铸件变形规律及影响因素分析

当铸件中残余应力以热应力为主时，厚壁部分或内层具有残余拉应力，薄璧部分或外层具有残余压应力。处于应力状态（不稳定状态）的铸件，会自发地变形以减小内应力趋于稳定状态。有残余压应力的部分自发伸长，而有残余拉应力的部分自动缩短，结果使铸件变形，发生挠曲。图11-49为薄厚不均的T形梁发生变形的情况。变形规律是厚实部分内凹，薄壁部分外凸，如图中虚线所示。

图11-49　T形梁铸钢件的挠曲变形（虚线）

机床床身的导轨部分厚大，侧壁部分较薄，在冷却过程中厚、薄两部分温度相差较大，导轨部分因冷却慢而具有残余拉应力，侧壁部分具有压应力。变形结果导轨面下凹，薄壁部分上凸，如图11-50所示。

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图11-50　灰铸铁机床床身的挠曲变形

厚薄均匀的平板类铸件，由于四角及边缘冷却比中心部分快，四周产生残余压应力，而中心部分产生残余拉应力。当平板上下两面有温差时，产生翘曲变形，如图11-51所示。皮带轮铸件[见图11-52（a）]的结构特点是轮缘和轮辐比较薄，轮毂比较厚，铸件冷却后，轮缘内存在残余压应力，而轮毂和轮辐中存在残余拉应力，再加上铸型的阻碍收缩，结果使铸件呈现如图11-52（b）所示的变形。轮毂和轮辐向轮心收缩以减小拉应力，轮缘向外胀出以减轻压应力及铸型的阻力，导致轮缘出现波浪形。

从上述实例可以看出，铸件的变形规律决定于残余应力的分布规律，铸件总是趋向于减轻残余应力而发生变形。厚大部分的表面内凹，薄璧部分表面外凸；对于壁厚均匀的各种铸件，总是散热慢的表面（如接触砂芯的内表而）内凹，散热快的表面外凸。

铸件变形量不仅决定于残余应力的大小，而且与结构的刚度有关。在相同残余应力的条件下，结构刚度越差，铸件变形量就越大。故刚度小的细长杆件、大而薄的平板类铸件易发生变形。箱体形的铸件刚度大，变形量小。