砂型铸件的结构设计

砂型铸件的结构设计第1页，课件共39页，创作于2023年2月第2页，课件共39页，创作于2023年2月

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。1．铸件外形应便于取出模样

(1)避免外部侧凹，如图9-1(a)所示的端盖，由于存在法兰凸缘，铸件外部侧凹，使铸件具有两个分型面，所以常采用三箱造型，或者增加环状外型芯，使造型工艺复杂。图9-1(b)所示为改进设计后的铸件外型，取消了上部法兰凸缘，使铸件仅有一个分型面，因而便于造型．第3页，课件共39页，创作于2023年2月图9-2所示为机床上一铸件。图9-2(a)在A-B截面两侧设计成凹坑，造型时必须采用两个较大的外型芯才能取出模样．若改为图9-2(b)所示结构，将凹坑扩展成通到底部的凹槽则可省去外部型芯。显然，后一方案是比较合理的。第4页，课件共39页，创作于2023年2月(2)分型面尽量平直如图9-3所示的托架。(3)凸台、筋条的设计应考虑便于造型。图9-4。第5页，课件共39页，创作于2023年2月2．合理设计铸件内腔(1)尽量不用或少用型芯图9-5。铸件的内腔也可以利用型腔内的砂垛(上箱砂垛称吊砂)来形成。图9-6。第6页，课件共39页，创作于2023年2月(2)便于型芯固定、排气和铸件清理图9-7所示轴承架。对于因型芯头不足难以固定的铸件，在不影响使用的前提下，可增加芯头数量，为此可设计出适当大小和数量的工艺孔。如图9-8所示铸件，因底面没有型芯头，只好用型芯撑固定；改为图9-8(b)后。铸件底面上增设两个工艺孔，型芯为一整体，稳定性提高，下芯简便，易于排气和清理。如果铸件上不允许有些工艺孔，可以用螺钉或柱塞堵住．第7页，课件共39页，创作于2023年2月

3．铸件结构斜度铸件上凡垂直于分型面的不加工表面，最好有结构斜度，如图9-9所示。图9-10所示为缝纫机边脚，由于铸件各部分均有30°左右的结构斜度(见A-A视图)，使各沟槽均不需型芯，起模也方便。第8页，课件共39页，创作于2023年2月铸件结构斜度大小随垂直于分型面的直壁高度而不同。直壁高度愈小，角度愈大，具体数值参考表9-1。由表可见，铸件的凸台或壁厚过渡处的斜度达30～45°。第9页，课件共39页，创作于2023年2月

第二节铸件结构与合金铸造性能的关系铸件的一些主要缺陷，如缩孔、缩松、裂纹、浇不足、冷隔等，有时是由于铸件结构不合理，未能充分考虑合金的铸造性能所致。为此，在设计铸件时，必须考虑如下几个方面的因素。1．合理设计铸件壁厚表9-2是砂型铸造条件下铸件的最小壁厚。第10页，课件共39页，创作于2023年2月表9-3为灰铸铁件壁厚的参考值。第11页，课件共39页，创作于2023年2月

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、槽形和箱形结构，并在脆弱的部位安置加强筋。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9-11为导架铸件的结构实例。第12页，课件共39页，创作于2023年2月2.铸件的壁厚应尽可能均匀如图9-12第13页，课件共39页，创作于2023年2月3.铸件壁的连接设计铸件壁的连接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。铸件的结构圆角铸件壁与壁之间的转角处一般应具有结构圆角。如图9-139-14所示第14页，课件共39页，创作于2023年2月铸造内圆角的具体数值可参阅表9-4。第15页，课件共39页，创作于2023年2月避免锐角联接图9-15。第16页，课件共39页，创作于2023年2月厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡见表9-5。第17页，课件共39页，创作于2023年2月4．防裂筋的应用为防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂筋(图9-16)。第18页，课件共39页，创作于2023年2月5．减缓筋与辐收缩时的阻力设计铸件的筋与辐时，应尽量使其得以自由收缩，以防止产生裂纹。图9-17为常见的轮形铸件，其轮辐为直线形、偶数，这种轮辐易于制造模样。图9-18为筋的几种布置形式.第19页，课件共39页，创作于2023年2月第五章特种铸造第20页，课件共39页，创作于2023年2月第21页，课件共39页，创作于2023年2月

第一节熔模铸造它是用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂耐火材料，经硬化之后，再将模型熔化、排出型外，从而获得无分型面的铸型。由于熔模广泛用蜡质材料来制造，故又称“失蜡铸造”。一、熔模铸造的工艺过程熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、型壳制造、焙烧和浇注等步骤，如图8-3所示。第22页，课件共39页，创作于2023年2月1.蜡模的制造制造压型要经过以下程序。

(1)压型制造压型一般用钢、铜和铝经切削加工制成，这种压型的使用寿命长，制出的蜡模精度高，但压型成本高，生产准备时间长，主要用于大批量生产。对于小批量生产，则可采用易熔合金(Sn、Pb、Bi等组成的合金)、塑料或石膏直接向模样(母模)上浇注而成。

(2)蜡模的压制料冷却凝固便可从压型中取出，然后修去分型面上的毛刺，即得单个蜡模(图8—3(c))。

(3)蜡模组装第23页，课件共39页，创作于2023年2月2.型壳制造它是在蜡模组上涂挂耐火材料，以制成具有一定强度的耐火型壳的过程。型壳质量的好坏对铸件的精度和表面粗糙度有着决定性的影响，因此型壳的制造是熔模铸造的关键。(1)浸涂料(2)撒砂(3)硬化如以水玻璃为粘结剂时，将蜡模组浸在NH4Cl溶液中1-3分钟。由于氯化铵与水玻璃发生化学反应，使分解出来的SiO2迅速以胶态析出，将石英砂粘得十分牢固。此后，在空气中干燥7～10分钟，形成1～2mm厚的薄壳。为使型壳具有较高的强度，故结壳过程要重复进行4～6次，最后制成5～12mm厚的耐火型壳(图8-3(e))。型壳面层所用的石英砂粒度较细，而以后各层(加固层)所用的石英砂粒度较粗。第24页，课件共39页，创作于2023年2月3．脱蜡和造型

(1)为了从型壳中取出蜡模以形成铸型空腔，还必须进行脱蜡。

(2)造型为了提高型壳的强度，防止浇注时变形或破裂，将脱蜡后的型壳置于铁箱中,周围用干砂填紧，有时也叫填砂。4．焙烧和浇注(1)焙烧将型壳送入加热炉内，加热到800～1000℃进行焙烧，使其所含的残余挥发物得到进一步排除。(2)浇注为了提高液态合金的填充能力，防止浇不足、冷隔等缺陷，要在焙烧后起热(600--700℃)进行浇注。第25页，课件共39页，创作于2023年2月5．落砂和清理待铸件冷却凝固后对于熔模铸造的结构，除满足一般铸造工艺要求外，还应注意以下问题。

1．为便于浸挂涂料和撒砂，孔、槽不宜过小或过深。便于从压型中取出蜡模和型芯。图8-4为便于从压型中抽出金属型芯的示例。图8-4(a)由于带孔凸台朝内，注蜡后无法从压型内抽出型芯，而图8-4(b)克服了上述缺点。第26页，课件共39页，创作于2023年2月3.为防止浇不足、冷隔等缺陷，铸件壁厚不宜过薄，一般应为2～8mm。4．由于熔模型壳的高温强度较低，型壳易变形，故熔模铸件应尽量避免有较大的平面。为防止上述变形，可在大平面上设计工艺孔或工艺肋，以增加型壳的刚度，如图8-5所示。5．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，故要铸件壁厚应尽可能满足顺序凝固要求，不要有分散的热节。

第27页，课件共39页，创作于2023年2月三、熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造的主要特点如下。

1.由于铸型精密、型腔表面光洁，故铸件的精度及表面质量较高，尺寸精度IT11～14,表面粗糙度Ra25～3.2µm。

2．适用于生产各种合金铸件，从铜、铝等有色合金到各种合金钢均可铸造，尤其适用于那些高熔点及难以切削加工的合金铸件，如耐热合金、磁钢等。

3．生产批量不受限制，从单件小批量生产到大量生产均可。

4．由于熔模铸造不需要分型面，故可铸出形状比较复杂的铸件。有时可将由几个零件组合而成的部件，通过改变设计由熔模铸造整体铸出，如图8-6所示。第28页，课件共39页，创作于2023年2月5．铸件的重量不宜太大，一般不超过25kg。最大不超过45kg。熔模铸造的主要缺点是原材料价格昂贵、工艺过程复杂，生产周期长(4～15天)，铸件成本高。熔模铸造是少切削、无切削加工工艺的重要方法之一，目前在航空、船舶、汽车、拖拉机、机床、农机、汽轮机、电讯机械、仪表、刀具和兵器等制造业得到了广泛的应用。第29页，课件共39页，创作于2023年2月

第一节金属型铸造金属型铸造是将液态金属浇入金属铸型以获得铸件的方法。由于铸型用金属制成，可以反复使用几百次到几千次，故称永久型铸造。一、金属型的构造金属型有多种型式，按照分型面的不同，金属型可分为整体式、垂直分型式、水平分型式和复合分型式。其中垂直分型式使用方便，对浇口的开设和取出铸件极为有利，也易于实现机械化生产，应用最广。图8-1第30页，课件共39页，创作于2023年2月金属型一般由铸铁制成，有时也采用铸钢制造。为使金属型芯能在铸件凝固后迅速从内腔中抽出，金属型还没有抽芯机构。二、金属型的铸造工艺1．金属型预热金属型在浇注之前要预热，保持一定的工作温度。

2．喷刷涂料金属型的型腔和金属型芯表而必须喷刷一层耐火涂料(厚度为0.3～0.4mm)，以保护型壁表面，免受金屑液的直接冲蚀和热击；利用涂料层的厚薄可改变铸件各部分冷却速度；还可起蓄气和排气作用。

3．浇注温度由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸造高20-30℃。铝合金为680～740℃，铸铁为1300～1370℃，锡青铜为1100-1150℃，薄壁小件取上限，厚壁大件取下限。

4.开型时间铸件在金属型内停留的时间愈长，铸件的出型及抽芯愈困难，且铸件产生内应力和裂纹的倾向愈大。同时，铸件的白口倾向增加，金属型铸造的生产率降低。为此，应使铸件凝固后尽早出型。通常铸铁件的出型时间为10～60s，铸件温度为780～950℃。第31页，课件共39页，创作于2023年2月三、金属型铸件的结构特点由于金属型无退让性和溃散性。所以，设计金属型铸件结构时，一定要保证铸件顺利出型，铸件结构斜度应较砂型铸造大。如图8-2(a)所示，铸件内腔内大外小，金属型芯难以抽出；而Φ8*11O(mm)的小孔也因过深难以抽芯。在不影响使用的条件下，若将其改为图8-2(b)的结构，并增大内腔的结构斜度，则可使型芯顺利抽出。第32页，课件共39页，创作于2023年2月四、金属型铸造的特点和应用范围与砂型铸造相比，金属型铸造有许多优点。

1.铸件的精度和表面质量较高，尺寸精度ITl2～16，表面粗糙度RA25一12.µm。

2．金属型铸件冷却快，结晶组织致密，铸件的力学性能较高，如铝合金金属型铸件，屈服强度平均提高约20％，同时，抗蚀性和硬度也显著提高。

3．浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约15％一30％。

4．不用砂或少用砂，可节约造型材料80%～100%，减少砂处理和运输设备，减少粉尘污染，改善劳动条件，使铸造车间面貌大为改观。金属型铸造的主要缺点是制造金属型的成本高、生产周期长。同时，铸造工艺要求严格，否则容易出现浇不足、冷隔、裂纹等铸造缺陷，而灰铸铁件又难以避免白口缺陷。金属型铸造主要用于铜、铝合金铸件的大批量生产，如铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜合金轴瓦、轴套、轻工业产品等。第33页，课件共39页，创作于2023年2月

第三节压力铸造压力铸造简称压铸。它是在高压下(比压为5～150MPa)将液态或半液态合金快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的方法。一、压力铸造的工艺过程压铸过程主要是在压铸机上进行的，它所用的铸型称为压型。压铸机主要由压射机构和合型机构所组成。压射机构的作用是将金属液压入型腔；合型机构用于开合和紧固铸型，通常以合型力的大小表示压铸机的规格。压铸机按压射部分的特征分为热压室和冷压室式两大类。卧式冷压室式压铸机的工作过程见图8-7。(1)注入金属先闭合压型，将勺内金属液通过压室上的注液孔向压室内注入，图8-7(a)。

(2)压铸压射冲头向前推进，金属液被压入压型中，图8-7(b)。

(3)取出铸件铸件凝固后，抽芯机构将型腔两侧型芯同时抽出，动型左移开型，铸件则借冲头的前伸动作离开压室，图8-7（c)。此后，在动型继续打开过程中，由于顶杆停止了左移，铸件在顶杆的作用下被顶出动型，图8-7(d)。第34页，课件共39页，创作于2023年2月第35页，课件共39页，创作于2023年2月二、压铸件的结构特点根据压铸成型特点，设计压铸件时应注意以下问题。

1．壁厚和筋的设计要合理，尽可能采用