《铸件结构设计》PPT课件.ppt

1,第5章 铸件结构设计,2,第五章 铸件结构设计,进行铸件设计时，不仅要保证其力学性能和工作性能要求，还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。铸件的结构是否合理，即其结构工艺性是否良好，对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响： 当产品是大批量生产时，则应使所设计的铸件结构便于采用机器造型； 当产品是单件、小批生产时，则应使所设计的铸件尽可能在现有条件下生产出来； 当某些铸件需要采用特种铸造方法时，还必须考虑这些方法对铸件结构的特殊要求。 本章介绍砂型铸件对结构设计的主要要求，其中包括： 铸件结构与铸造工艺的关系（铸件设计的内容） 铸件结构与合金铸造性能的关系（铸件结构设计应考虑的其他内容）,3,铸件结构应尽可能使制模、造型、造芯、合箱和清理过程简化，并为实现机械化生产创造条件。铸件结构设计的要考虑如下问题：,第一节 铸件设计 的内容,铸件外形的设计,铸件内腔的设计,铸件壁厚的设计,铸件壁（肋）间的的连接设计,铸件结构设计指的是铸件结构应符合铸造生产要求，满足铸造性能和铸造工艺对铸件结构的要求。,4,一、铸件外形的设计,1 避免外部侧凹、凸起；,2 分型面应尽量为平直面；,上,中,中,下,上,下,3 凸台、筋条的设计应便于起模。,第一节 铸件设计 的内容,5,避免铸件的外形有侧凹。,6,7,结构斜度 结构斜度是指在铸件所有垂直于分型面的非加工面上设计的斜度。,8,9,10,二、铸件内腔的设计,1 应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。,芯撑,2 便于型芯的固定、排气和清理。,11,图a采用中空结构，要用悬臂型芯和型芯撑加固， 图b采用开式结构，省去了型芯。,图a因出口尺寸小，要采用型芯， 图b 中DH，可用用砂垛形成空腔，省去了型芯。,12,13,三、铸件壁厚的设计,1 合理设计铸件壁厚,1）铸件的最小壁厚,在一定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。 铸件壁厚小于“最小壁厚”，易产生浇不到、冷隔等缺陷。,表5-2 砂型铸造条件下铸件的最小壁厚,14,2）铸件的临界壁厚,在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。,在砂型铸造条件下: 临界壁厚3最小壁厚,3）铸件截面形状,厚壁铸件，易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，力学性能下降，故存在一个最大壁厚。,15,2 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面,16,铸件壁厚力求均匀，避免局部过厚形成热节的结构,所谓铸件壁厚均匀性，是为了使铸件各处的冷却速度相近，并非要求铸件所有的壁厚完全相同。,铸件的外壁、内壁和筋的厚度比约为1：0.8：0.6,17,2. 壁厚不均匀的铸件的设计应有利于定向凝固,图5-8 铝活塞结构的改进,铸件因工作需要其壁厚不均匀或厚度较大，而合金的收缩倾向也较大时，铸件壁厚设计应有利于定向凝固，铸件结构应便于安放冒口进行补缩，以防止缩孔和缩松。,18,1、采用圆弧连接，圆滑过渡,2 避免锐角连接,3 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡,4减缓筋、辐收缩的阻碍,四、铸件壁（肋）间的的连接设计,5 避免采用十字形交叉连接,19,直角联接处形成了金属的积聚，而内侧散热条件差，较易产生缩松和缩孔； 在载荷的作用下，直角处的内侧产生应力集中，使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加(图2-53a)； 一些合金的结晶过程中，将形成垂直于铸件表面的柱状晶。若采用直角联接，则因结晶的方向性，在转角的分角线上形成整齐的分界面(图2-54a)，在此分界面上集中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。,1、采用圆弧连接，圆滑过渡,四、铸件壁（肋）间的的连接设计,20,上述诸因素均使铸件转角处力学性能下降，较易产生裂纹。当铸件采用圆角结构时(图2-53b和图2-54b)，可克服上述之不足。此外，外圆角还可美化铸件的外形，避免划伤人体；铸造内圆角还可防止金属液流将型腔尖角冲毁。,21,2、避免锐角联接 为减小热节和内应力，应避免铸件壁间锐角联接。若两壁间的夹角小于90，则应考虑过渡形式。,22,3、厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡铸件 各部分的壁厚往往难以做到均匀一致，甚至存有很大差别。为了减少应力集中现象，应采用逐步过渡的方法，防止壁厚的突变。,23,23,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：轮缘、轮辐、轮毂间若比例不当， 常因收缩不一致， 内应力过大，使铸件产生裂纹。,4减缓筋、辐收缩的阻碍,24,实例分析：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。,5 避免采用十字形交叉连接,接头因交叉处热节较大，内部容易产生缩孔或缩松，内应力也难以松弛，故较易产生裂纹。,25,6. 防止铸件翘曲变形的设计 细长形或平板类铸件收缩时由于内应力易产生翘曲变形，可采用对称结构或采用加强筋。如图所示。,图2-51 防止变形的铸件结构设计,a) 不合理 b)合理,26,26,7、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：,27,第二节 铸件结构设计应考虑的其它问题,一 铸件的结构应考虑铸造合金的某些使用性能,灰铸铁具有抗压强度与钢相近而抗拉强度较低的特性，因此，在设计灰铸铁件的结构时，应用其抗压强度好的长处，避其抗拉强度差的短处。,图5-15 灰铸铁支座件,28,二 、铸件的结构应考虑不同铸造工艺的特殊性,1 熔模铸件的设计,1）便于从压型中取出蜡模和型芯，如下图所示。,a) 改进前 b) 改进后,2）熔模铸造工艺上一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故壁厚要均匀，或是壁厚分布满足顺序凝固要求，无分散热节。,29,3）为了便于浸挂涂料和撒沙，铸孔的直径不要太小和太深，应大于2mm，薄壁件则应大于0.5mm，通孔深度不大于直径的46倍，不通孔不大于2倍；铸槽的宽度不要太小和太深，宽度应大于2mm，为深度26倍；铸件壁厚不要太薄，一般为28mm。,图5-16 熔模铸件平面上的工艺孔和工艺筋,4）熔模型壳的高温强度低，易变形，平板型壳的变形尤甚，故熔模铸件应尽量避免有大平面。 为防止变形，可在铸件大平面上设工艺孔或工艺筋，增加型壳的刚度。,30,2 压铸件的设计,压铸件的设计应尽量避免侧凹坑和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯，以便压铸件能从压铸型中顺利取出。,图5-17 压铸件的两种设计方案,31,三、铸件结构的剖分与组合设计,1 铸件的剖分设计,将大铸件或形状复杂的铸件设计成几个较小的铸件，经机械加工后，再用焊接或螺钉连接等方法将其组合成整体。,优点： 1）能有效解决铸造熔炉、起重运输设备能力不足的困难，以小设备制造大设备。,2）可根据使用要求用不同材料制造一个铸件的不同部分，铸造工艺简单，铸件品质优良，结构合理。,图5-18 底座的焊接结构,32,3）易于解决整铸时切削加工工艺或设备上的某些困难。,33,因成形工艺的局限性无法整铸的结构需采用剖分结构。,零件上性能要求不同的部分需采用剖分结构。 当零件上各部分对耐磨、导电或绝缘等性能要求不同时，常采用剖分结构，分开制造后，再镶铸成一体。,图5-20 砂型铸件改为压铸件,34,2 铸件的组合设计,利用熔模及气化模铸造等铸造工艺具有无需起模、能制造复杂铸件的特点，可将原需加工装配的组合件，改为整铸件，简化制造过程，提高生产效率，方便使用。,图5-21 车床摇手柄的设计,a) 原设计（加工装配） b)改进后的设计（整铸）,35,总结,铸件的结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率以及成本有很大的影响。铸件的结构包括：铸件外形、内腔、壁厚、壁与壁的连接及加强肋、凸台、法兰等。 设计铸件时，不仅要保证使用性能的要求，还要满足铸件在制造过程中工艺性的要求。即考虑铸造生产工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。应尽量使生产工艺中的制模、造型、制芯、装配、合型和清理等各个环节简化，节约工时，防止废品产生。符合合金铸造性能的要求，以避免出现如缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔、气孔和偏析等缺陷。使铸件的具体结构与这些要求相适应，以达到工艺简单、经济、快速地生产出合格铸件的目的。,36,常见铸件结构的设计,37,续表,39,38,续表,40,39,续表,41,40,续表,42,41,本章结束 谢谢,42,返回文档,图2-34 箱盖的浇注位置,43,图2-37 机床床脚的浇注位置,返回文档,44,返回文档,图2-39 外芯减少分型面,45,返回文档,图2-43 垂直芯头的形式,46,返回文档,图2-44 水平芯设计,4