第五章铸件结构设计

1、第五章,铸件结构设计,山东科技大学材料科学与工程学院,5.1,铸件结构与铸造工艺的关系,一、铸件外形的设计要求,1,、铸件的外形应力求简化，造,型时便于起模。,（,1,）,避免铸件的外形有侧凹。,如图所示的机床铸件，结构,a,）,的侧凹处在造型时另需两个外,型芯来形成。而结构,b,）在满足,使用要求的前提下，将凹坑一,直扩展到底部省去了外型芯，,降低了铸件成本。,5.1,铸件外形的设计要求,缸体的设计如图所,示。原设计,a,）的结构,有内凹，造型时起模困,难，也只能采用外型芯。,而将其改为图,b,）的结,构，则可省去外型芯，,简化造型工序。,5.1,铸件外形的设计要求,（,2,）尽可能使分型面

2、为平面，去掉不必要的外圆角。,因为平,面分型面可以避免挖砂和假箱造型、生产率高。如图,a,）所示,的托架铸件，设计了不必要的外圆角，使造型工序复杂。去掉,外圆角的结构,b,），便于整模造型。,5.1,铸件外形的设计要求,（,3,）铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构便于造型。,如,图为箱体铸件，其原设计的结构,a,）有凸台，就需要采用活块,造型、工艺复杂，且凸台的位置尺寸难于保证；否则采用外型,芯来形成会增加铸件成本。若改为方案,b,）便于采用机器造型。,5.1,铸件外形的设计要求,还有如图,a,）、,c,）所示的铸件凸台的设计，也只能采用活块,或外型芯才能起模。将其改为图,c,）、,d,）的

3、结构，可避免活块。,5.1,铸件外形的设计要求,2,、铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。,铸件的分型面数目减少，不仅减少砂箱数目、降低造型工时，还可以,减少错箱、偏芯等的机会，提高铸件的尺寸精度。,下图为端盖结构的两种设计。图,a,）的结构有两个分型面，需采用三箱,造型，使选型工序复杂。若是大批量地生产，只有增设环状型芯才可采用,机器造型。将端盖的结构设为图,b,）的设计，就只有一个分型面，使造型工,序简化。,5.1,铸件外形的设计要求,下图为阀体铸件的结构。将具有两个分型面的结构,a,）改为,只有一个分型面的结构,b,），可简化造型工序。,5.1,铸件外形的设计要求,3,、在铸件上设

4、计结构斜度,在铸件的所有垂直于分型面的,非加工面上，应设计有结构斜度，,如图所示。,a,）图的结构没有结构,斜度，铸造工艺人员应铸造前给出,拔模斜度，这样就不必要地增加了,铸件的壁厚。结构斜度的大小，随,垂直壁的高度而异。高度愈小，斜,度愈大；内侧面的斜度应大于外侧,面的。,5.1,铸件外形的设计要求,右图所示为缝纫机边脚的结构，,其各部分非加工面设有,30,左右的结,构斜度，方便了起模。,总之，,铸件的结构斜度与拔模斜,度不同，前者由设计零件的人确定，,且斜度值较大；后者由铸造工艺人员,在绘制铸造工艺图时设计，且只对没,有结构斜度的立壁给予较小的角度,（,0.5,3.0,）。,5.2,铸件内

5、腔的设计,二、铸件内腔的设计,1.,铸件内腔尽量不用或少,用型芯，以简化铸造工艺,。,如图为支柱的两种结构设,计。采用方案,b,）可以省,去型芯,5.2,铸件内腔的设计,还有如图所示的圆盖铸件内腔的设计方案。方案,b,）的内,腔设计可以省去型芯，采用自带型芯形成，减少了制芯工序，,降低了铸件成本。,5.2,铸件内腔的设计,2.,当铸件的内腔较复杂、需用型芯,形成时，应考虑好型芯的稳固、排,气顺畅和清理方便。,如图所示，为,轴承架内腔的两种设计。方案,a,）,需要两个型芯，其中较大的型芯呈,悬臂状态，需用型芯撑,A,支承其无,芯头的一端；若将轴承架内腔改成,方案,b,），则型芯的稳定性大大提,高

6、，而且型芯的排气顺畅、也易于,清理。,5.2,铸件内腔的设计,有时一些铸件内腔的结构，虽能,满足使用要求，但却不利于型芯的稳,定、排气和清理。,如图所示的紫铜,风口,a,）。从使用出发只需两个通循,环水的孔即可，但从铸造工艺的角度,看，该型芯只靠这两个芯头来固定、,排气和清理显然很困难。为此在法兰,面上增设工艺孔，如图,b,）所示。该,型芯采用吊芯，通过,6,个芯头固定在,上型盖上，省去了芯撑，改善型芯的,稳固性，并使其排气顺畅和清理方便。,5.3,铸件结构与合金铸造性能的关系,在设计铸件结构时，若不充分考虑铸件所用合金的铸造,性能，铸件上会出现,浇不足、冷隔、缩孔、缩松、铸造应力、,变形和裂

7、纹等缺陷,。因此，在设计铸件的结构时，除考虑使,用要求外，还应考虑以下几个方面。,一、合理设计铸件的壁厚,1.,铸件的壁厚应适当。,由于各种铸造合金的流动性不同，在,相同铸型条件下，获得铸件的最小壁厚也不同。当然在不同,铸型条件下，同一种铸造合金铸件的最小厚度也不相同，冷,却能力愈强的铸型，获得铸件的最小壁厚应愈大。其值的大,小主要取决于铸造合金的种类和铸件的尺寸大小。,砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值,铸,造,方,法,合,铸件尺寸,/mm,铸钢,200,200,砂,型,铸,造,200,200500,500,8,1012,灰铸铁,56,610,球墨铸铁,6,12,可锻铸铁,5,8,铝合金,3,4

8、,铜合金,35,68,金,种,类,500,500,1520,1520,1520,1012,6,1012,5.3,合理设计铸件的壁厚,总之，在确定铸件的壁厚时，不,仅保证铸件的强度和刚度等机械性能，,而且应使铸件的壁厚大于所用合金的,“,最小壁厚值,”，以免产生浇不足和,冷隔缺陷。但铸件壁太厚，又易产生,缩孔和缩松缺陷。因此，,一般铸件的,最大壁厚应不超过最小壁厚的三倍。,壁厚,/mm,1520,2030,3050,5070,灰铸件壁厚与其相对强度的关系,相对强度,1.0,0.9,0.8,0.7,尤其是铸铁件，其强度并非按壁厚的,增大而成比例地增加，如表所示,5.3,合理设计铸件的壁厚,2,、铸

9、件壁厚尽可能均匀,铸件壁厚不均，会造成铸造合金的局部积聚，在积聚处易产生缩孔和缩,松；同时，由于铸件壁厚不均，即,铸件各部分冷却速度不同，会使铸件产,生较大的铸造应力，造成铸件的变形和开裂,。如图顶盖铸件的壁厚有两种,设计方案。方案,a,）的厚壁处易产生缩孔，在连接处产生裂纹。方案,b,）则,不存在这些问题。,5.3,合理设计铸件的壁厚,此外，由于铸件内壁的散热条,件较差，其厚度应略小于外壁厚度，,以使铸件内、外壁的冷却速度相近。,一般的，铸件外壁、内壁和筋的厚,度比为,1:0.8:0.6,。如图所示阀体,的设计。方案,b,）减薄了内壁的厚,度，以使阀体各部分均匀冷却。,5.3,合理设计铸件的

10、壁厚,当铸件的壁厚有差别时，铸件的结构应便于实现顺序凝固，,以利补缩。如图所示，铸件的侧壁设计成倒锥状、上厚下薄，,利于补缩,5.4,铸件壁与壁连接的设计,1,、设计结构圆角,铸件上所有壁的转角处，均应设计结构圆,角。如图,4.17,和图,4.18,中的,b),所示。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,设计成如图,4.17,和图,4.19,中,a,）所示的直角连接，有以下缺点：,1),直接连接处会形成铸造合金的聚积，易产生缩孔和缩松缺陷。,2),在铸造合金的凝固过程中，由于柱状晶的方向性，转角处对,角线上将形成晶界，此处因集中了许多低熔点的夹杂物，也将,成为铸件的薄弱节，如图,4.18,所示。,3

11、),铸件在使用过程中，直角内侧医易产生应力集中，会降低其,有效承载力。,为此，在铸件上壁与壁的垂直连接处，必需设有结构圆角，,其大小如表所示。,一般的，铸造内圆角的大小与铸件壁厚相适应，以使转角,处内接圆的直径小于相邻壁厚的,1.5,倍。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,2,、铸件壁与壁之间应避,免锐角连接，是为了减,小热节和内应力。,如图,所示。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,3,、铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中。,表所示。,如,5.4,铸件壁与壁连接的设计,4,、铸件壁与壁之间应避免交叉。,对中、小型铸件壁与壁的连接，,应设计成交错接头；对大型铸件可采用环状接头，如图所示。

12、,5.4,铸件壁与壁连接的设计,四、铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题：,1,、铸件的结构是否使铸件的收缩受阻。,如图所示轮辐的设计。方案,a,）的轮辐数为偶数，每条轮辐均与另一条成直线,排列。这样，势必使两轮辐的收缩互相牵制、彼此受阻，轮辐内将产生大的铸,造应力，会使轮辐产生裂纹。为此，改为方案,b,）和,c,）的设计，则可以通过轮,辐或轮缘的微量变形来减缓轮幅内的铸造应力，以减小产生裂纹的危险。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,2,、应尽量避免设计过大面积,水平面的铸件。,因为大面积的水平面在充,型时不易充满，会产生浇不足,和冷隔缺陷。如图,4.22,为轮形,铸件的辐板

13、结构，方案,b,）较,易充满。,还有图,4.23,所示的薄壁,罩壳铸件的设计，也是方案,b,）,较为合理。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,3,、对于较长易挠曲的梁形铸件，应将其截面设计成,对称截面。,如图所示。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,4,、铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，可防,止其变形。,如图所示，在平板铸件上设计加强筋，以免其翘曲。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,设计防裂筋如图所示，以防在圆柱和法兰面连接处产生裂纹。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,5.,对大而复杂的铸件，应设计成组合式铸件。,如图,4.27,所示的铸钢底座，分成两半来铸造，然后焊成整体。这,样既解决了熔

14、炉、起重机和运输能力的不足问题；又简化了造型工艺，,使铸件的质量容易保证；同时也解决了大型铸件不易整体切削的问题。,如图,4.28,为组合床身的设计，采用螺栓联接，形成组合铸件。,5.4,铸件壁与壁连接的设计,各类铸造合金的铸造性能不同，对铸件结构要求也,不相同。普通灰铸铁产生缩孔、缩松和热裂的倾向性小，,所以对铸件壁厚的均匀性、壁与壁之间的过渡等要求不,如铸钢件要求严格，但应注意其壁厚敏感性和壁太薄出,现的白口倾向。钢的铸造性能很差，表现为流动性差、,收缩大，所以铸钢件结构的设计应严格遵循结构工艺要,求，如铸钢件的壁厚不能太薄、不能出现太多热节、能,实现顺序凝固以利补缩，并可防止变形和裂纹等

15、缺陷的,产生。,一、判断题,1,分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造、熔模,铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面。（）,2,铸造生产的显著优点是适合于制造形状复杂，特别是具,有复杂内腔的铸件。为了获得铸件的内腔，不论是砂型,铸造还是特种铸造均需使用型芯。（）,3,熔模铸造一般在铸型焙烧后冷却至,600,700,时进行,浇注，从而提高液态合金的充型能力。因此，对相同成,分的铸造合金而言，熔模铸件的最小壁厚可小于金属型,和砂型铸件的最小壁厚。（）,4.,铸件上凡垂直于分型面的加工表面都有拔模斜度，,而非加工表面可没有。（,）,5.,体积和重量都很大的复杂铸件宜选用砂型铸造。,（,）,6.,铸

16、件采用“顺序凝固”原则时，内浇口开在壁薄处,为宜。（,）,二、选择题,1,用化学成分相同的铸造合金浇注相同形状和尺寸的铸,件。设砂型铸造得到的铸件强度为,砂,；金属型铸造的,铸,件,强,度,为,金,；,压,力,铸,造,的,铸,件,强,度,为,压,，,则,（,）。,B,金,砂,压,；,D,压,砂,金,。,A,砂,金,=,压,；,C,压,金,砂,；,2.,长度,1000 mm,，外径,200 mm,，内径,180 mm,的管子,可选用（,）。,A,、砂型铸造,B,、卧式离心铸造,C,、压力铸造,D,、立式离心铸造,三、工艺题,请确定图示铸件的浇注位置、分型面；选择造型方法。,四、结构修改题,1.,请修改图示灰铸,铁件的不合理结构，,要求,A,，,B,，,C,不能变，分型面，,浇注位置不能改变。,2.,说明结构斜度、拔模斜度及其区别。下面铸件结构是,否合理？应如