《铸件结构工艺性》PPT课件.ppt

第三节 铸件结构工艺性第三节 铸件结构工艺性 在设计铸件结构时，不仅应考虑到能否满 足铸件的使用性能和力学性能需要，还应考虑 到铸造工艺和所选用合金的铸造性能对铸件结 构的要求。铸件结构的工艺性好坏，对铸件的 质量、生产率及其成本有很大影响。 一、一、 铸件工艺对铸件结构的要求铸件工艺对铸件结构的要求 ( (一一) )铸件外形的设计要求铸件外形的设计要求 1 1、铸件的外形应力求简化，造型时便于起、铸件的外形应力求简化，造型时便于起 模。模。 （1 1）避免铸件的外形有侧凹。）避免铸件的外形有侧凹。 如下图所示的机床铸件，结构如下图所示的机床铸件，结构a a）的侧凹处）的侧凹处 在造型时另需两个外型芯来形成。而结构在造型时另需两个外型芯来形成。而结构b b）在）在 满足使用要求的前提下，将凹坑一直扩展到底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。部省去了外型芯，降低了铸件成本。 还有缸体的设计。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。 （2 2）尽可能使分型面为平面，去掉不必要的）尽可能使分型面为平面，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。造型、生产率高。 (a) 不合理 (b) 合理 杠杆铸件结构 图(a)所示杠杆铸件的分型面是不直的，改 为图(b)结构，分型面变成平面，方便了制模和 造型，分型面设计是合理的。 如图如图a a）所示的托架铸件，设计了不必要的所示的托架铸件，设计了不必要的 外圆角，使造型工序复杂。去掉外圆角的结构外圆角，使造型工序复杂。去掉外圆角的结构 图图b b），），便于整模造型。便于整模造型。 （3 3）铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构）铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构 便于造型。便于造型。 如下图为箱体铸件，其原设计的结构如下图为箱体铸件，其原设计的结构a a）有凸）有凸 台，就需要采用活块造型、工艺复杂，且凸台的台，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。若改为方案加铸件成本。若改为方案b b）便于采用机器造型。）便于采用机器造型。 还有如下图a）、c）所示的铸件凸台的设 计，只能采用活块或外型芯才能起模。将其改 为图b）、d）的结构，可避免活块。 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。 3、在铸件上设计结构斜度 铸件垂直于分型面的不加工表面，应设计 出结构斜度，如图(b)所示，在造型时容易起模 ，不易损坏型腔，有结构斜度是合理的。图(a) 所示为无结构斜度的不合理结构。 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。具体数值可参考表 铸件的结构斜度（Q/ZB 158-78）(如下表) 图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，结 构斜度由设计零件的人确定，且斜度值较大； 拔模斜度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（0.53.0）。 ( (二二) )铸件内腔的设计铸件内腔的设计 1 1、铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化、铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化 铸造工艺。铸造工艺。 如图为支柱的两种结构设计。采用方案如图为支柱的两种结构设计。采用方案b b） 可以省去型芯。可以省去型芯。 悬臂支架 a) 不合理 b)合理 还有如下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。 2、应考虑好型芯的稳固、排气顺畅和清理 方便。 如下图所示，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，而且型芯的排气顺畅、也易于清理。 3、应避免封闭内腔 图(a)所示铸件为封闭空腔结构，其型芯安放 困难、排气不畅、无法清砂、结构工艺性极差。 若改为图 (b)所示结构，上述问题迎刃而解，结 构设计是合理的。 如下图所示的紫铜风口图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。 二、二、 铸造性能对铸件结构的要求铸造性能对铸件结构的要求 铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能的铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能的 要求，生编孔、缩松、浇不足、变形和裂纹等要求，生编孔、缩松、浇不足、变形和裂纹等 铸造缺陷。铸造缺陷。 1 1、合理设计铸件壁厚、合理设计铸件壁厚 不同的合金、不同的铸造条件，不同的合金、不同的铸造条件，对合金的对合金的 流动性影响很大流动性影响很大。为了获得完整、光滑的合格。为了获得完整、光滑的合格 铸件，铸件壁厚设计应大于该合金在一定铸造铸件，铸件壁厚设计应大于该合金在一定铸造 条件下所能得到的条件下所能得到的“ “最小壁厚最小壁厚” ”。表表2-92-9列举了在列举了在 砂型铸造条件下铸件的最小壁厚。砂型铸造条件下铸件的最小壁厚。 铸件壁厚也不宜选择过厚。铸件壁厚也不宜选择过厚。 由于铸件中心部位冷却缓慢、晶粒粗大，由于铸件中心部位冷却缓慢、晶粒粗大， 容易产生缩松、缩孔等缺陷，其承载能力并非容易产生缩松、缩孔等缺陷，其承载能力并非 按壁厚截面增加而成比例增加，所以壁厚应选按壁厚截面增加而成比例增加，所以壁厚应选 择得适当。择得适当。 为了保证铸件的承裁能力，对强度和刚度为了保证铸件的承裁能力，对强度和刚度 要求较高的铸件，应根据载荷的性质和大小，要求较高的铸件，应根据载荷的性质和大小， 选挥合理的截面形状，如选挥合理的截面形状，如图图2-342-34所示。所示。 必要时可在薄弱部位设置加强肋板，从而避免必要时可在薄弱部位设置加强肋板，从而避免 厚大截面，如厚大截面，如图图2-352-35所示。此外，为了有利于铸件所示。此外，为了有利于铸件 各部分冷却速度均匀，内壁厚各部分冷却速度均匀，内壁厚 度要比外壁厚度小度要比外壁厚度小 一些，肋板厚度比铸件壁厚要小一些。一些，肋板厚度比铸件壁厚要小一些。 2 2铸件避厚应尽可能均匀铸件避厚应尽可能均匀 铸件壁厚均匀是为了铸件各部分冷却速度相铸件壁厚均匀是为了铸件各部分冷却速度相 接近，形成同时凝固，避免因壁厚差别而形成热接近，形成同时凝固，避免因壁厚差别而形成热 节，产生缩孔、缩松，也避免薄弱环节产生变形节，产生缩孔、缩松，也避免薄弱环节产生变形 和裂纹。和裂纹。 如如图图2-362-36a a所示两侧小孔处因小孔不铸出，所示两侧小孔处因小孔不铸出， 壁厚过大而产生热节；改成壁厚过大而产生热节；改成图图2-362-36b b所示结构则所示结构则 可避免产生缩孔等缺陷。可避免产生缩孔等缺陷。 铸件各部分壁厚若相差过大，将在局部厚壁处形成 金属积聚的热节，导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷；同 时，不均匀的壁厚还将造成铸件各部分的冷却速度不同 ，冷却收缩时各部分相互阻碍，产生热应力，易使铸件 薄弱部位产生变形和裂纹。 3 3铸件壁的连接方式要合理铸件壁的连接方式要合理 (1)(1)铸造圆角铸造圆角 铸件壁之间的连接应有铸造圆角。如无圆铸件壁之间的连接应有铸造圆角。如无圆 角，直角处热节大，易产生缩孔缩松，如角，直角处热节大，易产生缩孔缩松，如图图2-2- 3737所示；并在内角处产生应力集中，裂纹倾向所示；并在内角处产生应力集中，裂纹倾向 增大；直角内角部分的砂型为尖角，容易损坏增大；直角内角部分的砂型为尖角，容易损坏 而形成砂眼和粘砂。而形成砂眼和粘砂。 铸造圆角半径一般为相交两壁平均厚度的铸造圆角半径一般为相交两壁平均厚度的 1/31/31/21/2。 (2)(2)铸件壁要避免交叉和锐角连接铸件壁要避免交叉和锐角连接 铸件壁连铸件壁连 接时应采用接时应采用图图2-382-38的形式。当铸件两壁交叉时的形式。当铸件两壁交叉时 ，中、小铸件采用交错接头，大型铸件采用环，中、小铸件采用交错接头，大型铸件采用环 形接头，如形接头，如图图2-38a2-38a所示。当两壁必须锐角连接所示。当两壁必须锐角连接 时，要采用时，要采用图图2-38b2-38b、c c所示正确的过渡方式。所示正确的过渡方式。 其主要目的都是尽可能减少铸件的热节。其主要目的都是尽可能减少铸件的热节。 (3)(3)厚壁与薄壁连接厚壁与薄壁连接 铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求 平缓过渡，避免截面突变，减少应力集中，防平缓过渡，避免截面突变，减少应力集中，防 止产生裂纹。当壁厚差别较小时，可用上述的止产生裂纹。当壁厚差别较小时，可用上述的 圆角过渡。当壁厚之比差别在两倍以上时，应圆角过渡。当壁厚之比差别在两倍以上时，应 采用楔形过渡。采用楔形过渡。 4 4避免铸件收缩阻碍避免铸件收缩阻碍 当铸件的收缩受到阻碍，产生的铸造内应当铸件的收缩受到阻碍，产生的铸造内应 力超过合金的强度极限时，铸件特产生裂纹。力超过合金的强度极限时，铸件特产生裂纹。 因此，在设计铸件时，应尽量使其能自由收缩因此，在设计铸件时，应尽量使其能自由收缩 。特别是在产生内应力更加时，应采取措施避。特别是在产生内应力更加时，应采取措施避 免局部收缩阻力过大。免局部收缩阻力过大。 图图2-402-40为轮形铸件，为轮形铸件，图图2-40a2-40a所示结构对铸所示结构对铸 件容易制作校样和造型方便，但对于收缩大的件容易制作校样和造型方便，但对于收缩大的 合金则易造成应力对称量加，产生裂纹；应设合金则易造成应力对称量加，产生裂纹；应设 计成计成图图2-40b2-40b所示弯曲轮辐或所示弯曲轮辐或图图2-40c2-40c所示奇数所示奇数 轮辐，利用铸件微量变形来减小内应力。轮辐，利用铸件微量变形来减小内应力。 5 5避免大的水平面避免大的水平面 图图2-412-41为罩壳