一、結(jié)構(gòu)設(shè)計：力學(xué)性能與應(yīng)力分布

1. 壁厚設(shè)計

均勻性：

壁厚不均勻會導(dǎo)致冷卻速度不一致，產(chǎn)生縮孔、裂紋等鑄造缺陷。例如，厚壁區(qū)域易形成疏松組織，薄壁區(qū)域可能因快速冷卻產(chǎn)生應(yīng)力集中，兩者均會降低鑄件承載能力，縮短使用壽命。

臨界值：

壁厚過薄（如小于 1.5mm）可能導(dǎo)致澆鑄時金屬液充型困難，形成冷隔或澆不足；壁厚過厚（如大于 10mm）則易產(chǎn)生晶粒粗大和縮松，降低強(qiáng)度。

案例：汽車發(fā)動機(jī)缸體若壁厚不均，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時易因應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋。

2. 圓角與倒角設(shè)計

避免直角結(jié)構(gòu)：

直角連接處易形成應(yīng)力集中點(diǎn)，鑄鋁翻砂涂料尤其在承受交變載荷時（如機(jī)械振動），可能引發(fā)疲勞斷裂。

改進(jìn)：采用圓弧過渡（圓角半徑一般為壁厚的 0.3~0.5 倍），可均勻分散應(yīng)力，提升抗疲勞性能。

倒角應(yīng)用：

邊緣倒角可減少應(yīng)力集中，同時便于脫模和后續(xù)加工，避免銳角磕碰損傷。

3. 加強(qiáng)筋與凸臺設(shè)計

加強(qiáng)筋：

用于增強(qiáng)薄壁結(jié)構(gòu)的剛度，防止受力變形。設(shè)計時需注意筋的厚度（通常為壁厚的 0.6~0.8 倍）和分布方向，避免交匯處以減少金屬堆積。

例如：變速箱殼體的加強(qiáng)筋可提升抗沖擊能力，延長齒輪箱使用壽命。

凸臺：

用于安裝螺栓或支撐結(jié)構(gòu)時，鋁澆鑄模具需確保凸臺底部與主體平滑過渡，避免因局部剛性不足導(dǎo)致斷裂。

二、鑄造工藝設(shè)計：缺陷控制與組織優(yōu)化

1. 澆鑄系統(tǒng)設(shè)計

澆口位置與尺寸：

澆口位置不當(dāng)可能導(dǎo)致金屬液流動紊亂，產(chǎn)生卷氣、氧化夾渣；尺寸過小會引起充型不足，過大則導(dǎo)致凝固時間延長、晶粒粗大。

優(yōu)化：采用底注式澆口或多層澆口，確保平穩(wěn)充型，減少湍流和氣孔。

冒口與冷鐵設(shè)計：

冒口用于補(bǔ)縮，需設(shè)置在鑄件最后凝固的厚大部位；冷鐵可加速局部冷卻，細(xì)化晶粒。合理設(shè)計可減少縮孔、縮松，提升鑄件致密度。

2. 脫模斜度設(shè)計

脫模斜度過小會導(dǎo)致鑄件脫模時拉傷或變形，損傷表面質(zhì)量，甚至內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋；過大則會增加加工余量，浪費(fèi)材料。

常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)：鋁合金鑄件脫模斜度一般為 0.5°~3°，具體需根據(jù)鑄件形狀和模具材料調(diào)整。

3. 熱處理工藝適配性

設(shè)計時需考慮后續(xù)熱處理（如 T4 固溶處理、T6 時效強(qiáng)化）對結(jié)構(gòu)的影響：

復(fù)雜結(jié)構(gòu)或厚薄懸殊的鑄件在熱處理時易因熱脹冷縮不均產(chǎn)生變形或開裂。

預(yù)留工藝孔或減輕孔，可改善熱處理時的溫度均勻性，減少內(nèi)應(yīng)力。

三、表面處理與防護(hù)設(shè)計：抗腐蝕與磨損

1. 表面粗糙度控制

粗糙表面易吸附腐蝕性介質(zhì)（如水分、鹽霧），加劇電化學(xué)腐蝕；同時，粗糙接觸面在摩擦?xí)r易產(chǎn)生磨損顆粒，加速零件失效。

設(shè)計要求：根據(jù)使用環(huán)境確定表面粗糙度（如海洋環(huán)境需 Ra≤3.2μm），必要時進(jìn)行機(jī)械加工或拋光。

2. 防護(hù)涂層設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計需便于后續(xù)涂裝（如陽極氧化、電鍍、噴涂）：

避免深腔、寧波鋁翻砂廠死角等難以涂裝的部位，防止涂層厚度不均或漏涂。

螺紋孔、安裝面等關(guān)鍵部位可設(shè)計沉孔或凸臺，保護(hù)涂層免受裝配磨損。

案例：鋁合金輪轂通過陽極氧化形成氧化膜，結(jié)合電泳涂層，可顯著提升耐鹽霧腐蝕能力（超過 1000 小時）。

3. 電化學(xué)防護(hù)設(shè)計

避免與異種金屬直接接觸（如鋁與鋼），防止形成電偶腐蝕。若必須接觸，需采用絕緣墊片（如尼龍、橡膠）或鍍層隔離。

四、材料與使用環(huán)境適配設(shè)計

1. 合金的牌號選擇

不同鋁合金（如 Al-Si 系、Al-Cu 系、Al-Mg 系）的力學(xué)性能和耐腐蝕性差異顯著：

Al-Si 系（如 A356）流動性好，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但高溫強(qiáng)度較低；

Al-Mg 系（如 5052）耐腐蝕性優(yōu)異，適合海洋或潮濕環(huán)境。

設(shè)計時需根據(jù)載荷、溫度、腐蝕介質(zhì)等條件選擇合適合金，避免 “材料錯配” 導(dǎo)致過早失效。

2. 環(huán)境載荷模擬

針對振動、沖擊、高溫等工況，設(shè)計時需通過有限元分析（FEA）模擬應(yīng)力分布，優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度。例如：

礦山機(jī)械用鋁鑄件需加強(qiáng)抗沖擊設(shè)計（如增加肋板），避免在碎石沖擊下產(chǎn)生裂紋；

高溫環(huán)境下（如發(fā)動機(jī)部件）需采用耐熱鋁合金（如 2017 系列），并減少薄壁結(jié)構(gòu)以降低熱疲勞風(fēng)險。

五、加工與裝配工藝兼容性

1. 加工余量設(shè)計

加工余量過小可能無法去除鑄造缺陷（如氧化皮、氣孔），影響表面質(zhì)量；過大則浪費(fèi)材料，且可能削弱鑄件強(qiáng)度（如薄壁件加工后壁厚過?。?。

原則：根據(jù)鑄造精度（如砂型鑄造余量 3~5mm，壓鑄余量 0.5~2mm）合理預(yù)留，確保關(guān)鍵尺寸公差。

2. 裝配應(yīng)力控制

螺栓孔、定位銷孔等裝配結(jié)構(gòu)需避免過盈配合導(dǎo)致的裝配應(yīng)力，可設(shè)計彈性結(jié)構(gòu)（如柔性凸臺）或采用過渡配合，減少局部應(yīng)力集中。