第五章鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、第五章 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、鑄件外形的設(shè)計要求 1、鑄件的外形應力求簡化，造型時便于起模。 （1）避免鑄件的外形有側(cè)凹。如圖所示的機床鑄件，結(jié)構(gòu)a）的側(cè)凹處在造型時另需兩個外型芯來形成。而結(jié)構(gòu)b）在滿足使用要求的前提下，將凹坑一直擴展到底部省去了外型芯，降低了鑄件成本。,5.1 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄造工藝的關(guān)系,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,缸體的設(shè)計如圖所示。原設(shè)計a）的結(jié)構(gòu)有內(nèi)凹，造型時起模困難，也只能采用外型芯。而將其改為圖b）的結(jié)構(gòu)，則可省去外型芯，簡化造型工序。,（2）盡可能使分型面為平面，去掉不必要的外圓角。因為平面分型面可以避免挖砂和假箱造型、生產(chǎn)率高。如圖a）所示的托架鑄件，設(shè)計了不必要的

2、外圓角，使造型工序復雜。去掉外圓角的結(jié)構(gòu)b），便于整模造型。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,（3）鑄件上凸臺和筋條的設(shè)計，應考慮其結(jié)構(gòu)便于造型。如圖為箱體鑄件，其原設(shè)計的結(jié)構(gòu)a）有凸臺，就需要采用活塊造型、工藝復雜，且凸臺的位置尺寸難于保證；否則采用外型芯來形成會增加鑄件成本。若改為方案b）便于采用機器造型。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,還有如圖a）、c）所示的鑄件凸臺的設(shè)計，也只能采用活塊或外型芯才能起模。將其改為圖c）、d）的結(jié)構(gòu)，可避免活塊。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,2、鑄件的外形應盡可能使鑄件的分型面數(shù)目最少。 鑄件的分型面數(shù)目減少，不僅減少砂箱數(shù)目、降低造型工時，還可以減少錯箱、偏

3、芯等的機會，提高鑄件的尺寸精度。 下圖為端蓋結(jié)構(gòu)的兩種設(shè)計。圖a）的結(jié)構(gòu)有兩個分型面，需采用三箱造型，使選型工序復雜。若是大批量地生產(chǎn)，只有增設(shè)環(huán)狀型芯才可采用機器造型。將端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)為圖b）的設(shè)計，就只有一個分型面，使造型工序簡化。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,下圖為閥體鑄件的結(jié)構(gòu)。將具有兩個分型面的結(jié)構(gòu)a）改為只有一個分型面的結(jié)構(gòu)b），可簡化造型工序。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,3、在鑄件上設(shè)計結(jié)構(gòu)斜度 在鑄件的所有垂直于分型面的非加工面上，應設(shè)計有結(jié)構(gòu)斜度，如圖所示。a）圖的結(jié)構(gòu)沒有結(jié)構(gòu)斜度，鑄造工藝人員應鑄造前給出拔模斜度，這樣就不必要地增加了鑄件的壁厚。結(jié)構(gòu)斜度的大小，隨垂直壁的高

4、度而異。高度愈小，斜度愈大；內(nèi)側(cè)面的斜度應大于外側(cè)面的。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,右圖所示為縫紉機邊腳的結(jié)構(gòu)，其各部分非加工面設(shè)有30左右的結(jié)構(gòu)斜度，方便了起模。 總之，鑄件的結(jié)構(gòu)斜度與拔模斜度不同，前者由設(shè)計零件的人確定，且斜度值較大；后者由鑄造工藝人員在繪制鑄造工藝圖時設(shè)計，且只對沒有結(jié)構(gòu)斜度的立壁給予較小的角度（0.53.0）。,5.1 鑄件外形的設(shè)計要求,二、鑄件內(nèi)腔的設(shè)計 1. 鑄件內(nèi)腔盡量不用或少用型芯，以簡化鑄造工藝。如圖為支柱的兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用方案b）可以省去型芯,5.2 鑄件內(nèi)腔的設(shè)計,5.2 鑄件內(nèi)腔的設(shè)計,還有如圖所示的圓蓋鑄件內(nèi)腔的設(shè)計方案。方案b）的內(nèi)腔設(shè)計可以

5、省去型芯，采用自帶型芯形成，減少了制芯工序，降低了鑄件成本。,2.當鑄件的內(nèi)腔較復雜、需用型芯形成時，應考慮好型芯的穩(wěn)固、排氣順暢和清理方便。 如圖所示，為軸承架內(nèi)腔的兩種設(shè)計。方案a）需要兩個型芯，其中較大的型芯呈懸臂狀態(tài)，需用型芯撐A支承其無芯頭的一端；若將軸承架內(nèi)腔改成方案b），則型芯的穩(wěn)定性大大提高，而且型芯的排氣順暢、也易于清理。,5.2 鑄件內(nèi)腔的設(shè)計,有時一些鑄件內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)，雖能滿足使用要求，但卻不利于型芯的穩(wěn)定、排氣和清理。 如圖所示的紫銅風口a）。從使用出發(fā)只需兩個通循環(huán)水的孔即可，但從鑄造工藝的角度看，該型芯只靠這兩個芯頭來固定、排氣和清理顯然很困難。為此在法蘭面上增設(shè)工藝

6、孔，如圖b）所示。該型芯采用吊芯，通過6個芯頭固定在上型蓋上，省去了芯撐，改善型芯的穩(wěn)固性，并使其排氣順暢和清理方便。,5.2 鑄件內(nèi)腔的設(shè)計,在設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)時，若不充分考慮鑄件所用合金的鑄造性能，鑄件上會出現(xiàn)澆不足、冷隔、縮孔、縮松、鑄造應力、變形和裂紋等缺陷。因此，在設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)時，除考慮使用要求外，還應考慮以下幾個方面。 一、合理設(shè)計鑄件的壁厚 1. 鑄件的壁厚應適當。由于各種鑄造合金的流動性不同，在相同鑄型條件下，獲得鑄件的最小壁厚也不同。當然在不同鑄型條件下，同一種鑄造合金鑄件的最小厚度也不相同，冷卻能力愈強的鑄型，獲得鑄件的最小壁厚應愈大。其值的大小主要取決于鑄造合金的種類和鑄件

7、的尺寸大小。,5.3 鑄件結(jié)構(gòu)與合金鑄造性能的關(guān)系,砂型鑄造條件下鑄件的最小壁厚值,總之，在確定鑄件的壁厚時，不僅保證鑄件的強度和剛度等機械性能，而且應使鑄件的壁厚大于所用合金的“最小壁厚值”，以免產(chǎn)生澆不足和冷隔缺陷。但鑄件壁太厚，又易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。因此，一般鑄件的最大壁厚應不超過最小壁厚的三倍。尤其是鑄鐵件，其強度并非按壁厚的增大而成比例地增加，如表所示,5.3 合理設(shè)計鑄件的壁厚,灰鑄件壁厚與其相對強度的關(guān)系,2、鑄件壁厚盡可能均勻 鑄件壁厚不均，會造成鑄造合金的局部積聚，在積聚處易產(chǎn)生縮孔和縮松；同時，由于鑄件壁厚不均，即鑄件各部分冷卻速度不同，會使鑄件產(chǎn)生較大的鑄造應力，造成鑄

8、件的變形和開裂。如圖頂蓋鑄件的壁厚有兩種設(shè)計方案。方案a）的厚壁處易產(chǎn)生縮孔，在連接處產(chǎn)生裂紋。方案b）則不存在這些問題。,5.3 合理設(shè)計鑄件的壁厚,此外，由于鑄件內(nèi)壁的散熱條件較差，其厚度應略小于外壁厚度，以使鑄件內(nèi)、外壁的冷卻速度相近。一般的，鑄件外壁、內(nèi)壁和筋的厚度比為1:0.8:0.6。如圖所示閥體的設(shè)計。方案b）減薄了內(nèi)壁的厚度，以使閥體各部分均勻冷卻。,5.3 合理設(shè)計鑄件的壁厚,當鑄件的壁厚有差別時，鑄件的結(jié)構(gòu)應便于實現(xiàn)順序凝固，以利補縮。如圖所示，鑄件的側(cè)壁設(shè)計成倒錐狀、上厚下薄，利于補縮,5.3 合理設(shè)計鑄件的壁厚,1、設(shè)計結(jié)構(gòu)圓角 鑄件上所有壁的轉(zhuǎn)角處，均應設(shè)計結(jié)構(gòu)圓角。

9、如圖4.17和圖4.18中的b)所示。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,設(shè)計成如圖4.17和圖4.19中a）所示的直角連接，有以下缺點： 1)直接連接處會形成鑄造合金的聚積，易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。 2)在鑄造合金的凝固過程中，由于柱狀晶的方向性，轉(zhuǎn)角處對角線上將形成晶界，此處因集中了許多低熔點的夾雜物，也將成為鑄件的薄弱節(jié)，如圖4.18所示。 3)鑄件在使用過程中，直角內(nèi)側(cè)醫(yī)易產(chǎn)生應力集中，會降低其有效承載力。 為此，在鑄件上壁與壁的垂直連接處，必需設(shè)有結(jié)構(gòu)圓角，其大小如表所示。 一般的，鑄造內(nèi)圓角的大小與鑄件壁厚相適應，以使轉(zhuǎn)角處內(nèi)接圓的直徑小于相鄰壁厚的1.5倍

10、。,2、鑄件壁與壁之間應避免銳角連接，是為了減小熱節(jié)和內(nèi)應力。如圖所示。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,3、鑄件的厚壁與薄壁的連接應逐步過渡，以防止應力集中。如表所示。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,4、鑄件壁與壁之間應避免交叉。對中、小型鑄件壁與壁的連接，應設(shè)計成交錯接頭；對大型鑄件可采用環(huán)狀接頭，如圖所示。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,四、鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計還應考慮到其它一些與合金鑄造性能有關(guān)的問題： 1、鑄件的結(jié)構(gòu)是否使鑄件的收縮受阻。 如圖所示輪輻的設(shè)計。方案a）的輪輻數(shù)為偶數(shù)，每條輪輻均與另一條成直線排列。這樣，勢必使兩輪輻的收縮互相牽制、彼此受阻，輪輻內(nèi)將產(chǎn)生大的鑄造應力，會使輪輻產(chǎn)

11、生裂紋。為此，改為方案b）和c）的設(shè)計，則可以通過輪輻或輪緣的微量變形來減緩輪幅內(nèi)的鑄造應力，以減小產(chǎn)生裂紋的危險。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,2、應盡量避免設(shè)計過大面積水平面的鑄件。 因為大面積的水平面在充型時不易充滿，會產(chǎn)生澆不足和冷隔缺陷。如圖4.22為輪形鑄件的輻板結(jié)構(gòu)，方案b）較易充滿。 還有圖4.23 所示的薄壁罩殼鑄件的設(shè)計，也是方案b）較為合理。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,3、對于較長易撓曲的梁形鑄件，應將其截面設(shè)計成對稱截面。如圖所示。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,4、鑄件上易產(chǎn)生變形或裂紋的部位，設(shè)計加強筋結(jié)構(gòu)，可防止其變形。如圖所示，在平板鑄件上設(shè)計加強筋，以免

12、其翹曲。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,設(shè)計防裂筋如圖所示，以防在圓柱和法蘭面連接處產(chǎn)生裂紋。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,5.對大而復雜的鑄件，應設(shè)計成組合式鑄件。 如圖4.27所示的鑄鋼底座，分成兩半來鑄造，然后焊成整體。這樣既解決了熔爐、起重機和運輸能力的不足問題；又簡化了造型工藝，使鑄件的質(zhì)量容易保證；同時也解決了大型鑄件不易整體切削的問題。如圖4.28為組合床身的設(shè)計，采用螺栓聯(lián)接，形成組合鑄件。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,各類鑄造合金的鑄造性能不同，對鑄件結(jié)構(gòu)要求也不相同。普通灰鑄鐵產(chǎn)生縮孔、縮松和熱裂的傾向性小，所以對鑄件壁厚的均勻性、壁與壁之間的過渡等要求不如鑄鋼件要求嚴

13、格，但應注意其壁厚敏感性和壁太薄出現(xiàn)的白口傾向。鋼的鑄造性能很差，表現(xiàn)為流動性差、收縮大，所以鑄鋼件結(jié)構(gòu)的設(shè)計應嚴格遵循結(jié)構(gòu)工藝要求，如鑄鋼件的壁厚不能太薄、不能出現(xiàn)太多熱節(jié)、能實現(xiàn)順序凝固以利補縮，并可防止變形和裂紋等缺陷的產(chǎn)生。,5.4 鑄件壁與壁連接的設(shè)計,1分型面是為起模或取出鑄件而設(shè)置的，砂型鑄造、熔模鑄造和金屬型鑄造所用的鑄型都有分型面。（） 2鑄造生產(chǎn)的顯著優(yōu)點是適合于制造形狀復雜，特別是具有復雜內(nèi)腔的鑄件。為了獲得鑄件的內(nèi)腔，不論是砂型鑄造還是特種鑄造均需使用型芯。（） 3熔模鑄造一般在鑄型焙燒后冷卻至600700時進行澆注，從而提高液態(tài)合金的充型能力。因此，對相同成分的鑄造合

14、金而言，熔模鑄件的最小壁厚可小于金屬型和砂型鑄件的最小壁厚。（）,一、判斷題,4. 鑄件上凡垂直于分型面的加工表面都有拔模斜度，而非加工表面可沒有。（ ） 5. 體積和重量都很大的復雜鑄件宜選用砂型鑄造。（ ） 6. 鑄件采用“順序凝固”原則時，內(nèi)澆口開在壁薄處為宜。（ ）,1用化學成分相同的鑄造合金澆注相同形狀和尺寸的鑄件。設(shè)砂型鑄造得到的鑄件強度為砂；金屬型鑄造的鑄件強度為金；壓力鑄造的鑄件強度為壓，則（ ）。 A砂金 =壓； B金砂壓； C 壓金砂； D壓砂金。,二、選擇題,2. 長度1000 mm，外徑200 mm，內(nèi)徑180 mm的管子可選用（ ）。 A、砂型鑄造 B、臥式離心鑄造 C、壓力鑄造 D、立式離心鑄造,三、工藝題,請確定圖示鑄件的澆注位置、分型面；選擇造型方法。,四、結(jié)構(gòu)修改題,1. 請修改圖示灰鑄鐵件的不合理結(jié)構(gòu)，要求A，B，C不能變，分型面，澆注位置不能改變。,2. 說明結(jié)構(gòu)斜度、拔模斜度及其區(qū)別。下面鑄件結(jié)構(gòu)是否合理？應如何改正？,在零件設(shè)