铸件结构设计.ppt

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金属型铸造 压力铸造或熔模铸造等特种铸造方法时 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结构与合金铸造性能的关系 第一节铸件结构与铸造工艺的关系 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 铸造工艺对铸件结构的要求如下所示 第二节铸件结构与合金铸造性能的关系 合理设计铸件的壁厚铸件的壁厚应尽可能均匀铸件壁的联接防裂筋的应用减缓筋 辅收缩的阻碍 铸件的一些主要缺陷 如缩孔 缩松 变形 裂纹 浇不足 冷隔等 有时是由于铸件的结构不够合理 未能充分考虑合金的铸造性能要求所致 因此 设计铸件时 必须考虑如下几个方面 1 合理设计铸件的壁厚 每种铸造合金在选用某种铸造方法铸造时 都有其适宜的壁厚 如其壁厚选择得当 则既能保证铸件的力学性能 又能防止某些铸造缺陷的产生 由于铸造合金的流动性各不相同 所以在相同的砂型铸造条件下 不同铸造合金所能浇注出铸件的 最小壁厚 也不相同 若所设计铸件的壁厚小于该 最小壁厚 则容易产生浇不足 冷隔等缺陷 铸件的 最小壁厚 主要取决于合金的种类和铸件的大小 如表2 13所示 表2 13砂型铸造条件下铸件的最小壁厚 设计铸件时 还必须考虑到厚大截面的承载能力并非按截面积成比例增加 这是由于心部的冷却速度缓慢 晶粒较粗大 而且容易产生缩孔 缩松 偏析等缺陷 因此 不应单纯以增加壁厚来提高铸件的承载能力 表2 14为灰铸铁件的壁厚参考值 表2 14灰铸铁件壁厚的参考值 为了充分发挥合金的效能 使之既能避免厚大截面 又能保证铸件的强度和刚度 应当根据载荷性质和大小 选择合理的截面形状 如丁字形 工字形 槽形或箱形结构 并在脆弱部分安置加强筋 为了减轻铸件的重量 便于型芯的固定 排气和铸件的清理 常在铸件的壁上开设窗口 图2 51为导架铸件的结构实例 2 铸件的壁厚应尽可能均匀 若铸件各部分的壁厚差别过大 则在厚壁处形成金属聚集的热节 致使厚壁处易于产生缩孔 缩松等缺陷 同时 由于铸件各部分的冷却速度差别较大 还将形成热应力 这种热应力有时可使铸件薄厚联接处产生裂纹 图2 52a 如果铸件的壁厚均匀 则上述缺陷常可避免 图2 52b 必须指出 所谓铸件壁厚的均匀性是使铸件各壁的冷却速度相近 并非要求所有的壁厚完全相同 例如 铸件的内壁因散热慢 故应比外壁薄些 而筋的厚度则应更薄 参见表2 14 2 铸件的壁厚应尽可能均匀 检查铸件壁厚的均匀性时 必须将铸件的加工余量考虑在内 因为有时不包括加工余量时似较均匀 但包括加工余量之后 热节却很大 对于某些难以做到壁厚均匀的铸件 若合金的缩孔倾向较大 则应使其结构便于实现定向凝固 以便安置冒口 进行补缩 3 铸件壁的联接 1 铸件的结构圆角铸件壁间转角处一般应具有结构圆角 这是由于 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 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 铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应 通常应使转角处内接圆直径小于相邻壁厚的1 5倍 过大则增大了转角处缩孔倾向 铸造内圆角的具体数值可参阅表2 15 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 则应考虑图2 55所示的过渡形式 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 4 防裂筋的应用 为防止热裂 可在铸件易裂处增设防裂筋 如图2 56所示 为使防裂筋能起应有的防裂效果 筋的方向必须与机械应力方向相一致 而且筋的厚度应为联接壁厚的1 4 1 3 由于防裂筋很薄 故在冷却过程中优先凝固而具有较高的强度 从而增大了壁问的联接力 防裂筋常用于铸钢 铸铝等易热裂合金 5 减缓筋 辐收缩的阻碍 设计铸件的筋 辐时 应尽量使其得以自由收缩 以防产生裂纹 图2 57a为常见的轮形铸件 其轮辐为直线形 偶数 这种轮辐容易制造模样 当采用刮板造型时 等分轮辐较为简便 它的缺点是 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 为防止上述裂纹 可改用图2 57b所示的奇数轮辐 此种轮辐在内应力的作用下 可通过轮缘的微量变形自行减缓内应力 同理 也可改用图2 57c所示的弯曲轮辐 它可借轮辐本身的微量变形自行减缓内应力 显然 后两种轮辐适用于抗裂性能要求较高的铸件 图2 58为筋的几种布置形式 图中a为交叉接头 这种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 图中b的交错接头和图中c的环状接头的热节均较前者小 且可通过微量变形来缓解内应力 因