铸造结构特性及工艺图设计

1、3.3 铸造结构工艺性铸造结构工艺性一、零件结构的工艺性：1.定义: 指在一定生产批量和制造条件下，零件结构能否用最经济的方法制造出来并符合设计要求的能力。2.考虑因素： （1）毛坯制造、切削加工、装配和维修； （2）零件材质、生产批量、加工设备和工 艺技术等。二、零件结构的铸造工艺性概述：概述： 零件结构的铸造工艺性：零件结构的铸造工艺性：（铸件结构工艺性）（铸件结构工艺性） 指铸件结构的设计能否用最经济的方法指铸件结构的设计能否用最经济的方法制造出来并符合设计要求的能力。制造出来并符合设计要求的能力。 铸件结构设计应遵循的基本原则： 1）铸件的结构形状应便于造型、制芯和 清理； 2）铸件的

2、结构形状应利于减少铸造缺陷。 3）对铸造性能差的合金如球墨铸铁、可锻 铸铁、铸钢等，其铸件结构应从严要求，以 免产生铸造缺陷。1.合金的铸造性能对零件结构的要求（1 1）铸件壁厚）铸件壁厚1 1）铸件壁厚应适当）铸件壁厚应适当a a）不合理）不合理 b b）合理）合理2 2）铸件壁厚应均匀：）铸件壁厚应均匀： 铸件各部位应均匀一致，以利于减少热节，防止产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷。不不合合理理合合理理3）内壁厚度应小于外壁： 铸件铸件内部的肋、壁等散热条件差，冷却速度慢，内部的肋、壁等散热条件差，冷却速度慢，故故内壁厚度应比外壁薄内壁厚度应比外壁薄，以使整个铸件均匀冷却，从而，以使整个铸件均匀冷

3、却，从而减少内应力减少内应力和和防止裂纹防止裂纹产生。产生。a a）不合理结构）不合理结构b b）合理结）合理结构构（2）铸件壁的连接：1 1）转角处采用）转角处采用圆角圆角热节热节过渡过渡： 以防止形成以防止形成热节热节而而产生内应力、缩孔产生内应力、缩孔、缩松缩松等缺陷。等缺陷。不不合合理理合合理理2）应避免壁的交叉和锐角连接： 壁或肋壁或肋的交叉或锐的交叉或锐角连接均易形成热节角连接均易形成热节而产生铸造缺陷。而产生铸造缺陷。 中小件可采用交错中小件可采用交错接头，接头，大件可采用环状接头。大件可采用环状接头。不不合合理理合合理理3）应避免壁厚突变： 在厚、薄壁连接处应避免壁厚突变，以在

4、厚、薄壁连接处应避免壁厚突变，以防产生应力集中而开裂。防产生应力集中而开裂。壁厚差别较小时可采用圆角过渡；壁厚差别较小时可采用圆角过渡；壁厚差别较大时可采用楔形连接。壁厚差别较大时可采用楔形连接。（3）防止铸件变形：1 1）壁厚不均匀的梁、）壁厚不均匀的梁、杆件，产生扰曲变杆件，产生扰曲变形。形。2 2）壁厚虽均匀但结）壁厚虽均匀但结构刚度差的梁、杆构刚度差的梁、杆件及较大的平板件及较大的平板件，件，可能可能引起变形。引起变形。 力求壁力求壁厚均匀、结厚均匀、结构对称或设置构对称或设置加强加强筋。筋。（4）避免较大的水平面： 铸件上较大的水平面浇注铸件上较大的水平面浇注时，极时，极易产生夹砂、

5、易产生夹砂、气孔、浇不到等气孔、浇不到等缺陷，应缺陷，应尽量设计成倾斜面。尽量设计成倾斜面。（5）减少轮形铸件的内应力： 轮形铸件中部轮毂壁厚较大，易产生较大的拉轮形铸件中部轮毂壁厚较大，易产生较大的拉应力，可能产生裂纹应力，可能产生裂纹。轮辐。轮辐宜设计成弯曲状或改宜设计成弯曲状或改为辐板状为辐板状，以，以减少铸件刚性和增大轮辐处的横截减少铸件刚性和增大轮辐处的横截面。面。不合理不合理不合理不合理不合理不合理合理合理合理合理合理合理不合不合理理合理合理合理合理2. 铸件工艺对零件结构的要求（1）铸件外形：1）应利于减少和简化铸型的分型面 铸型的分型面数目应尽量少，并应尽量避免不平的分型面，以

6、利于造型。2）侧凹和凸台不应妨碍起模 应尽量避免外部侧凹和凸台，或将侧凹延伸至铸件小端，凸台延伸至铸件大端。3 3）垂直于分型面的非加工面应具有结构斜度：）垂直于分型面的非加工面应具有结构斜度： 结构斜度：结构斜度：是零件结构本身所具有的斜度。 目的目的：便于造型时取出模样。内外壁应有相应斜度，且内壁倾斜还有利于以砂垛取代型芯。（2）铸件的内腔1 1）内腔形状应利于制芯或省去型芯：）内腔形状应利于制芯或省去型芯： 简单的内腔形状，简单的内腔形状， 可简化芯盒结构及便于制芯。可简化芯盒结构及便于制芯。2 2）应利于型芯的固定、排气和清理：）应利于型芯的固定、排气和清理： 当芯头数量不足时，下芯时

7、需采用吊芯、当芯头数量不足时，下芯时需采用吊芯、芯撑等，造型费工，排气和清理困难。芯撑等，造型费工，排气和清理困难。措施：增设工艺孔，可增加芯头数目。措施：增设工艺孔，可增加芯头数目。（3）大件和形状复杂件可采用组合结构：组合铸件：组合铸件： 即将其分为若干件分别铸造，再通过焊即将其分为若干件分别铸造，再通过焊接或机械连接等方法组合为一体。接或机械连接等方法组合为一体。优点：优点：1 1）简化工艺，保证质量；）简化工艺，保证质量；2 2）减少设备，缩短生产周期；）减少设备，缩短生产周期；3 3）可解决切削加工工艺上的一些困难。）可解决切削加工工艺上的一些困难。3.4铸造工艺设计 浇注系统浇注系

8、统和冒口和冒口24 设设点点要要计计工艺参数工艺参数的确定的确定铸造工艺铸造工艺图的绘制图的绘制铸造工艺铸造工艺 方案的确定方案的确定 铸造工艺设计包括：铸造工艺设计包括：选择铸造方法或造型方法选择铸造方法或造型方法铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；浇注系统、冒口和冷铁的布置等；浇注系统、冒口和冷铁的布置等；将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图上表示出来，绘制铸造工艺图。图上表示出来，绘制铸造工艺图。一、 浇注位

9、置及分形面的选择l浇注位置浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置；浇注时铸件在铸型中所处的空间位置；可采用：可采用：立浇、卧浇、斜浇等浇注位置。立浇、卧浇、斜浇等浇注位置。l分分 型型 面：面：是指两半铸型（上、下型）或多个铸型是指两半铸型（上、下型）或多个铸型（多箱造型）相互接触、配合的表面。（多箱造型）相互接触、配合的表面。 铸件的造型位置由分型面决定，而铸件的浇注位铸件的造型位置由分型面决定，而铸件的浇注位置与造型位置通常是一致的。置与造型位置通常是一致的。 浇注位置浇注位置和和分型面分型面对对铸件质量铸件质量及及铸造工艺铸造工艺都有很都有很大影响。大影响。选择原则：选择原则：着眼于

10、控制铸件的凝固顺序着眼于控制铸件的凝固顺序 估计到铸件发生缺陷的可能估计到铸件发生缺陷的可能1.浇注位置的选择原则钳工平板钳工平板因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密。如果这些加工面难以朝下，则应尽织也不如下表面致密。如果这些加工面难以朝下，则应尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将较大的平面朝下。较大的平面朝下。 (1) (1) 铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面，避免砂眼、气孔和夹渣侧面，避免砂眼

11、、气孔和夹渣 上上下下车床床身铸件的浇注位置方案由于床身导轨面是关键表面，不容许有明显的表面缺陷，而由于床身导轨面是关键表面，不容许有明显的表面缺陷，而且要求组织致密，因此通常都将导轨面朝下浇注。且要求组织致密，因此通常都将导轨面朝下浇注。卷扬筒的浇注位置方案 因为因为卷扬筒的圆周表面质量要求高，不允许存有卷扬筒的圆周表面质量要求高，不允许存有明显的铸造缺陷明显的铸造缺陷。若采用若采用卧铸卧铸，圆周的，圆周的朝上表面朝上表面的质量难以保证；的质量难以保证；若采用若采用立铸立铸，由于全部，由于全部圆周表面圆周表面均处于侧立位置，其均处于侧立位置，其质量均匀一致，较易获得合格铸件。质量均匀一致，较

12、易获得合格铸件。(2)铸件的大平面应朝下，减少辐射防开裂夹渣。 铸件的大平面若朝上，容易产生夹砂缺陷。铸件的大平面若朝上，容易产生夹砂缺陷。 这是由于在浇注过程中这是由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强金属液对型腔上表面有强烈的热辐射烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂拱起或开裂，于是铸件表面形成夹砂缺陷。，于是铸件表面形成夹砂缺陷。因此，平板、圆盘类铸件的大平面应朝下。因此，平板、圆盘类铸件的大平面应朝下。图图4-2a 大平面朝上引起夹渣缺陷大平面朝上引起夹渣缺陷 (3)面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置，防止产生浇不足冷隔。

13、 为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置。图为油盘铸件的合理浇注位于垂直或倾斜位置。图为油盘铸件的合理浇注位置。置。 大面积薄壁铸件浇注位置大面积薄壁铸件浇注位置(4)对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固 铸钢卷扬筒，浇注时厚端放在上部是合理的；铸钢卷扬筒，浇注时厚端放在上部是合理的； 反之，若厚端放在下部，则难以补缩。反之，若厚端放在下部，则难以补缩。2323图4-2-1 有

14、热节的浇注位置 (5).芯子数量力求少，砂垛代芯省又好。2. 分型面的选择原则 分型面分型面是指两半铸型相互接触的表面。是指两半铸型相互接触的表面。 除了消失模铸造外，都要选择分型面。除了消失模铸造外，都要选择分型面。 一般说来，分型面在确定浇注位置后再选择。一般说来，分型面在确定浇注位置后再选择。但是，分析各种分型面的利、弊之后，可能再次调但是，分析各种分型面的利、弊之后，可能再次调整浇注位置。整浇注位置。 在生产中在生产中浇注位置浇注位置和和分型面有时是同时确定的。分型面有时是同时确定的。 分型面的选择分型面的选择在很大程度上影响着铸件的质量、在很大程度上影响着铸件的质量、成本和生产率。成

15、本和生产率。 分型面的选择分型面的选择要在保证要在保证铸件质量的前提下铸件质量的前提下，尽量，尽量简化工艺，节省人力物力简化工艺，节省人力物力。（1 1）便于起模，使造型工艺简化。）便于起模，使造型工艺简化。1 1）分型面应选在铸件的最大截面处；）分型面应选在铸件的最大截面处；2）分型面应尽量平直）分型面应尽量平直平直分型面平直分型面可采用简便的分可采用简便的分模造型。模造型。大批量生产大批量生产单件小批时：耐用单件小批时：耐用弯曲分型面弯曲分型面 则需采用挖砂或则需采用挖砂或假箱造型。假箱造型。起重臂分型面的选择。起重臂分型面的选择。2828图2-21_2 尽量使用平直分型面3) 避免活块和

16、型芯支架分型方案支架分型方案l按图中按图中方案方案，凸台必，凸台必须须采用四个活块采用四个活块方可制方可制出，而下部两个活块的出，而下部两个活块的部位甚深，部位甚深，取出困难取出困难。l当当改用方案改用方案时时，可省，可省去活块，仅在去活块，仅在A处稍加处稍加挖砂挖砂即可。即可。 图4-4 角架铸件的分型方案b) 机器造型机器造型选择分型面时应尽量避免不必要的型芯。p若按图中方案若按图中方案1分开模造型，其上、下内腔均需采用型芯。分开模造型，其上、下内腔均需采用型芯。p图中方案图中方案，采用整模造型，则上、下内腔均可由砂垛形成，采用整模造型，则上、下内腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。省掉了型芯。

17、l制造型芯需要专门的芯盒、芯骨，还需烘干及下芯制造型芯需要专门的芯盒、芯骨，还需烘干及下芯等工序，等工序，增加了铸件成本增加了铸件成本。三通的分型方案（三通的分型方案（d d是合理的分型方案是合理的分型方案） 多一个分型面多一份误差，使精度下降；多一个分型面多一份误差，使精度下降； 分型面多，造型工时多，生产率下降；分型面多，造型工时多，生产率下降； 机器造型只能两箱造型，机器造型只能两箱造型，分型面多，不能进行大分型面多，不能进行大批量生产。批量生产。24244）尽量减少分型面，并尽量做到只有一个分型面）尽量减少分型面，并尽量做到只有一个分型面 双联齿轮毛坯的造型方案应尽量使铸型只有一个分型

18、面，以便采用工艺简便的两箱造型四箱三箱两箱 三通铸件的浇注位置和分型面床身铸件，其床身铸件，其顶部平面为加工基准面顶部平面为加工基准面。l图中方案图中方案a在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯，因采用整模造型使加工在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯，因采用整模造型使加工面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量生产时的合理方案。面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量生产时的合理方案。l若采用方案若采用方案b，铸件若产生错型将影响铸件精度，但在单件、小批生产条，铸件若产生错型将影响铸件精度，但在单件、小批生产条件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方案案b仍可采用。仍可采用。（2）尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，减少错箱、披缝和毛刺，提高铸件精度。2525方案方案1 1要考虑采用活块造型或加外型芯才能铸造；要考虑采用活块造型或加外型芯才能铸造；方案方案2 2则省去了活块造型或加外型芯。则省去了活块造型或加外型芯。2626使铸件全部或大部分放在同一砂型使铸件全部或大部分放在同一砂型不合理不合理合理合理尽量使加工基准面与大部分尽量使加工基准面与大部分 加工面在同一砂型内加