1、2022年年3月月27日日13时时10分分第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计 目的及要目的及要求求：1.1.掌握铸造工艺对铸件结构的要求；掌握铸造工艺对铸件结构的要求；2.2.了解铸件结构的合理与否对其质量与成本的影响。了解铸件结构的合理与否对其质量与成本的影响。3.3.掌握铸件壁厚对铸件质量的影响；掌握铸件壁厚对铸件质量的影响；4.4.了解铸件结构的合理与否对其性能的影响。了解铸件结构的合理与否对其性能的影响。重点及难点：重点及难点：1.1.结构与铸造工艺的关系；结构与铸造工艺的关系；2.2.结构与铸件性能的关系。结构与铸件性能的关系。铸件结构设计时，不仅要保证其力学性能和工作性能要求铸
2、件结构设计时，不仅要保证其力学性能和工作性能要求，还必须考虑，还必须考虑铸造工艺铸造工艺和和合金铸造性能合金铸造性能对铸件结构的要求。对铸件结构的要求。铸件结构是否合理，对铸件的质量、生产率及其成本有很铸件结构是否合理，对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。大的影响。 1 1）大批量生产：）大批量生产：应使所设计的铸件结构便于采用机器造应使所设计的铸件结构便于采用机器造型；型； 2 2）单件、小批：）单件、小批：应使设计的铸件尽可能在现有条件下生应使设计的铸件尽可能在现有条件下生产。产。2022年年3月月27日日13时时10分分一、铸件的外形一、铸件的外形原则：外形设计应便于起模，简化造型
3、工艺。原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。1 1、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。2022年年3月月27日日13时时10分分1 1、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。 2022年年3月月27日日13时时10分分 3. 3. 凸台、筋条的设置应凸台、筋条的设置应便于起模便于起模 2. 2. 分型面应尽量平直分型面应尽量平直 - - 需要挖砂造型，否则不能起需要挖砂造型，否则不能起模。模。2022年年3月月27日日13时时10分分 二、铸件的结构斜度二、铸件的结构斜度 注意与拔模斜
4、度的区别：注意与拔模斜度的区别： 拔模斜度：拔模斜度：是在制定铸造工艺时是在制定铸造工艺时，为了拔模方便而加上去的，一般要，为了拔模方便而加上去的，一般要切削掉。切削掉。 而而结构斜度：结构斜度：是在设计时加上去是在设计时加上去的，不再被加工掉。的，不再被加工掉。 铸件上垂直于分型面的不加工表铸件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有结构斜度。面，最好具有结构斜度。2022年年3月月27日日13时时10分分三、铸件内腔的设计三、铸件内腔的设计 原则：减少型芯数量，利于型芯原则：减少型芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。的固定、排气和清理。作用：防止偏芯、气孔等缺陷的作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产
5、生；简化造型工艺，降低成本。产生；简化造型工艺，降低成本。1. 1. 尽量节省型芯，避免不必要的尽量节省型芯，避免不必要的型芯型芯 2022年年3月月27日日13时时10分分 2. 2. 应使型芯安放稳固、排气通畅、清理方便应使型芯安放稳固、排气通畅、清理方便 悬臂型芯需用悬臂型芯需用型芯撑型芯撑加固，但下芯，合箱和清理费工，对薄加固，但下芯，合箱和清理费工，对薄壁件、加工面和耐压铸件均不宜采用型芯撑。壁件、加工面和耐压铸件均不宜采用型芯撑。 增加工艺孔，可型芯定位稳固，有利于排气和清理。加工后增加工艺孔，可型芯定位稳固，有利于排气和清理。加工后堵住。堵住。 2022年年3月月27日日13时时
6、10分分 表表2-13 2-13 砂型铸造铸件的最小壁厚砂型铸造铸件的最小壁厚 (mm)(mm) 铸件尺寸铸件尺寸 铸钢铸钢 灰口铸铁灰口铸铁 球铁球铁 可铁可铁 500 15 20 10 15 12 20 -第二节第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构不够合理以及不满足合金的铸造性能要求，会发生铸件结构不够合理以及不满足合金的铸造性能要求，会发生铸造缺陷铸造缺陷 缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔等。缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔等。 1 1、铸件壁的厚设计、铸件壁的厚设计原则原则1 1：合理设计铸件壁厚：合理设计铸件壁厚最小壁厚：最小壁厚：在各种工
7、艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3 3倍。倍。2022年年3月月27日日13时时10分分缺陷分析：缺陷分析：1 1）如果所设计铸件的壁厚小于允许的）如果所设计铸件的壁厚小于允许的 “ “最小壁厚最小壁厚”，铸件，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。就易产生浇不足、
8、冷隔等缺陷。2 2）在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大）在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。表等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。表2-142-14灰铸铁件壁厚参考灰铸铁件壁厚参考值。值。结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间措施：措施：1 1）可改变铸件截面形状，保证承载能力，减轻重量，便于型）可改变铸件截面形状，保证承载能力，减轻重量，便于型芯固定、排气和铸件的清理。芯固定、排气和铸件的清理。2 2）如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构，脆弱处安加强）如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构
9、，脆弱处安加强筋。筋。2022年年3月月27日日13时时10分分原则原则2 2：铸件壁后应均匀，避免厚大截面：铸件壁后应均匀，避免厚大截面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。要求所有的壁厚完全相同。缺陷分析：缺陷分析：壁厚差别过大壁厚差别过大 厚壁处易于产生缩孔、缩松缺陷。厚壁处易于产生缩孔、缩松缺陷。壁厚不均匀壁厚不均匀 冷却速度不同冷却速度不同收缩不一致收缩不一致产生热应力产生热应力厚厚薄连接处产生裂纹。薄连接处产生裂纹。2022年年3月月27日日13时时10分分2 2、铸件壁的连接、铸件壁的连接
10、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。应力的产生。 原则原则1 1：（1 1）铸件的结构圆角）铸件的结构圆角 铸件结构的基本特征铸件结构的基本特征 结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型腔尖角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应。表腔尖角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适
11、应。表2-152-15。2022年年3月月27日日13时时10分分原则原则2 2：（2 2）避免锐角连接）避免锐角连接 减小热节和内应力。减小热节和内应力。缺陷分析：缺陷分析：锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。生裂纹、缩孔等缺陷。原则原则3 3：厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡：厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 减少应力集中减少应力集中 2022年年3月月27日日13时时10分分原则原则4 4：减缓肋、辐收缩的阻碍：减缓肋、辐收缩的阻碍缺陷分析：缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力铸件各
12、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。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。轮辐为直线、偶数：轮辐为直线、偶数：造型等分简便，但轮缘、轮辐、轮毂间比例不当，常因收缩造型等分简便，但轮缘、轮辐、轮毂间比例不当，常因收缩不一致，内应力过大，产生裂纹。不一致，内应力过大，产生裂纹。轮辐为奇数或弯曲：轮辐为奇数或弯曲：可通过轮缘或轮辐本身的微量变形自行减缓内应力。可通过轮缘或轮辐本身的微量变形自行减缓内应力。实例分析实例分析1 1：2022年年3月月27日日13时时10分分防裂筋的应用防裂筋的应用 常用于铸钢、铸铝等易裂合金。常用于铸钢、
13、铸铝等易裂合金。为防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂筋。防裂筋的厚度为为防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂筋。防裂筋的厚度为联接壁厚的联接壁厚的1/4-1/31/4-1/3。实例分析实例分析2 2：改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可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。通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。 2022年年3月月27日日13时时10分分原则原则5 5：避免出现过大的水平面：避免出现过大的水平面缺陷分析：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薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金
14、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。渣缺陷。2022年年3月月27日日13时时10分分第二节第二节 不同成型工艺对铸件结构的要求不同成型工艺对铸件结构的要求1.1.压铸件的结构设计压铸件的结构设计原则：原则：应尽量消除侧凹和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯，应尽量消除侧凹和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯，以便压铸件能从铸型中顺利取出。以便压铸件能从铸型中顺利取出。实例：实例：2022年年3月月27日日13时时10分分2.2.熔模铸件的结构设计熔模铸件的结构设计原则：原则：孔、槽不易过小或过深，便于
15、浸渍涂料和撒砂；尽量避免出孔、槽不易过小或过深，便于浸渍涂料和撒砂；尽量避免出现大平面。现大平面。实例：实例：2022年年3月月27日日13时时10分分3.3.铸件的组合设计铸件的组合设计组合设计：组合设计：可将大铸件或形状复杂的铸件，设计成几个较小的铸件，经可将大铸件或形状复杂的铸件，设计成几个较小的铸件，经机加工后，再用焊接或螺纹连接方式将其组合成整体。机加工后，再用焊接或螺纹连接方式将其组合成整体。实例实例1 1：2022年年3月月27日日13时时10分分实例实例2 2：实例实例3 3：人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
