鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計

鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日1第五章鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計

進(jìn)行鑄件設(shè)計時，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，則應(yīng)使所設(shè)計的鑄件結(jié)構(gòu)便于采用機器造型；當(dāng)產(chǎn)品是單件、小批生產(chǎn)時，則應(yīng)使所設(shè)計的鑄件盡可能在現(xiàn)有條件下生產(chǎn)出來；當(dāng)某些鑄件需要采用特種鑄造方法時，還必須考慮這些方法對鑄件結(jié)構(gòu)的特殊要求。本章介紹砂型鑄件對結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求，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)計應(yīng)考慮的其他內(nèi)容）第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日2鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使制模、造型、造芯、合箱和清理過程簡化，并為實現(xiàn)機械化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要考慮如下問題：第一節(jié)鑄件設(shè)計的內(nèi)容鑄件外形的設(shè)計鑄件內(nèi)腔的設(shè)計鑄件壁厚的設(shè)計鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計

鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計指的是鑄件結(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鑄件結(jié)構(gòu)的要求。第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日3一、鑄件外形的設(shè)計

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、筋條的設(shè)計應(yīng)便于起模。第一節(jié)鑄件設(shè)計的內(nèi)容第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日4避免鑄件的外形有側(cè)凹。第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日5第六頁，共五十二頁，2022年，8月28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)計的斜度。第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日7第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日8第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日9二、鑄件內(nèi)腔的設(shè)計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。第十頁，共五十二頁，2022年，8月28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第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日11第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日12三、鑄件壁厚的設(shè)計1．合理設(shè)計鑄件壁厚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十三頁，共五十二頁，2022年，8月28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，故存在一個最大壁厚。第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日142．鑄件壁厚應(yīng)均勻、避免厚大截面第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日15鑄件壁厚力求均勻，避免局部過厚形成熱節(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第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日162.壁厚不均勻的鑄件的設(shè)計應(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，鑄件壁厚設(shè)計應(yīng)有利于定向凝固，鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安放冒口進(jìn)行補縮，以防止縮孔和縮松。第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日171、采用圓弧連接，圓滑過渡2．避免銳角連接3．厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐步過渡4．減緩筋、輻收縮的阻礙四、鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計5．避免采用十字形交叉連接第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28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，圓滑過渡四、鑄件壁（肋）間的的連接設(shè)計第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28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(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。第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28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)考慮過渡形式。第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28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)采用逐步過渡的方法，防止壁厚的突變。第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28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)力超過合金的強度極限時，鑄件會產(chǎn)生裂紋。實例分析：輪緣、輪輻、輪轂間若比例不當(dāng)，常因收縮不一致，內(nèi)應(yīng)力過大，使鑄件產(chǎn)生裂紋。4．減緩筋、輻收縮的阻礙第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日23實例分析：改進(jìn)后的交錯接頭或環(huán)狀接頭，其熱節(jié)均較改進(jìn)的小，且可通過微量變形來緩解內(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。第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日246.防止鑄件翹曲變形的設(shè)計細(xì)長形或平板類鑄件收縮時由于內(nèi)應(yīng)力易產(chǎn)生翹曲變形，可采用對稱結(jié)構(gòu)或采用加強筋。如圖所示。圖2-51防止變形的鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計a)不合理b)合理第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2526

7、避免出現(xiàn)過大的水平面

缺陷分析：

薄壁罩殼鑄件，當(dāng)其殼頂呈水平面時，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。

實例：第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日26第二節(jié)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的其它問題一．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度與鋼相近而抗拉強度較低的特性，因此，在設(shè)計灰鑄鐵件的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)用其抗壓強度好的長處，避其抗拉強度差的短處。圖5-15灰鑄鐵支座件第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28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1）便于從壓型中取出蠟?zāi)：托托荆缦聢D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，多用直澆口直接補縮，故壁厚要均勻，或是壁厚分布滿足順序凝固要求，無分散熱節(jié)。第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28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。第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日292．壓鑄件的設(shè)計壓鑄件的設(shè)計應(yīng)盡量避免側(cè)凹坑和深腔，在無法避免時，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)計方案第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日30三、鑄件結(jié)構(gòu)的剖分與組合設(shè)計1．鑄件的剖分設(shè)計將大鑄件或形狀復(fù)雜的鑄件設(shè)計成幾個較小的鑄件，經(jīng)機械加工后，再用焊接或螺釘連接等方法將其組合成整體。優(yōu)點：

1）能有效解決鑄造熔爐、起重運輸設(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鑄件的不同部分，鑄造工藝簡單，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)第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日313）易于解決整鑄時切削加工工藝或設(shè)備上的某些困難。第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日32因成形工藝的局限性無法整鑄的結(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)零件上各部分對耐磨、導(dǎo)電或絕緣等性能要求不同時，常采用剖分結(jié)構(gòu)，分開制造后，再鑲鑄成一體。圖5-20砂型鑄件改為壓鑄件第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日332．鑄件的組合設(shè)計利用熔模及氣化模鑄造等鑄造工藝具有無需起模、能制造復(fù)雜鑄件的特點，可將原需加工裝配的組合件，改為整鑄件，簡化制造過程，提高生產(chǎn)效率，方便使用。圖5-21車床搖手柄的設(shè)計a)原設(shè)計（加工裝配）b)改進(jìn)后的設(shè)計（整鑄）第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日34總結(jié)鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否，對鑄件的質(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肋、凸臺、法蘭等。設(shè)計鑄件時，不僅要保證使用性能的要求，還要滿足鑄件在制造過程中工藝性的要求。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、合型和清理等各個環(huán)節(jié)簡化，節(jié)約工時，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)到工藝簡單、經(jīng)濟(jì)、快速地生產(chǎn)出合格鑄件的目的。第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日35常見鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由鑄件外形的設(shè)計盡量避免曲面分型，以避免挖砂造型第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日36續(xù)表39名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由鑄件外形的設(shè)計對凸臺、肋條及法蘭設(shè)計時，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)計結(jié)構(gòu)斜度第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日37續(xù)表40名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由鑄件外形的設(shè)計應(yīng)避免水平放置較大的平面細(xì)長件或大而薄的平板件要防止彎曲避免鑄件收縮受阻第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日38續(xù)表41名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由鑄件內(nèi)腔的設(shè)計應(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三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日39續(xù)表42名稱不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計理由鑄件壁的設(shè)計鑄件壁厚應(yīng)盡可能均勻鑄件壁應(yīng)有圓角過渡避免交叉和銳角連接第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日40本章結(jié)束謝謝第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日41返回文檔圖2-34箱蓋的澆注位置第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日42圖2-37機床床腳的澆注位置返回文檔第四十三頁，共五十二頁，2022年，