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1、第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计 铸件的结构设计不仅要考虑符铸件的结构设计不仅要考虑符合合使用的要求使用的要求，还必须考虑是否符，还必须考虑是否符合合铸造工艺铸造工艺及及铸造性能铸造性能的要求。的要求。 合理地设计铸件结构，可简化合理地设计铸件结构，可简化铸造工艺铸造工艺、提高、提高生产效率生产效率、改善、改善铸铸件质量件质量、降低、降低生产成本生产成本。以下主要。以下主要从铸件的外形、内腔、壁厚及壁间从铸件的外形、内腔、壁厚及壁间连接几方面，讨论铸件设计的原则。连接几方面，讨论铸件设计的原则。 设计目的：设计目的： 使铸件的结构适应铸造工艺、使铸件的结构适应铸造工艺、合金铸造性能的要求
2、。以保证铸件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。质量，降低生产成本，提高生产率。 即即: :改善改善铸件结构工艺性。铸件结构工艺性。 铸件外形应尽量采用规则的易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，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，还应考虑如下方造型，除此以外，还应考虑如下方面：面： 第一节第一节 铸件结构与铸造铸件结构与铸造工艺的关系工艺的关系 在满足使用要求的前提下，在满足使用要求的前提下，尽可能使制模，造型，造芯，合尽可能使制模，造型，造芯，合箱和清理等过程简化。箱和清理等
3、过程简化。 结构力求简单，尽量由直线，平面，圆柱等简单几何图形构成。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。使分模面最少。摇臂两臂改摇臂两臂改在同一平面在同一平面内，分型面内，分型面平直，便于平直，便于制模、造型。制模、造型。减少分型面减少分型面 外壁侧凹的铸件一般要采用砂芯、三箱或多箱外壁侧凹的铸件一般要采用砂芯、三箱或多箱外壁侧凹的铸件一般要采用砂芯、三箱或多箱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。而避免侧造型，增加了分型面数量，造型难度较大。而避免侧造型，增加了分型面数量，造型难度较大。而避免侧造型，增加了分型面数量
4、，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，从而凹可采用二箱造型，减少分型面和砂箱的数量，从而凹可采用二箱造型，减少分型面和砂箱的数量，从而凹可采用二箱造型，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，以提高铸件的简化铸造工艺，还能减少错型和偏芯，以提高铸件的简化铸造工艺，还能减少错型和偏芯，以提高铸件的简化铸造工艺，还能减少错型和偏芯，以提高铸件的精度。精度。精度。精度。2. 铸件结构应便于造型铸件结构应便于造型避免侧凹，避免侧凹，省去外型芯。省去外型芯。机床底座机床底座2.尽量使分型面平直，避尽量使分型面平直，避免不必要的圆角免不必要的圆角内凹内凹3
5、.凸台、肋应凸台、肋应便于起模便于起模改进的凸台改进的凸台活块的改进活块的改进避免或减少活块避免或减少活块 对箱体、缸盖等零件上的凸台、肋板设计时，对箱体、缸盖等零件上的凸台、肋板设计时，对箱体、缸盖等零件上的凸台、肋板设计时，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，这样可使造型时起模方分布应合理、厚度应适当，这样可使造型时起模方分布应合理、厚度应适当，这样可使造型时起模方分布应合理、厚度应适当，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。便，少用或不用活块造型，简化铸造工艺。便，少用或不用活块造型，简化铸造工艺。便，少用或不用活块造型，简化铸造工艺。 减
6、少分型面，避免错箱。减少分型面，避免错箱。支腿支腿4.垂直分型面的非加工面，应垂直分型面的非加工面，应有有结构斜度结构斜度，以便起模。，以便起模。 起模斜度有何不同？起模斜度有何不同？木模上的斜度，标在铸造工艺图上。木模上的斜度，标在铸造工艺图上。结构斜度结构斜度 造型时为便于起模，在垂直于分型面的造型时为便于起模，在垂直于分型面的非加工侧壁，一般应设计非加工侧壁，一般应设计 1 10 03030的结构的结构斜度。结构斜度的大小随壁的高度增加而减斜度。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。小；并且内壁的斜度大于外壁的斜度。 侧壁（或大平面）结构斜度侧壁（或大平面）结
7、构斜度一般金属型或机器造型时，结构斜度取一般金属型或机器造型时，结构斜度取5l0度，度，手工造型取手工造型取l3度。度。5.尽尽量量少少用用型型芯芯少用型芯可简化工序，避免制芯过程的变形、合箱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。中的偏差，提高铸件精度。下型砂垛下型砂垛 “自带型自带型芯芯”铸件内凸缘，须用型芯铸件内凸缘，须用型芯 悬臂支架铸悬臂支架铸件为封闭结构，件为封闭结构，内腔需要用型芯内腔需要用型芯铸出；改进为铸出；改进为b b方案开式结构，方案开式结构，可省去型芯，从可省去型芯，从而简化铸造工艺。而简化铸造工艺。 端盖铸件内腔直径端盖铸件内腔直径端盖铸件
8、内腔直径端盖铸件内腔直径D D D D大于高度大于高度大于高度大于高度H H H H，采用采用采用采用a a a a结构必须要用结构必须要用结构必须要用结构必须要用一个型芯，而采用一个型芯，而采用一个型芯，而采用一个型芯，而采用b b b b结构可采用砂垛代替型芯，使造结构可采用砂垛代替型芯，使造结构可采用砂垛代替型芯，使造结构可采用砂垛代替型芯，使造型工艺简化。型工艺简化。型工艺简化。型工艺简化。 型芯应定位牢固，便于排气。型芯应定位牢固，便于排气。轴承支架（a a）不合理不合理（b)b)合理合理改肋板结构改肋板结构增设增设工艺孔工艺孔，改善型芯，改善型芯定位，排气和清砂。定位，排气和清砂。
9、用芯撑，型芯不稳，难清砂。用芯撑，型芯不稳，难清砂。芯撑芯撑 工艺孔工艺孔6.6.应有足够的芯头，以便于型心的固定、应有足够的芯头，以便于型心的固定、排气和清理。排气和清理。课堂堂讨论：连接壁接壁设计原原则： 结构构圆角与逐角与逐渐过渡渡壁厚壁厚设计原原则： 力求均匀力求均匀第二节第二节 铸件结构与合金铸造铸件结构与合金铸造性能的关系性能的关系 铸件结构，应满足合金流动性和收铸件结构，应满足合金流动性和收缩率的要求，减少铸造缺陷。缩率的要求，减少铸造缺陷。1. 壁厚设计壁厚设计 壁厚应合理壁厚应合理壁厚过小，充型能力差，易产生浇不到、冷隔。壁厚过小，充型能力差，易产生浇不到、冷隔。 反之，易引
10、起缩松、晶粒粗大等。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最小壁厚与合金流动性，铸造方法和尺寸大小相关铸件尺寸件尺寸铸钢灰灰铸铁球墨球墨铸铁可可锻铸铁铝合合金金铜合合金金200200 200200 200200500500 200200500500 500500 500500 68 68 1012 1012 1520152056 56 610 610 152515256 6 12 12 45 45 58 58 3 3 4 4 57 57 35 35 58 58 砂型铸造铸件最小壁厚砂型铸造铸件最小壁厚（a a）不合理不合理 （b)b)合理合理 铸件的壁厚也
11、不宜过大，否则由于铸件冷却过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。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，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。防止缩孔、热应力、裂纹等缺陷。缩松缩松 铸件各部分壁厚相差过大，不仅容易在铸件各部分壁厚相差
12、过大，不仅容易在较厚处产生缩孔、缩松，还会使各部位冷速较厚处产生缩孔、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裂。可采用加强肋或工艺孔等措施使铸件壁厚均匀。厚均匀。 内壁厚应小于外壁内壁厚应小于外壁 壁厚分布应符合顺序凝固原则壁厚分布应符合顺序凝固原则 。缩缩松松2. 连接壁设计连接壁设计 结构圆角结构圆角，壁连接处，壁连接处热节热节易引起缩孔缩松、应易引起缩孔缩松、应力集中；同时定向结晶降低该处力学性能。力集中；同时定向结晶降低该处力学性能。X热节热节（内接圆直径大于壁厚处）（内接圆直径大于壁厚处
13、）圆角半径圆角半径壁的连接应避免交叉和锐角，以减小热节。壁的连接应避免交叉和锐角，以减小热节。环形接头环形接头交错接头交错接头锐角接头锐角接头厚薄壁过渡厚薄壁过渡，防止突变，减少应力集中。，防止突变，减少应力集中。3. 避免变形和裂纹的结构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。细长件采用对称结构，防止弯曲变形。薄而大的平板，加薄而大的平板，加肋肋提高刚度，防止收缩时翘曲变形。提高刚度，防止收缩时翘曲变形。厚壁减薄，采用加强厚壁减薄，采用加强肋肋，防止产生缩孔。，防止产生缩孔。合理布置加强合理布置加强筋筋 减小过大的水平面或采用倾斜面。减小过大的水平面或采用倾斜面。防止产生气孔
14、、砂眼、夹渣等。防止产生气孔、砂眼、夹渣等。不合理的结构不合理的结构合理的结构合理的结构 避免收缩受阻避免收缩受阻，减小变形、开裂。，减小变形、开裂。应力的缓解应力的缓解 奇数轮辐：通过对面轮缘的微量变形奇数轮辐：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弯曲轮辐：可通过轮辐自身的微量弹性变形偶数轮辐偶数轮辐弯曲轮辐弯曲轮辐奇数轮辐奇数轮辐课课 程程 复复 习习结构结构材料材料工艺工艺铸造工艺理论基础铸造工艺理论基础 充型：充型：判据判据- -充型能力充型能力 流动性，工艺条件（铸型，流动性，工艺条件（铸型，浇注温度）浇注温度） 收缩：收缩：问题问题- -缺陷（缩孔缩松，内应力，变形与裂纹，缺陷（缩孔缩松，内应力，变形与裂纹，气孔等）气孔等） 砂型铸造：生产过程（造型，铸造工艺图制定）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：结构工艺性铸件结构设计：结构工艺性
