材料成型第四章

主讲内容第四章液态成形件的结构与工艺设计1/13/20231

设计铸件结构时，不仅要符合力学性能要求，还要易于铸造，并且品质好，生产率高，成本低。后者为评价铸件结构工艺性好坏的指标。铸件设计主要考虑其外形、内腔、结构斜度、壁厚、防裂筋等，使之合理，好造，耐用。一、铸件结构设计1/13/202321.铸件的外形设计总的原则是外形简单、平直、对称，尽可能选用方形、圆形、圆锥等规则几何体组成铸件的形体；尽可能少用凸台、肋、耳和侧壁凹槽，有利于造型、起模。(1)．避免外部侧凹、凸起；1/13/20233(2)凸台、筋条的设计应便于起模；1/13/202341/13/202351/13/20236(4)分型面应尽量为平直面。(3)铸件的外形应便于起模，简化造型工艺；1/13/20237

2.铸件的内腔设计原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低成本。铸件内腔设计减少型芯的数量，避免不必要的型芯；便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。1/13/20238减少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析：1/13/20239实例分析：1/13/202310便于型芯的稳定、排气和铸件的清理实例分析：1/13/202311实例分析：1/13/202312

缺陷分析：结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间概念：3.铸件壁厚的设计原则1：合理设计铸件壁厚

最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。

如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。1/13/202313原则2:铸件壁厚应均匀，避免厚大截面缺陷分析：铸件如果壁后过大会出现集中的缩孔1/13/2023144.铸件壁的连接原则：(1).铸件的结构圆角；(2).避免铸件壁的锐角连接；(3).厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡；1/13/202315缺陷分析：

锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。1/13/202316厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡1/13/202317(1)减缓肋、辐收缩的阻碍缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。实例分析1：5.其它1/13/202318实例分析2：改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。1/13/202319(2)避免出现过大的水平面缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。实例：1/13/202320(3)压铸件的结构设计原则：应尽量消除侧凹和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯，以便压铸件能从铸型中顺利取出。实例：1/13/202321原则：孔、槽不易过小或过深，便于浸渍涂料和撒砂；熔模型壳的高温强度较低,容易变形,平板型壳尤甚,尽量避免出现大平面。实例：(4)熔模铸件的结构设计1/13/202322组合设计：可将大铸件或形状复杂的铸件，设计成几个较小的铸件，经机加工后，再用焊接或螺纹连接方式将其组合成整体。实例1：(5)铸件的组合设计1/13/202323实例2：实例3：1/13/202324思考题1：如图所示铸件结有何改进之处？怎样修改？1/13/202325思考题2：为防止铸件缺陷产生，试修改图示铸钢机架的结构。（孔的尺寸、形状不能变）1/13/202326思考题3：图示压铸件的结构有何缺点，应如何改进？1/13/2023271/13/202328二、砂型铸造工艺设计

砂型铸造工艺设计内容

零件图纸设计；确定工艺参数；铸件成形工艺分析；选择铸件浇注位置和分型面；型芯与芯头设计；浇注系统设计与计算；冒口与冷铁设计与计算；模板设计；芯盒设计；绘制铸造工艺图、铸件图。1/13/202329铸造工艺图的绘制分型面的选择浇注位置的确定工艺参数的确定设计要点

砂型铸造工艺设计要点1/13/202330(1)工艺参数的确定加工余量；收缩率；拔模斜度；铸造圆角；型芯及型芯头。工艺参数1/13/202331机械加工余量和不铸孔

机加工余量：其大小依合金成分与尺寸、铸件浇注位置、机加工精度而定。

不铸孔：根据合金类别和生产批量参照表中数据选择。生产批量最小铸出孔直径灰口铸铁件铸钢件大量生产成批生产单件、小批生产～50

30～505012～1515～301/13/202332孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。1/13/202333拔模斜度

为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度1/13/202334铸造圆角凝固特性热节、充型不同转角处的热节1/13/202335铸造收缩率

铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。

合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。

通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%~1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%~2.0%，铝合金的铸造收缩率为0.8%~1.2%，锡青铜铸造收缩率为1.2%~1.4%。1/13/202336型芯及型芯头型芯是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形.1/13/202337型芯种类（一）1/13/202338型芯种类（二）1/13/202339型芯头型芯头:是型芯的定位、支撑和排气的部分，设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等1/13/202340

型芯与芯头设计

1/13/202341铸件成形工艺分析①给定零件图纸，认定铸件名、使用功能、材质牌号及技术要求；②分析零件主要轮廓尺寸、壁厚大小及分布、主体结构及形状复杂程度。1/13/202342(2)铸造工艺图的绘制零件来了以后，首先要考虑这个零件有几种可能得分型方案，需进行分析比较对浇注位置有要求时要优先考虑对浇注位置没有要求时，优先确定方案，即优先考虑分型面绘制方法1/13/202343

铸造件实例1/13/202344铸造工艺图绘图要领分型面的选择浇注位置画法(上和下)工艺参数定性给出即可1/13/202345

(3)浇注位置与分型面的选定

浇注位置的选定原则：

①重要加工面与受力面朝下或立于侧面。如车身导轨朝下。1/13/202346②

面积较大的薄壁部分置于铸型下部或处于垂直或倾斜位置③厚的部分处于分型面附近的上部或侧面；铸件的大平面应朝下；1/13/202347分型面的选择原则选择原则应保证模样能顺利的从铸型中取出；应尽量减少分型面的数量；应尽量使分型面是一个平直的面；

应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；

应使铸件的全部或大部分置入下箱；应尽量使型芯和活块的数量减少。

分型面——指铸型中相互结合的表面1/13/202348应保证模样能顺利从铸型中取出（之一）1/13/202349应保证模样能顺利从铸型中取出（之二）1/13/202350应尽量减少分型面的数量（之一）1/13/2023511/13/202352应尽量减少分型面的数量（之二）1/13/202353应尽量减少分型面的数量（之三）1/13/202354应尽量使分型面是一个平直的面若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型1/13/202355应尽量使型芯和活块的数量减少1/13/202356应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度1/13/202357(①作用:(1)引入金属，液流平稳，减小冲击；(2)撇渣、撇砂和防止杂质进入型腔；(3)调节温度场分布，控制凝固顺序，防止缩孔、裂纹产生。(4)浇注系统1/13/202358②组元

浇口杯─接纳金属液；直浇道—其高度决定金属液流引入的静压力；横浇道—引入金属液流，撇渣；内浇道—引入金属液流，调节温度场分布；1/13/202359③类型

(1)封闭式∑F直：∑F横：∑F内=1.15：1.1：1；

(2)开放式∑F直：∑F横：∑F内

=1：2：4。④内浇口位置1/13/202360