鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1第五章鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要保證其力學(xué)性能和工作性能要求，還必須考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。鑄件的結(jié)構(gòu)是否合理，即其結(jié)構(gòu)工藝性是否良好，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其成本有很大的影響：當(dāng)產(chǎn)品是大批量生產(chǎn)時(shí)，則應(yīng)使所設(shè)計(jì)的鑄件結(jié)構(gòu)便于采用機(jī)器造型；當(dāng)產(chǎn)品是單件、小批生產(chǎn)時(shí)，則應(yīng)使所設(shè)計(jì)的鑄件盡可能在現(xiàn)有條件下生產(chǎn)出來(lái)；當(dāng)某些鑄件需要采用特種鑄造方法時(shí)，還必須考慮這些方法對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的特殊要求。本章介紹砂型鑄件對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求，其中包括：鑄件結(jié)構(gòu)與鑄造工藝的關(guān)系（鑄件設(shè)計(jì)的內(nèi)容）鑄件結(jié)構(gòu)與合金鑄造性能的關(guān)系（鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的其他內(nèi)容）第2頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使制模、造型、造芯、合箱和清理過(guò)程簡(jiǎn)化，并為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要考慮如下問(wèn)題：第一節(jié)鑄件設(shè)計(jì)的內(nèi)容鑄件外形的設(shè)計(jì)鑄件內(nèi)腔的設(shè)計(jì)鑄件壁厚的設(shè)計(jì)鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計(jì)

鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)要求，滿足鑄造性能和鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。第3頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3一、鑄件外形的設(shè)計(jì)

1．避免外部側(cè)凹、凸起；2．分型面應(yīng)盡量為平直面；上中中下上下3．凸臺(tái)、筋條的設(shè)計(jì)應(yīng)便于起模。第一節(jié)鑄件設(shè)計(jì)的內(nèi)容第4頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日4避免鑄件的外形有側(cè)凹。第5頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日5第6頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日6結(jié)構(gòu)斜度

結(jié)構(gòu)斜度是指在鑄件所有垂直于分型面的非加工面上設(shè)計(jì)的斜度。第7頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日7第8頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日8第9頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日9二、鑄件內(nèi)腔的設(shè)計(jì)1．應(yīng)盡量減少型芯的數(shù)量，避免不必要的型芯。芯撐2．便于型芯的固定、排氣和清理。第10頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日10圖a采用中空結(jié)構(gòu)，要用懸臂型芯和型芯撐加固，圖b采用開(kāi)式結(jié)構(gòu)，省去了型芯。圖a圖b圖a因出口尺寸小，要采用型芯，圖b中D〉H，可用用砂垛形成空腔，省去了型芯。圖a圖b第11頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日11第12頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日12三、鑄件壁厚的設(shè)計(jì)1．合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚1）鑄件的最小壁厚鑄造方法鑄件尺寸（mm）合金種類(lèi)鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金砂型鑄造<200×20085～66533～5200×20~500×50010～126～1012846～8>500×50015～2015～2015～2010～12610～12在一定鑄造工藝條件下，所能澆注出的鑄件最小壁厚。鑄件壁厚小于“最小壁厚”，易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。表5-2砂型鑄造條件下鑄件的最小壁厚第13頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日132）鑄件的臨界壁厚在最小壁厚和臨界壁厚之間就是適宜的鑄件壁厚。在砂型鑄造條件下:臨界壁厚≈3×最小壁厚

3）鑄件截面形狀厚壁鑄件，易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大等缺陷，力學(xué)性能下降，故存在一個(gè)最大壁厚。第14頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日142．鑄件壁厚應(yīng)均勻、避免厚大截面第15頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日15鑄件壁厚力求均勻，避免局部過(guò)厚形成熱節(jié)的結(jié)構(gòu)所謂鑄件壁厚均勻性，是為了使鑄件各處的冷卻速度相近，并非要求鑄件所有的壁厚完全相同。鑄件的外壁、內(nèi)壁和筋的厚度比約為1：0.8：0.6第16頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日162.壁厚不均勻的鑄件的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于定向凝固圖5-8鋁活塞結(jié)構(gòu)的改進(jìn)鑄件因工作需要其壁厚不均勻或厚度較大，而合金的收縮傾向也較大時(shí)，鑄件壁厚設(shè)計(jì)應(yīng)有利于定向凝固，鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安放冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，以防止縮孔和縮松。第17頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日171、采用圓弧連接，圓滑過(guò)渡2．避免銳角連接3．厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐步過(guò)渡4．減緩筋、輻收縮的阻礙四、鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計(jì)5．避免采用十字形交叉連接第18頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日18①直角聯(lián)接處形成了金屬的積聚，而內(nèi)側(cè)散熱條件差，較易產(chǎn)生縮松和縮孔；②在載荷的作用下，直角處的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中，使內(nèi)側(cè)實(shí)際承受的應(yīng)力較平均應(yīng)力大大增加(圖2-53a)；③一些合金的結(jié)晶過(guò)程中，將形成垂直于鑄件表面的柱狀晶。若采用直角聯(lián)接，則因結(jié)晶的方向性，在轉(zhuǎn)角的分角線上形成整齊的分界面(圖2-54a)，在此分界面上集中了許多雜質(zhì)，使轉(zhuǎn)角處成為鑄件的薄弱環(huán)節(jié)。1、采用圓弧連接，圓滑過(guò)渡四、鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計(jì)第19頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日19上述諸因素均使鑄件轉(zhuǎn)角處力學(xué)性能下降，較易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)鑄件采用圓角結(jié)構(gòu)時(shí)(圖2-53b和圖2-54b)，可克服上述之不足。此外，外圓角還可美化鑄件的外形，避免劃傷人體；鑄造內(nèi)圓角還可防止金屬液流將型腔尖角沖毀。第20頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日202、避免銳角聯(lián)接

為減小熱節(jié)和內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)避免鑄件壁間銳角聯(lián)接。若兩壁間的夾角小于90，則應(yīng)考慮過(guò)渡形式。第21頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日21圖

例

尺

寸

b≤2a鑄鐵

R≥(1/6~1/3)(a+b)/2鑄鋼

R≈(a+b)/4b＞2a鑄鐵

L＞4(b-a)鑄鋼

L＞5(b-a)b＞2aR≥(1/6~1/3)(a+b)/2；R1≥R+(a+b)/2C≈3(b-a)1/2，h≥（4~5）C3、厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐步過(guò)渡鑄件各部分的壁厚往往難以做到均勻一致，甚至存有很大差別。為了減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)采用逐步過(guò)渡的方法，防止壁厚的突變。第22頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2223

缺陷分析：鑄件各部分冷卻速度不同而收縮不一致，形成較大的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)合金的強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生裂紋。實(shí)例分析：輪緣、輪輻、輪轂間若比例不當(dāng)，常因收縮不一致，內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，使鑄件產(chǎn)生裂紋。4．減緩筋、輻收縮的阻礙第23頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日23實(shí)例分析：改進(jìn)后的交錯(cuò)接頭或環(huán)狀接頭，其熱節(jié)均較改進(jìn)的小，且可通過(guò)微量變形來(lái)緩解內(nèi)應(yīng)力，抗裂性能均較好。

5．避免采用十字形交叉連接接頭因交叉處熱節(jié)較大，內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔或縮松，內(nèi)應(yīng)力也難以松弛，故較易產(chǎn)生裂紋。第24頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日246.防止鑄件翹曲變形的設(shè)計(jì)細(xì)長(zhǎng)形或平板類(lèi)鑄件收縮時(shí)由于內(nèi)應(yīng)力易產(chǎn)生翹曲變形，可采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)或采用加強(qiáng)筋。如圖所示。圖2-51防止變形的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)a)不合理b)合理第25頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2526

7、避免出現(xiàn)過(guò)大的水平面

缺陷分析：

薄壁罩殼鑄件，當(dāng)其殼頂呈水平面時(shí)，因薄壁件金屬液散熱冷卻快，渣、氣易滯留在頂面，易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔和夾渣缺陷。

實(shí)例：第26頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日26第二節(jié)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的其它問(wèn)題一．鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮鑄造合金的某些使用性能灰鑄鐵具有抗壓強(qiáng)度與鋼相近而抗拉強(qiáng)度較低的特性，因此，在設(shè)計(jì)灰鑄鐵件的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)用其抗壓強(qiáng)度好的長(zhǎng)處，避其抗拉強(qiáng)度差的短處。圖5-15灰鑄鐵支座件第27頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日27二、鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮不同鑄造工藝的特殊性1．熔模鑄件的設(shè)計(jì)1）便于從壓型中取出蠟?zāi)：托托?，如下圖所示。a)改進(jìn)前b)改進(jìn)后2）熔模鑄造工藝上一般不用冷鐵，少用冒口，多用直澆口直接補(bǔ)縮，故壁厚要均勻，或是壁厚分布滿足順序凝固要求，無(wú)分散熱節(jié)。第28頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日283）為了便于浸掛涂料和撒沙，鑄孔的直徑不要太小和太深，應(yīng)大于2mm，薄壁件則應(yīng)大于0.5mm，通孔深度不大于直徑的4～6倍，不通孔不大于2倍；鑄槽的寬度不要太小和太深，寬度應(yīng)大于2mm，為深度2～6倍；鑄件壁厚不要太薄，一般為2～8mm。圖5-16熔模鑄件平面上的工藝孔和工藝筋4）熔模型殼的高溫強(qiáng)度低，易變形，平板型殼的變形尤甚，故熔模鑄件應(yīng)盡量避免有大平面。

為防止變形，可在鑄件大平面上設(shè)工藝孔或工藝筋，增加型殼的剛度。第29頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日292．壓鑄件的設(shè)計(jì)壓鑄件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免側(cè)凹坑和深腔，在無(wú)法避免時(shí)，至少應(yīng)便于抽芯，以便壓鑄件能從壓鑄型中順利取出。圖5-17壓鑄件的兩種設(shè)計(jì)方案第30頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日30三、鑄件結(jié)構(gòu)的剖分與組合設(shè)計(jì)1．鑄件的剖分設(shè)計(jì)將大鑄件或形狀復(fù)雜的鑄件設(shè)計(jì)成幾個(gè)較小的鑄件，經(jīng)機(jī)械加工后，再用焊接或螺釘連接等方法將其組合成整體。優(yōu)點(diǎn)：

1）能有效解決鑄造熔爐、起重運(yùn)輸設(shè)備能力不足的困難，以小設(shè)備制造大設(shè)備。2）可根據(jù)使用要求用不同材料制造一個(gè)鑄件的不同部分，鑄造工藝簡(jiǎn)單，鑄件品質(zhì)優(yōu)良，結(jié)構(gòu)合理。圖5-18底座的焊接結(jié)構(gòu)第31頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日313）易于解決整鑄時(shí)切削加工工藝或設(shè)備上的某些困難。第32頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日32因成形工藝的局限性無(wú)法整鑄的結(jié)構(gòu)需采用剖分結(jié)構(gòu)。零件上性能要求不同的部分需采用剖分結(jié)構(gòu)。當(dāng)零件上各部分對(duì)耐磨、導(dǎo)電或絕緣等性能要求不同時(shí)，常采用剖分結(jié)構(gòu)，分開(kāi)制造后，再鑲鑄成一體。圖5-20砂型鑄件改為壓鑄件第33頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日332．鑄件的組合設(shè)計(jì)利用熔模及氣化模鑄造等鑄造工藝具有無(wú)需起模、能制造復(fù)雜鑄件的特點(diǎn)，可將原需加工裝配的組合件，改為整鑄件，簡(jiǎn)化制造過(guò)程，提高生產(chǎn)效率，方便使用。圖5-21車(chē)床搖手柄的設(shè)計(jì)a)原設(shè)計(jì)（加工裝配）b)改進(jìn)后的設(shè)計(jì)（整鑄）第34頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日34總結(jié)鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率以及成本有很大的影響。鑄件的結(jié)構(gòu)包括：鑄件外形、內(nèi)腔、壁厚、壁與壁的連接及加強(qiáng)肋、凸臺(tái)、法蘭等。設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，不僅要保證使用性能的要求，還要滿足鑄件在制造過(guò)程中工藝性的要求。即考慮鑄造生產(chǎn)工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。應(yīng)盡量使生產(chǎn)工藝中的制模、造型、制芯、裝配、合型和清理等各個(gè)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化，節(jié)約工時(shí)，防止廢品產(chǎn)生。符合合金鑄造性能的要求，以避免出現(xiàn)如縮孔、縮松、變形、裂紋、澆不足、冷隔、氣孔和偏析等缺陷。使鑄件的具體結(jié)構(gòu)與這些要求相適應(yīng)，以達(dá)到工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、快速地生產(chǎn)出合格鑄件的目的。第35頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日35常見(jiàn)鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件外形的設(shè)計(jì)盡量避免曲面分型，以避免挖砂造型第36頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日36續(xù)表39名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件外形的設(shè)計(jì)對(duì)凸臺(tái)、肋條及法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)便于起模，避免不必要的型芯和盡量少用活塊盡量使鑄件有最少的分型面應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度第37頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日37續(xù)表40名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件外形的設(shè)計(jì)應(yīng)避免水平放置較大的平面細(xì)長(zhǎng)件或大而薄的平板件要防止彎曲避免鑄件收縮受阻第38頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日38續(xù)表41名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件內(nèi)腔的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量不用或少用型芯型芯必須安裝方便、穩(wěn)固可靠，排氣通暢必須考慮清砂便利第39頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日39續(xù)表42名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理由鑄件壁的設(shè)計(jì)鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻鑄件壁應(yīng)有圓角過(guò)渡避免交叉和銳角連接第40頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日40本章結(jié)束謝謝第41頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日41返回文檔圖2-34箱蓋的澆注位置第42頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日42圖2-37機(jī)床床腳的澆注位置返回文檔第43頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期日