Eine vernünftige Teilestruktur kann viele Gussfehler verhindern. Um qualitativ hochwertige Gussteile sicherzustellen, sollten die folgenden Aspekte hinsichtlich der Anforderungen an die Teilestruktur berücksichtigt werden:
**1. Mindestwandstärke der Gussteile**
Unter bestimmten Gussbedingungen wird die Mindestdicke, bei der die Gusslegierung die Form vollständig ausfüllen kann, als Mindestwandstärke des Gussstücks bezeichnet. Um sicherzustellen, dass die Legierung die Form ausfüllt und Defekte wie Fehlläufe oder Kaltabschlüsse vermieden werden, darf die Wandstärke des Gussstücks die Mindestdicke nicht unterschreiten. Die Mindestwandstärke hängt von Faktoren wie der Gussmethode, der Gusslegierung, der Teilestruktur, der Gießtemperatur und den Formeigenschaften ab.
**2. Kritische Wandstärke von Gussteilen**
Eine Erhöhung der Wandstärke eines Gussstücks fördert zwar die Fähigkeit der Legierung, die Form zu füllen, kann aber auch zu Fehlern wie Lunkerbildung, Porosität, groben Mikrostrukturen und Entmischungen führen, die die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks beeinträchtigen. Für verschiedene Gusslegierungen gibt es eine kritische Wandstärke. Ab dieser kritischen Wandstärke nehmen die mechanischen Eigenschaften des Gussteils nicht proportional mit der Dicke zu, sondern nehmen deutlich ab. Bei Tempergussgussteilen darf die Wandstärke nicht zu groß sein, um die Herstellung von Weißguss-Vorformen zu gewährleisten. Bei Gussstücken aus duktilem Gusseisen können übermäßig dicke Abschnitte zum Aufschwimmen des Graphits und zur Degeneration der Knötchenbildung führen, was zu einer schlechten Knötchenbildung und einer erheblichen Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt. Daher sollte auch die Wandstärke von Gussstücken aus Sphäroguss in vertretbaren Grenzen gehalten werden.
Bei der strukturellen Gestaltung von Gussteilen sollte die Wandstärke auf der Grundlage von Faktoren wie der Gusslegierung und der Gussmethode wissenschaftlich bestimmt werden, wobei übermäßig dicke Abschnitte vermieden werden sollten. Durch die Auswahl geeigneter Querschnittsformen und den Einsatz von Verstärkungsrippen zur Reduzierung der Wandstärke kann die Wandstärke zwischen dem Mindest- und dem kritischen Wert gehalten werden, wodurch Material gespart und das Gewicht des Gussstücks reduziert wird. Die kritische Wandstärke hängt eng mit der Gusslegierung und dem Gussverfahren zusammen. Beim Sandguss kann die kritische Wandstärke für verschiedene Gusslegierungen im Allgemeinen mit dem Dreifachen der Mindestwandstärke angenommen werden.
**3. Dicke der Innenwände von Gussteilen**
Die Wärmeableitungsbedingungen für die Innenwände von Gussteilen sind schlechter, was zu langsameren Abkühlungs- und Erstarrungsgeschwindigkeiten führt. An den Verbindungsstellen zwischen Innen- und Außenwänden können sich leicht thermische Spannungen bilden, die zu Rissen im Gussstück führen. Bei Legierungen mit erheblicher Erstarrungsschrumpfung sind auch die Innenwände anfällig für Lunker und Porosität. Daher sollten die Innenwände von Gussteilen dünner sein als die Außenwände, um eine gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten und thermische Spannungen zu minimieren und so Defekte wie Risse zu vermeiden.
**4. Übergänge und Anschlüsse von Gusswänden**
Die Wandstärke des Gussstücks sollte möglichst gleichmäßig sein, um dicke Abschnitte zu vermeiden und die Bildung von heißen Stellen zu verhindern. Die Struktur des Gussstücks sollte keinen nennenswerten Schrumpfwiderstand erzeugen. Auf Wanddickenübergänge und Ausrundungen sollte geachtet werden, wobei allmähliche Übergänge und größere Ausrundungsradien verwendet werden, um Abschnitte zu verbinden und durch Spannungskonzentration verursachte Risse zu verhindern.
Die Arten von Wandverbindungen in Gussteilen können im Allgemeinen in fünf Formen eingeteilt werden: K-förmig, X-förmig, H-förmig, Y-förmig und kreuz{4}}förmig. An den Verbindungsstellen der Wände entstehen durch die erhöhte Dicke heiße Stellen, die zu einer langsameren Erstarrung und zu Defekten wie Spannungskonzentration, Rissen, Verformung, Lunkerbildung und Porosität führen. Daher sollten L--förmige Verbindungen bevorzugt werden, um Hotspots zu minimieren und zu verteilen und Querverbindungen zu vermeiden.
Bei Gussteilen aus Legierungen mit erheblicher Volumenschrumpfung, wie z. B. Stahlgussteilen, die anfällig für Schrumpfungsfehler sind, sollte die Teilestruktur sorgfältig überprüft werden, um die Möglichkeit einer gerichteten Erstarrung sicherzustellen.
**5. Verhinderung von Verwerfungen und Verformungen von Gussteilen**
Dünnwandige längliche Gussteile, große flache Gussteile und längliche kastenförmige Teile mit ungleichmäßiger Wandstärke, wie z. B. Werkzeugmaschinenbetten, neigen zu Verwerfungen und Verformungen. Bei den ersten beiden Typen kommt es zu Verformungen aufgrund unzureichender struktureller Steifigkeit und interner Spannungen, die durch unterschiedliche Abkühlraten auf verschiedenen Oberflächen verursacht werden, was zu erheblichen Verformungen führt. Bei letzteren kommt es durch große Wanddickenunterschiede zu Verformungen, die beim Abkühlen zu erheblichen Eigenspannungen führen. Verwerfungen und Verformungen von Gussteilen können durch eine Verbesserung der Gussstruktur oder die Verwendung umgekehrter Verformungsmuster behoben werden.
**6. Vermeiden großer horizontaler Flächen**
Wenn während des Gießens eine große horizontale Oberfläche im Formhohlraum entsteht, nimmt die Aufstiegsgeschwindigkeit der Metallschmelze aufgrund der plötzlichen Querschnittserweiterung erheblich ab, wenn sie diesen Bereich erreicht. Wenn die obere Formoberfläche über einen längeren Zeitraum der Hitze ausgesetzt wird, kann es leicht zu Defekten wie Sandeinschlüssen, Einbrennen, Sandlöchern und Fehlläufen kommen. Um dies zu mildern, können horizontale Wände in geneigte Wände umgestaltet werden. Wenn bauliche Veränderungen nicht möglich sind, sollten geneigte Gießtechniken angewendet werden.
