第五章 铸件结构设计PPT课件

第五章铸件结构设计 山东科技大学材料科学与工程学院 一 铸件外形的设计要求1 铸件的外形应力求简化 造型时便于起模 1 避免铸件的外形有侧凹 如图所示的机床铸件 结构a 的侧凹处在造型时另需两个外型芯来形成 而结构b 在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 5 1铸件结构与铸造工艺的关系 5 1铸件外形的设计要求 缸体的设计如图所示 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 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造型 生产率高 如图a 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b 便于整模造型 5 1铸件外形的设计要求 3 铸件上凸台和筋条的设计 应考虑其结构便于造型 如图为箱体铸件 其原设计的结构a 有凸台 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加铸件成本 若改为方案b 便于采用机器造型 5 1铸件外形的设计要求 还有如图a c 所示的铸件凸台的设计 也只能采用活块或外型芯才能起模 将其改为图c d 的结构 可避免活块 5 1铸件外形的设计要求 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 5 1铸件外形的设计要求 下图为阀体铸件的结构 将具有两个分型面的结构a 改为只有一个分型面的结构b 可简化造型工序 5 1铸件外形的设计要求 3 在铸件上设计结构斜度在铸件的所有垂直于分型面的非加工面上 应设计有结构斜度 如图所示 a 图的结构没有结构斜度 铸造工艺人员应铸造前给出拔模斜度 这样就不必要地增加了铸件的壁厚 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 5 1铸件外形的设计要求 右图所示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 前者由设计零件的人确定 且斜度值较大 后者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 5 3 0 5 1铸件外形的设计要求 二 铸件内腔的设计1 铸件内腔尽量不用或少用型芯 以简化铸造工艺 如图为支柱的两种结构设计 采用方案b 可以省去型芯 5 2铸件内腔的设计 5 2铸件内腔的设计 还有如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 当铸件的内腔较复杂 需用型芯形成时 应考虑好型芯的稳固 排气顺畅和清理方便 如图所示 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 5 2铸件内腔的设计 有时一些铸件内腔的结构 虽能满足使用要求 但却不利于型芯的稳定 排气和清理 如图所示的紫铜风口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 5 2铸件内腔的设计 在设计铸件结构时 若不充分考虑铸件所用合金的铸造性能 铸件上会出现浇不足 冷隔 缩孔 缩松 铸造应力 变形和裂纹等缺陷 因此 在设计铸件的结构时 除考虑使用要求外 还应考虑以下几个方面 一 合理设计铸件的壁厚1 铸件的壁厚应适当 由于各种铸造合金的流动性不同 在相同铸型条件下 获得铸件的最小壁厚也不同 当然在不同铸型条件下 同一种铸造合金铸件的最小厚度也不相同 冷却能力愈强的铸型 获得铸件的最小壁厚应愈大 其值的大小主要取决于铸造合金的种类和铸件的尺寸大小 5 3铸件结构与合金铸造性能的关系 砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值 总之 在确定铸件的壁厚时 不仅保证铸件的强度和刚度等机械性能 而且应使铸件的壁厚大于所用合金的 最小壁厚值 以免产生浇不足和冷隔缺陷 但铸件壁太厚 又易产生缩孔和缩松缺陷 因此 一般铸件的最大壁厚应不超过最小壁厚的三倍 尤其是铸铁件 其强度并非按壁厚的增大而成比例地增加 如表所示 5 3合理设计铸件的壁厚 灰铸件壁厚与其相对强度的关系 2 铸件壁厚尽可能均匀铸件壁厚不均 会造成铸造合金的局部积聚 在积聚处易产生缩孔和缩松 同时 由于铸件壁厚不均 即铸件各部分冷却速度不同 会使铸件产生较大的铸造应力 造成铸件的变形和开裂 如图顶盖铸件的壁厚有两种设计方案 方案a 的厚壁处易产生缩孔 在连接处产生裂纹 方案b 则不存在这些问题 5 3合理设计铸件的壁厚 此外 由于铸件内壁的散热条件较差 其厚度应略小于外壁厚度 以使铸件内 外壁的冷却速度相近 一般的 铸件外壁 内壁和筋的厚度比为1 0 8 0 6 如图所示阀体的设计 方案b 减薄了内壁的厚度 以使阀体各部分均匀冷却 5 3合理设计铸件的壁厚 当铸件的壁厚有差别时 铸件的结构应便于实现顺序凝固 以利补缩 如图所示 铸件的侧壁设计成倒锥状 上厚下薄 利于补缩 5 3合理设计铸件的壁厚 1 设计结构圆角铸件上所有壁的转角处 均应设计结构圆角 如图4 17和图4 18中的b 所示 5 4铸件壁与壁连接的设计 5 4铸件壁与壁连接的设计 设计成如图4 17和图4 19中a 所示的直角连接 有以下缺点 1 直接连接处会形成铸造合金的聚积 易产生缩孔和缩松缺陷 2 在铸造合金的凝固过程中 由于柱状晶的方向性 转角处对角线上将形成晶界 此处因集中了许多低熔点的夹杂物 也将成为铸件的薄弱节 如图4 18所示 3 铸件在使用过程中 直角内侧医易产生应力集中 会降低其有效承载力 为此 在铸件上壁与壁的垂直连接处 必需设有结构圆角 其大小如表所示 一般的 铸造内圆角的大小与铸件壁厚相适应 以使转角处内接圆的直径小于相邻壁厚的1 5倍 2 铸件壁与壁之间应避免锐角连接 是为了减小热节和内应力 如图所示 5 4铸件壁与壁连接的设计 3 铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡 以防止应力集中 如表所示 5 4铸件壁与壁连接的设计 4 铸件壁与壁之间应避免交叉 对中 小型铸件壁与壁的连接 应设计成交错接头 对大型铸件可采用环状接头 如图所示 5 4铸件壁与壁连接的设计 四 铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题 1 铸件的结构是否使铸件的收缩受阻 如图所示轮辐的设计 方案a 的轮辐数为偶数 每条轮辐均与另一条成直线排列 这样 势必使两轮辐的收缩互相牵制 彼此受阻 轮辐内将产生大的铸造应力 会使轮辐产生裂纹 为此 改为方案b 和c 的设计 则可以通过轮辐或轮缘的微量变形来减缓轮幅内的铸造应力 以减小产生裂纹的危险 5 4铸件壁与壁连接的设计 2 应尽量避免设计过大面积水平面的铸件 因为大面积的水平面在充型时不易充满 会产生浇不足和冷隔缺陷 如图4 22为轮形铸件的辐板结构 方案b 较易充满 还有图4 23所示的薄壁罩壳铸件的设计 也是方案b 较为合理 5 4铸件壁与壁连接的设计 3 对于较长易挠曲的梁形铸件 应将其截面设计成对称截面 如图所示 5 4铸件壁与壁连接的设计 4 铸件上易产生变形或裂纹的部位 设计加强筋结构 可防止其变形 如图所示 在平板铸件上设计加强筋 以免其翘曲 5 4铸件壁与壁连接的设计 设计防裂筋如图所示 以防在圆柱和法兰面连接处产生裂纹 5 4铸件壁与壁连接的设计 5 对大而复杂的铸件 应设计成组合式铸件 如图4 27所示的铸钢底座 分成两半来铸造 然后焊成整体 这样既解决了熔炉 起重机和运输能力的不足问题 又简化了造型工艺 使铸件的质量容易保证 同时也解决了大型铸件不易整体切削的问题 如图4 28为组合床身的设计 采用螺栓联接 形成组合铸件 5 4铸件壁与壁连接的设计 各类铸造合金的铸造性能不同 对铸件结构要求也不相同 普通灰铸铁产生缩孔 缩松和热裂的倾向性小 所以对铸件壁厚的均匀性 壁与壁之间的过渡等要求不如铸钢件要求严格 但应注意其壁厚敏感性和壁太薄出现的白口倾向 钢的铸造性能很差 表现为流动性差 收缩大 所以铸钢件结构的设计应严格遵循结构工艺要求 如铸钢件的壁厚不能太薄 不能出现太多热节 能实现顺序凝固以利补缩 并可防止变形和裂纹等缺陷的产生 5 4铸件壁与壁连接的设计 1 分型面是为起模或取出铸件而设置的 砂型铸造 熔模铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面 2 铸造生产的显著优点是适合于制造形状复杂 特别是具有复杂内腔的铸件 为了获得铸件的内腔 不论是砂型铸造还是特种铸造均需使用型芯 3 熔模铸造一般在铸型焙烧后冷却至600 700 时进行浇注 从而提高液态合金的充型能力 因此 对相同成分的铸造合金而言 熔模铸件的最小壁厚可小于金属型和砂型铸件的最小壁厚 一 判断题 4 铸件上凡垂直于分型面的加工表面都有拔模斜度 而非加工表面可没有 5 体积和重量都很大的复杂铸件宜选用砂型铸造 6 铸件采用 顺序凝固 原则时 内浇口开在壁薄处为宜 1 用化学成分相同的铸造合金浇注相同形状和尺寸的铸件 设砂型铸造得到的铸件强度为 砂 金属型铸造的铸件强度为 金 压力铸造的铸件强度为 压 则 A 砂 金 压 B 金 砂 压 C 压 金 砂 D 压 砂 金 二 选择题 2 长度1000mm 外径200mm 内径180mm的管子可选用 A 砂型铸造B 卧式离心铸造C 压力铸造D 立式离心铸造 三 工艺题 请确定图示铸件的浇注位置 分型面 选择造型方法 四 结构修改题 1 请修改图示灰铸铁件的不合理结构 要求 A B C不能变 分型面 浇注位置不能改变 2 说明结构斜度 拔模斜度及其区别 下面铸件结构是否合理 应如何改正 在零件设计中所确定的非加工表面斜度为结构斜度 而在绘制铸造工艺图中加在垂直分型面的侧面