凹。所谓“外部侧凹”，就是指防爆正压柜铸件侧面在起模方向上有凹入表面的部分，例如图22a所示。
图22a表示外部侧凹的示意图，分型面需要两个，所以就需要三箱造型；而图22b表示去掉外部侧凹的示意图，分型面只需一个，所以只需要两箱造型。
由此可见，外部侧凹将会增加分型面的数量，从而就会增加造型砂箱数量。砂箱数量多，错型的机会就多。此外，改进后的防爆正压柜铸件结构还可以避免壁的锐角交接。
②合理地设计防爆正压柜铸件外部的凸台、肋筋。防爆正压柜铸件外部设置凸台是常有的事，例如防爆电气设备上电缆引入装置引入部分就需要凸台，如图23所示。
在图23中，法兰表面为分型面。图23a表示凸台与法兰分开，不便于起模，需要使用活块和型芯；图23b表示凸台与法兰连接在一起，便于起模。在设计时，当凸台距离法兰较近时，采用图2.23b所示结构是较为合理的。
(2)防爆正压柜铸件内腔要有利于造型
1)尽可能地避免使用型芯和减少型芯数量
有一些结构可以使用自带型芯来形成内腔，例如图24所示，不需要专门制造型芯。
在图24中，图24a所示防爆正压柜铸件的内腔的出口处较小，只好使用型芯造型；而图24b所示为改进后防爆正压柜铸件的内腔，可以使用自带型芯造型。
有一些结构的内腔可以使用一个型芯而不使用两个型芯就可以完成造型，如图25所示。
在图25中，图25a所示内腔由两个型芯造型，而且其中一个为悬臂型芯；而图25b所示为改进后的内腔，使用一个型芯造型，较为合理。
2)尽可能地避免使用型芯撑且要保证型芯安装牢固
有一些结构要尽可能地避免使用悬臂型芯，例如图26所示那样的悬臂支撑结构。图26a表示一个中空开口式结构，型腔截面为“口”字形；图26b所示为改进后的结构，形腔截面为“工”字形。
 
图23电缆引入装量凸台示意图
 
图24某防爆正压柜铸件内腔方案示意图(一)
 
图25某防爆正压柜铸件内腔方案示意图(二)
在图26中，图26a所示结构必须使用悬臂型芯，为固定牢固，还需要使用型芯撑；图26b所示结构不需要型芯就可以完成造型。
(3)分型面应该尽可能地采用平面
防爆正压柜铸件的结构应该尽可能地保证分型面为平面(参见图2.4)。平直的分型面可以避免挖砂造型或假箱造型，简化造型工艺，提高生产效率，降低工艺成本。
(4)防爆正压柜铸件结构应该有利于起模
在防爆正压柜铸件设计时，人们应该初步确定浇注时的分型面，然后在垂直于分型面、不需加工的防爆正压柜铸件表面上设置一定的结构斜度。
所谓“结构斜度”，是指在零件图样中标志的不需加工的表面与分型面之间的夹角。这样的斜度不同于起模斜度，它仅标志在非加工表面上，而起模斜度则标志在铸造工艺图的加工表面上，机械加工时需切除金属。不管如何，它们都是为便于造型时起模而设置的。
防爆正压柜铸件结构斜度的大小随垂直分型面的高度而不同，高度越小，角度越大。防爆正压柜铸件结构斜度的推荐值如图2.27和表2.13所示。
 
图26悬臂支架方案示意图 a)结构不合理b)结构合理
图27防爆正压柜铸件结构斜度形式示意图 a)交接璧结构b)凸台和壁厚过渡结构
表13 防爆正压柜铸件结构斜度推荐值①
斜度a:h | 角度β | 适应范目 | 1:5 | 11.5o | h?25mm，铸铁和铸钢件 | 1：10 | 5.5o | H＝25-500mm，铸铁和铸钢件
| 1：20 | 3o | 1：50 | 1o | h>500mm，铸铁和铸钢件 | 1：100 | 0.5o | 有色铸造合金件 |
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