零件結構的鑄造工藝性分析

1、零件結構的鑄造工藝性分析鑄造工藝性，是指零件結構既有利于鑄造工藝過程的順利進行，又有利于保證鑄件質(zhì)量。還可定義為：鑄造零件的結構除了應符合機器設備本身的使用性能和機械加工的要求外，還應符合鑄造工藝的要求。這種對鑄造工藝過程來說的鑄件結構的合理性稱為鑄件的鑄造工藝性。另定義：鑄造工藝性是指零件的結構應符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄造工藝過程和降低成本。鑄造工藝性不好，不僅給鑄造生產(chǎn)帶來麻煩，不便于操作，還會造成鑄件缺陷。因此，為了簡化鑄造工藝，確保鑄件質(zhì)量，要求鑄件必須具有合理的結構。一、 鑄件質(zhì)量對鑄件結構的要求1鑄件應有合理的壁厚某些鑄件缺陷的產(chǎn)生，往往是由于鑄件結構設計不合理

2、而造成的。采用合理的鑄件結構，可防止許多缺陷。每一種鑄造合金，都有一個合適的壁厚范圍，選擇得當，既可保證鑄件性能（機械性能）要求， 又便于鑄造生產(chǎn)。在確定鑄件壁厚時一般應綜合考慮以下三個方面： 保證鑄件達到所需要的強度和剛度；盡可能節(jié)約金屬；鑄造時沒有多大困難。（ 1）壁厚應不小于最小壁厚在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小壁厚稱為該鑄造合金的最小壁厚。 為了避免鑄件的澆不足和冷隔等缺陷，應使鑄件的設計壁厚不小于最小壁厚。各種鑄造工藝條件下，鑄件最小允許壁厚見表1-1表1-5表1-3金屬型鑄件的最小壁厚（單位：mm）鑄件最大輪廓尺寸為下列值時/mm< 200200-400400-

3、800800-12501250-2000>2000碳素鑄鋼89111416 1820低合金鋼8-99-1012162025高鉆鋼8-91012162025不銹鋼、耐熱鋼8-1110-1212-1616-2020-25-灰鑄鐵3-44-55-66-88-1010-12孕育鑄鐵5-66-88-1010-1212-1616-20（HT300 以上）3-44-88-1010-1212-1414-16球墨鑄鐵鑄件最大輪廓為下列值時 mm鑄造鋁合金< 100100-200200-400400-800800-125034-55-66-88-12表1-2熔模鑄件的最小壁厚（單位：mm）mm碳鋼局溫

4、合金鋁合金銅合金10501.52.00.61.01.52.01.52.0501002.02.50.81.52.02.52.02.51002002.53.01.02.02.53.02.53.02003503.03.5一3.03.53.03.5>3504.05.0一3.54.03.54.0鑄件尺寸最小壁厚/mm鑄件尺寸最小壁厚/ mmmm?？诖壙诮痄X鎂合金、鎂合金銅合金灰鑄鐵鑄鋼50X502.232.535100 X1002.53338225X225343.5410350 X350454512表1-4壓鑄件的最小壁厚（單位：mm）壓鑄件面積鋅合金 鋁合金鎂合金 銅合金2 cm<250.

5、71.00.81.21.52.0251001.01.61.21.82.02.51004001.62.01.52.02.53.0>4002.02.52.02.53.03.5（2） 鑄件的臨界壁厚在鑄件結構設計時，為了充分發(fā)揮金屬的潛力，節(jié)約金屬，必須考慮鑄造合 金的力學性能對鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、 偏析和松軟等缺陷，從而使鑄件的力學性能下降。從這個方面考慮，各種鑄造合 金都存在一個臨界壁厚。鑄件的壁厚超過臨界壁厚后，鑄件的力學性能并不按比 例地隨著鑄件壁厚的增加而增加， 而是顯著下降。因此，鑄件的結構設計應科學地選擇壁厚，以節(jié)約金屬和減輕鑄件重量。 在砂型

6、鑄造工藝條件下，各種合金鑄 件的臨界壁厚可按最小壁厚的3倍來考慮。鑄件壁厚應隨鑄件尺寸增大而相應增 大，在適宜壁厚的條件下，既方便鑄造又能充分發(fā)揮材料的力學性能。表 1-5, 表1-6給出砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚。表1-5砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚（單位：mm）當鑄件重量（kg）為卜列值時合金種類與牌號0.12.52.510> 10HT100,HT15081010152025HT200,HT250121512151218灰鑄鐵HT3001218151825HT3501520152025可鍛鑄鐵KTH300-06 KTH390-86101212-KTH350-10 KTH370-

7、26101012-球墨鑄鐵QT400-15QT450-1010152050QT500-7QT230-31418182060ZG200-400 ZG230-4501825-碳素鑄鋼ZG270-500 ZG310-5701520-ZG340-6401520-鋁合金6106121014鎂合金10141218-錫合金-68-表1-6碳素鑄鋼件砂型鑄造的臨界壁厚（單位：mm）含碳量0.100.200.300.400.50臨界壁厚1113.518.52539（3） 鑄件的內(nèi)壁厚度砂型鑄造時，鑄件內(nèi)壁散熱條件差，即使內(nèi)壁厚度與外壁厚度相等, 但由于它比外壁的凝固速度慢，力學性能往往要比外壁低，同時在鑄造 過

8、程中易在內(nèi)、外壁交接處產(chǎn)生熱應力致使鑄件產(chǎn)生裂紋。對于凝固收 縮大的鑄造合金還易產(chǎn)生縮孔和縮松，因此鑄件的內(nèi)壁厚度應比外壁厚 度薄一些。圖1-1鑄件內(nèi)壁的合理結構a, b）不合理 c）合理表1-7砂型鑄造各種鑄造合金件內(nèi)、外壁厚相差值合金類別鑄鐵鑄鋼鑄鋁鑄銅鑄件內(nèi)壁比外壁厚度應減少的相對值1020203010201520注：鑄件內(nèi)腔尺寸大的取下限對于鍛鋼制造的軸類零件來說，增大直徑便可提高承載能力。但對鑄件來說，隨著壁厚的增加，中心部分晶粒粗大，承載能力并不隨壁厚增加而成比例地增加。因此， 在設計較厚鑄件時，不能把增加壁厚當作提高承載能力的唯一辦法。為了節(jié)約金屬，減輕鑄件重量，可以選擇合理的截

9、面形狀，如承受彎曲載荷的鑄件，可選用“T”型或“工”型戰(zhàn)硒加強筋也可減小鑄件壁厚。一般筋厚內(nèi)壁厚 外壁厚。2 . 鑄件壁應合理連接鑄件壁厚不均，厚薄相差懸殊，會造成熱量集中，冷卻不均，不僅易產(chǎn)生縮孔、縮松，而且易產(chǎn)生應力、變形和裂紋。所以要求鑄件壁厚盡量均勻，如圖1-2 (a)所示結構中壁厚不均，在厚的部分易形成縮孔，在厚薄連接處易形成裂紋。改為1-2 (b)結構后，由于壁厚均勻，即可防止上述缺陷產(chǎn)生。也可用薄壁加加強筋結構。加強筋的布置應盡量避免或減少交叉，防止習慣年成熱節(jié)。例如鉗工劃線平臺，其筋條布置如圖1-3 所示。鑄件各部分壁厚不均現(xiàn)象有時不可避免，此時應采用逐漸過渡的方式，避免截面突

10、然變化。接頭斷面的類型大致可分為L、 V、 K、 T 和十字型五種。在接頭處，凝固速度慢,容易產(chǎn)生應力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。在接頭形式的選用中,應優(yōu)選L 型接頭，以減小與分散熱節(jié)點及避免交叉連接。逐漸過渡的形式與尺寸如表1-8 所示。 由表可知，壁厚差別不很大時，采用圓弧過渡；壁厚差別很大時，采用L 型過渡，在同等情況下，鑄鋼件的過渡尺 寸比鑄鐵件要大。兩壁相交，其相交和拐彎處要作成圓角。圖1-2 均勻壁厚避免形成熱節(jié)舉例3 .結構斜度進行鑄件設計時，凡順著拔模方向的不加工表面盡可能帶有一定斜度以便于 起模，便于操作，簡化工藝。鑄件垂直度越小，斜度越大。圖377。不塔要的圓角給鑄

11、造帶來困港 C不合理b> 合理E一皺建不在轉角處9一憐帝處可能有簿的掖舞033-1-39秒芯的揭砂面和烘干支承面建名分為兩線 外魅體。芯 已）平而烘干板d）或手跳干柴 G砂哈支承牌干I一涌件 工一撒千機 3-池彬蚓 4TPB&B1宣貪剁交的雨生切吟工影如空的三餐«）在N一舉上的上4-V；R-口，i" + 6。*2/吃 c-*ZA7- '：（I + W。 ！ sy ： %7.o=Zg &TC月*K,m h>| 人二必3T7 Aff不周隹曜函靛辿F綜合以上所述，為了保證鑄件質(zhì)量，鑄件的合理結構為:1）壁厚力求均勻，減小厚大斷面，防止形成熱節(jié)。

12、辦法是將厚大部位挖去一部分；圖1-52）內(nèi)壁厚度應小于外壁。因為內(nèi)壁冷卻慢，適當減?。▓D 1-6）。3）應有利于補縮和實現(xiàn)順序凝固。有些鑄件鑄錠厚度較大或厚度不均。如果該件所用合金的體積收縮較大，則 很容易形成縮孔、縮松。此時應仔細審查零件結構，盡可能采取順序凝固方式， 讓薄壁處先凝，厚壁處后凝，使在厚壁處易于安放冒口補縮，以防止縮孔、縮松。圖1-74）注意防止發(fā)生翹曲變形。細長桿狀鑄件，大平板鑄件，增加加強筋及改變截面形狀床身一類的鑄件，其截面形狀不允許變化，為防止其變形可采用反撓度，即在模樣上采取反變形量。如果既不能設加強筋，又不能該變截面形狀，只好采用 人工失效方法消除應力減少變形。5）

13、應避免水平方向出現(xiàn)較大平面。大平面鑄件的上部型砂時間受金屬液體烘烤，容易造成夾砂。解決的辦法是傾斜澆注或設計成傾斜壁。應避免鑄件收縮時 受到阻礙，否則會造成裂紋，對于收縮大的合金鑄件尤其要注意這一點。4 .鑄件結構設計原則（1）設計鑄件壁厚時應考慮到合金的流動性；流動性越好的合金，充型能力越強，鑄造時就不容易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷， 因此，能鑄出的鑄件最小壁厚尺寸也就越小。（2）鑄型型腔的形狀與尺寸大小是根據(jù)鑄件的形狀與尺寸決定的。不同的型腔 形狀和尺寸對液態(tài)金屬的流動的阻力， 散熱情況是不同的，從而會導致液態(tài)金屬在型腔內(nèi)的流動與填充情況不同。因此，鑄件結構上應盡量避免突變性的轉變、壁厚急劇的

14、變化、細長結構、大的水平面、高度較大的凸臺等。( 3)一個鑄件在生產(chǎn)過程中是否出現(xiàn)縮孔、縮松、變形、熱裂、冷裂等收縮類鑄造缺陷，出現(xiàn)在哪個部位、嚴重程度如何，都與鑄件結構密切相關。由此可以得出指導鑄件結構設計的原則：1) 對凝固收縮大，容易產(chǎn)生集中縮孔的合金，如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅、無錫青銅、鋁硅共晶合金等，傾向于采用順序凝固方式鑄造。這時在進行鑄件結構設計時，應使鑄件結構形式有利于順序凝固。2) 對溶液產(chǎn)生縮松的合金，如錫青銅、磷青銅等采用冒口補縮效果不大，常采用同時凝固方式來使縮松更分散些；對收縮較小的合金，如鑄鐵更傾向于采用同時凝固方式鑄造。這時鑄件的結構應是壁厚均勻，盡量減少

15、金屬的聚集與消除熱節(jié)。 對于一些結構形狀復雜的大鑄件，也可將其各部分按順序或同時凝固方式設計。3) 盡量使鑄件結構有利于自由收縮，如盡量減少鑄件的輪廓尺寸，減少突出部分，必要時可將一個鑄件分成幾個小鑄件，然后用焊接或螺栓連接起來。4) 盡量避免產(chǎn)生應力集中的形狀，如不應有尖角、不同壁厚之間的連接要平緩。5) 應考慮到各種鑄造方法的工藝過程、凝固特點、鑄型和型芯的特點。尤其市使用金屬鑄型和型芯的鑄造方法。如金屬型鑄造、壓力鑄造，應便于鑄件的抽芯和出芯。二 、從生產(chǎn)工藝考慮簡化工藝便于操作角度對鑄件結構提出的要求鑄件結構不僅應有利于保證鑄件質(zhì)量，防止和減少鑄造缺陷，而且應保證造型、制芯、清理等操作的方便， 以利于提高生產(chǎn)率和降低成本。因此要求鑄件要：1、 便于起模。改進妨礙起模的凸臺、凸緣，筋板和外表面?zhèn)劝肌?、 減少和簡化分型面減少分型面的數(shù)目，既可減少砂箱數(shù)目，又能提高鑄件尺寸精度。曲面分型，工藝復雜，操作不便（制造模樣和造型不方便），應盡量做成平直分型面。3、 改進鑄件內(nèi)腔結構，盡量減少砂芯