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1、第五章 铸件结构设计,铸件的结构设计不仅要考虑符合使用的要求,还必须考虑是否符合铸造工艺及铸造性能的要求。 合理地设计铸件结构,可简化铸造工艺、提高生产效率、改善铸件质量、降低生产成本。以下主要从铸件的外形、内腔、壁厚及壁间连接几方面,讨论铸件设计的原则。,设计目的: 使铸件的结构适应铸造工艺、合金铸造性能的要求。以保证铸件质量,降低生产成本,提高生产率。 即:改善铸件结构工艺性。,铸件外形应尽量采用规则的易加工平面、圆柱面、垂直连接等,避免不必要的曲面,以便于制模和造型,除此以外,还应考虑如下方面:,第一节 铸件结构与铸造工艺的关系,在满足使用要求的前提下,尽可能使制模,造型,造芯,合箱和清
2、理等过程简化。,1. 便于模样和芯盒制作,结构力求简单,尽量由直线,平面,圆柱等简单几何图形构成。 使分模面最少。,摇臂两臂改在同一平面内,分型面平直,便于制模、造型。,减少分型面,外壁侧凹的铸件一般要采用砂芯、三箱或多箱造型,增加了分型面数量,造型难度较大。而避免侧凹可采用二箱造型,减少分型面和砂箱的数量,从而简化铸造工艺,还能减少错型和偏芯,以提高铸件的精度。,2. 铸件结构应便于造型,避免侧凹,省去外型芯。,机床底座,2.尽量使分型面平直,避免不必要的圆角,内凹,3.凸台、肋应便于起模,改进的凸台,活块的改进,避免或减少活块,对箱体、缸盖等零件上的凸台、肋板设计时,分布应合理、厚度应适当
3、,这样可使造型时起模方便,少用或不用活块造型,简化铸造工艺。,减少分型面,避免错箱。,支腿,4.垂直分型面的非加工面,应有结构斜度,以便起模。,起模斜度有何不同?,木模上的斜度,标在铸造工艺图上。,结构斜度,造型时为便于起模,在垂直于分型面的非加工侧壁,一般应设计 1030的结构斜度。结构斜度的大小随壁的高度增加而减小;并且内壁的斜度大于外壁的斜度。,侧壁(或大平面)结构斜度一般金属型或机器造型时,结构斜度取5l0度,手工造型取l3度。,5.尽量少用型芯,少用型芯可简化工序,避免制芯过程的变形、合箱中的偏差,提高铸件精度。,下型砂垛 “自带型芯”,铸件内凸缘,须用型芯,悬臂支架铸件为封闭结构,
4、内腔需要用型芯铸出;改进为b方案开式结构,可省去型芯,从而简化铸造工艺。,端盖铸件内腔直径D大于高度H,采用a结构必须要用一个型芯,而采用b结构可采用砂垛代替型芯,使造型工艺简化。,型芯应定位牢固,便于排气。,轴承支架,(a)不合理,(b)合理,改肋板结构,增设工艺孔,改善型芯定位,排气和清砂。,用芯撑,型芯不稳,难清砂。,芯撑,工艺孔,6.应有足够的芯头,以便于型心的固定、排气和清理。,课堂讨论:,连接壁设计原则: 结构圆角与逐渐过渡,壁厚设计原则: 力求均匀,第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系,铸件结构,应满足合金流动性和收缩率的要求,减少铸造缺陷。,1. 壁厚设计, 壁厚应合理 壁厚过
5、小,充型能力差,易产生浇不到、冷隔。 反之,易引起缩松、晶粒粗大等。,最小壁厚与合金流动性,铸造方法和尺寸大小相关,砂型铸造铸件最小壁厚,(a)不合理 (b)合理,铸件的壁厚也不宜过大,否则由于铸件冷却过慢使晶粒粗大,且易产生缩孔、缩松等缺陷,使性能下降,所以不能靠无节制地增大铸件的壁厚来提高承载能力。可采取在铸件的脆弱处增设加强肋的方法来提高铸件的强度和刚度。,各部位壁厚应均匀,以减少热节,并使冷速均匀,防止缩孔、热应力、裂纹等缺陷。,缩松,铸件各部分壁厚相差过大,不仅容易在较厚处产生缩孔、缩松,还会使各部位冷速不均,产生较大的铸造内应力,造成铸件开裂。可采用加强肋或工艺孔等措施使铸件壁厚均
6、匀。,内壁厚应小于外壁, 壁厚分布应符合顺序凝固原则 。,缩松,2. 连接壁设计, 结构圆角,壁连接处热节易引起缩孔缩松、应力集中;同时定向结晶降低该处力学性能。,X,热节(内接圆直径大于壁厚处),圆角半径,壁的连接应避免交叉和锐角,以减小热节。,环形接头,交错接头,锐角接头,厚薄壁过渡,防止突变,减少应力集中。,3. 避免变形和裂纹的结构, 细长件采用对称结构,防止弯曲变形。,薄而大的平板,加肋提高刚度,防止收缩时翘曲变形。,厚壁减薄,采用加强肋,防止产生缩孔。,合理布置加强筋, 减小过大的水平面或采用倾斜面。防止产生气孔、砂眼、夹渣等。,不合理的结构,合理的结构, 避免收缩受阻,减小变形、开裂。,应力的缓解 奇数轮辐:通过对面轮缘的微量变形 弯曲轮辐:可通过轮辐自身的微量弹性变形,课 程 复 习,结构,材料,工艺,铸造工艺理论基础 充型:判据-充型能力流动性,工艺条件(铸型,浇注温度) 收缩:问题-缺陷(缩孔缩松,内应力,变形与裂纹,气孔等) 砂型铸造:生产过程(造型,铸造工艺图制定) 特种铸造:充型力改进,造型法革新 铸件结构设计:结构工艺性,