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（0.53.0）。,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600700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