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第五章 铸件结构设计

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铸件结构设计——铸件结构与铸造工艺的关系(精)

铸件结构设计——铸件结构与铸造工艺的关系(精)

2.内腔设计少用芯 安芯排气与清理 事先考虑想仔细
3.“结构斜度”为起模； 设计图上画清晰。 “ 拔模斜度 ”模样留 工艺设计想周细。
减少应力避缺陷。
3. 正确连接铸件壁， 拐弯之处大弧渡， 厚薄不同缓慢过， 过渡结构代锐角。
4. 避免较大水平面
筋辐设计为强化，
合理布置效果显。
作业：
适当倾斜易成形
6.铸钢、铝件易裂处
薄壁筋条防裂好。
7.筋辐设计为强化，
合理布置效果显。
清.翠玉鼻烟壶＄：200万
小结; 以下原则要在熟记同时不断深化理解， 力求能应用于工程实践之中。 4.组合铸件 一、结构应使工艺简化 化繁为简，大切小， 具体对铸件而言：
1.简化外形，分形少；
凸肋设计避活块
简化工艺再组合。
二、结构力求避免缺陷 1.壁厚 过厚过薄不合理， 添筋设肋降壁厚， 细化组织省金属， 减少热节防缺陷。 2.铸件壁厚求均匀，
第五章铸件结构设计第五章铸件结构设计铸件结构是指铸件的外形内腔壁厚及壁之铸件结构是指铸件的外形内腔壁厚及壁之间的连接形式加强肋板及凸台等
第五章铸件结构设计
铸件结构是指铸件的外形、内腔、壁厚及壁之 间的连接形式、加强肋板及凸台等。
进行铸件设计不仅要保证其工作要求和 力学性能，还必须考虑铸造工艺和合金铸造 性能对铸件结构的要求。 铸件结构合理与否，对提高铸件质量， 降低成本，增强产品的竞争力有直接关系。 这实际是学习本课的核心、关键、重中 之重，必须用心、努力掌握之。
.
工艺台阶利加工 薄壁筋条防裂好。
铸钢、铝件易裂处
P88～2、3、 5、6、7
化繁为简，大切小， 简化工艺再组合。
二、结构力求避免缺陷
（一）壁厚

第五章 铸件的结构设计

第五章 铸件的结构设计

CHONGQING TECHNOLOGY AND BUSINESS UNIVERSITY
第一节
铸件设计的内容
机械工程 学 院
2、铸件的临界壁厚 、 由于厚壁铸件易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析等缺陷， 由于厚壁铸件易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析等缺陷， 从而使铸件的力学性能下降。 从而使铸件的力学性能下降。 各种铸造合金均存在一个临界壁厚，超过临界壁厚后， 各种铸造合金均存在一个临界壁厚，超过临界壁厚后，铸 件的承载能力并不与铸件厚度成比例增加，而是显著下降。 件的承载能力并不与铸件厚度成比例增加，而是显著下降。 所以，设计厚大铸件时，要避免以增加壁厚来提高强度。 所以，设计厚大铸件时，要避免以增加壁厚来提高强度。 砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小 壁厚的3倍来考虑。 壁厚的 倍来考虑。 倍来考虑
CHONGQING TECHNOLOGY AND BUSINESS UNIVERSITY
第一节
铸件设计的内容
机械工程 学 院
三、性能及品质对铸件结构的要求 1、避免变形和裂纹产生 、
CHONGQING TECHNOLOGY AND BUSINESS UNIVERSITY
第一节
铸件设计的内容
机械工程 学 院
CHONGQING TECHNOLOGY AND BUSINESS UNIVERSITY
第一节
铸件设计的内容
机械工程 学 院
5、铸壁有各种类型的接头，应避免锐角连接 、铸壁有各种类型的接头， 接头大致分为L型 型和十字型等五种； 接头大致分为 型、T型、V型、Y型和十字型等五种； 型 型 型和十字型等五种 在接头处，容易产生应力集中、裂纹、变形、缩孔、 在接头处，容易产生应力集中、裂纹、变形、缩孔、缩松等 缺陷。因此，在设计中应选用L型接头 型接头， 缺陷。因此，在设计中应选用 型接头，以减少和分散热节 并避免交叉连接。 点，并避免交叉连接。

第五章 铸件结构设计

第五章 铸件结构设计

本章完
表 2-13 砂型铸造条件下铸件的最小壁厚 表2-14 为灰铸铁件的壁厚参考值。
图 2-51 导架构件的结构实例
为了充分发挥合
金的效能，使之既能 避免厚大截面，又能 保证铸件的强度和刚 度，应当根据载荷性 质和大小，选择合理 的截面形状，如丁字 形、工字形、槽形或 箱形结构，并在脆弱 部分安置加强筋。为 了减轻铸件的重量， 便于型芯的固定、排 气和铸件的清理，常 在铸件的壁上开设窗 口。图2—51为导架铸 件的结构实例。
必须指出，由于各类合金的铸造性能不同，
因而它们的结构也各有其特点。灰铸铁因其缩孔、 缩松、热裂倾向均小，所以对铸件壁厚的均匀性、 壁间的过渡等要求均不像铸钢那样严格，但其壁 厚对力学性能的敏感性大，故以薄壁结构最为适 宜。另一方面，也要防止极薄的截面，以防出现 硬脆的白口组织。钢的铸造性能差，要严格要求 铸钢件的结构工艺性。由于其流动性差、收缩率 高，因此，铸钢件的壁厚不能过薄，热节要小， 并便于通过定向凝固来补缩。为防止裂纹，筋、 辐的布置要合理。
4．防裂筋的应用
为防止热裂，可在铸件易裂处增设防 裂筋，如图2—56所示。为使防裂筋能起 应有的防裂效果，筋的方向必须与机械应 力方向相一致，而且筋的厚度应为联接壁 厚的1／4～1／3。由于防裂筋很薄，故在 冷却过程中优先凝固而具有较高的强度， 从而增大了壁间的联接力。防裂筋常用于 铸钢、铸铝等易热裂合金。
2．铸件的壁厚应尽可能均匀
若铸件各部分的壁厚差别过大，则在厚壁 处形成金属聚集的热节，致使厚壁处易于产生 缩孔、缩松等缺陷。同时，由于铸件各部分的 冷却速度差别较大，还将形成热应力，这种热 应力有时可使铸件薄厚联接处产生裂纹(图2— 52a)。如果铸件的壁厚均匀，则上述缺陷常可 避免(图2—52b)。必须指出，所谓铸件壁厚的 均匀性是使铸件各壁的冷却速度相近，并非要 求所有的壁厚完全相同。例如，铸件的内壁因 散热慢，故应比外壁薄些，而筋的厚度则应更 薄(参见表2—14)。

《铸件结构设计》课件

《铸件结构设计》课件

2
刚度原则
铸件应设计成足够刚度，以保证在工作载荷下不易出现变形或弹性变形，以保证工作的稳定 性和精度。
3
密封原则
当铸件需要有密封性能时，应考虑设计中的各个部位形状和尺寸要求，以保证密封性能达到 要求。ห้องสมุดไป่ตู้
4
工艺性原则
铸件结构设计要充分考虑其铸造工艺的可行性和合理性，以便在制造过程中保证尽可能高的 效率和质量。
铸件结构设计的对象和 内容
铸件结构设计主要面对的是 铸造件的结构设计，包括铸 件的形状、尺寸、结构布局、 壁厚和加工余量等方面的设 计。
铸造工艺及质量要求
铸造工艺的种类
铸造工艺包括砂型铸造、永久模 铸造、压力铸造、熔模铸造和精 密铸造等多种方法，各种方法的 适用范围和优缺点不同。
铸造工艺对铸件质量的影响 铸件的质量要求
5
经济性原则
铸件结构设计要考虑其生产成本和整体能耗，以保证生产过程合理、经济、环保。
铸件结构设计方法
铸件形状和尺寸的确定
铸件的形状和尺寸是根据使用要 求来确定的，同时也受到各种因 素的限制，例如铸造工艺、加工 工艺和热处理等因素。
铸件外形的确定
铸件的外形应该尽可能地简单明 了，以便于加工和生产。同时， 还要考虑各种安全保护措施和外 观装饰要求。
铸件结构设计实例
小齿轮铸件
受力状态复杂，要求高精度、高 强度和高韧性。设计中需要考虑 齿面与轴的径向和轴向间隙、连 通孔位置和形状、冷却设计等问 题。
大型车轮铸件
铸造难度大，生产环境复杂，设 计中要考虑车轮齿面和轮胎的结 合方式和位置、轮缘厚度分布、 余量和受力分析等问题。
冷却器外罩铸件
要求外观美观、耐腐蚀、耐高温、 变形小。设计中需要考虑壁厚的 变化、缩短性和焊接等方面。

铸件结构设计

铸件结构设计
第五 铸件结构设计
一般而言，铸件的机械性能等性能指标取 决于其使用功能要求，由此决定采用铸造工 艺方法。而其结构应符合该工艺的特点， 如此才能保证铸件的技术要求。

1
铸件结构工艺性分析
符合铸造生产 的工艺要求
技术经济 合理
2
结构设计的一般方法： 主要有：壁厚、筋、孔、凸台等结构的设计。 这些可按相应的工艺标准来确定。 如果结构设计不合理，就会给生产带来困难， 使铸件质量难于保证。为此应掌握铸件结构与 工艺的关系。 设计原则： 在保证铸件质量的条件下，应简化铸造工艺， 提高生产率，降低成本。
按合金成分确定
考虑各处冷却速度
按规范确定
15

2.
确定壁厚相关的因素
最小壁厚
保证强度与刚度
减轻铸件重量
防止冷隔、浇不足
由结构设计确定
合理选择截面形状
16
§3 铸件结构与铸造方法的关系 不同的铸造方法对铸件结构有着不同的要求。 一 . 熔模铸造：设计熔模铸件时应考虑下列要求： 1. 便于从压型中取出腊模和型芯。 2. 为便于浸渍涂料和撒砂，孔、槽不宜过小或过深。 3. 厚壁应尽可能满足顺序凝固要求，不要有分散热节， 以便能用浇口补缩。 4 . 铸件应尽量避免大平面。 5.铸件壁厚不宜过薄。
17

二. 金属型铸件 1. 铸件能顺利地出型，尤其便于金属芯的抽出。 2.铸件壁厚差别不能太打，以防出现缩松或裂 纹。 3.铸件的孔径不能过小、过深，以便抽芯。 三. 压铸件 1. 尽量消除侧凹和深腔，以便抽芯。 2. 壁厚和筋的设计要合理。 3.充分发挥镶嵌件的优势，将复杂的工艺简化。

18
13
3.
铸件的结构斜度
合理确定 铸件结构斜度

《铸件结构设计》课件

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实例二：机床床身铸件结构设计
总结词
机床床身铸件结构设计需要满足高精度、高稳定性和高刚度的要求，以确保机 床加工的精度和稳定性。
详细描述
机床床身铸件结构设计是保证机床加工精度和稳定性的关键。设计时需要充分 考虑床身的受力情况，保证其具有足够的刚度和稳定性。同时，床身的结构形 式和材料选择也需要考虑到散热性能和热变形等因素。
目的
确保铸件具有良好的铸造性能、 机械性能、使用性能和经济效益 ，满足生产和使用要求。
铸件结构设计的重要性
01
02
03
提高产品质量
合理的铸件结构设计可以 有效减少铸造缺陷，提高 铸件质量，从而保证产品 的可靠性。
降低生产成本
合理的铸件结构设计可以 减少材料浪费，降低生产 成本，提高企业的经济效 益。
环保和可持续发展
铸件结构设计应考虑环保和可 持续发展要求，采用环保材料
和工艺，降低能耗和排放。
02
铸件结构设计的工艺性
铸造工艺对铸件结构设计的要求
1 2 3
铸件结构应便于制造
铸造工艺需要将金属液体倒入模具中，因此铸件 结构应尽量简单，易于制造和组装。
铸件结构应有利于充型和补缩
铸造过程中，金属液体需要充满模具并形成完整 的铸件，因此铸件结构应有利于金属液体的流动 和补缩。
。
国际化合作
加强国际合作与交流，引进先进 技术和经验，提升我国铸件结构
设计水化的铸件结构
设计人才。
THANKS
感谢观看
提升生产效率
合理的铸件结构设计可以 简化生产流程，提高生产 效率，降低生产周期。
铸件结构设计的基本原则
满足使用要求
铸件结构设计应满足产品使用 要求，确保其具有足够的强度

第五章 铸件结构设计

第五章 铸件结构设计
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CCNP Lab Manual
5.3 合理设计铸件的壁厚
当铸件的壁厚有差别时，铸件的结构应便于实现顺序凝固 ，以利补缩。如图所示，铸件的侧壁设计成倒锥状、上厚下薄 ，利于补缩
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5.1 铸件外形的设计要求
右图所示为缝纫机边脚的结构，其 各部分非加工面设有30°左右的结构斜 度，方便了起模。
总之，铸件的结构斜度与拔模斜度 不同，前者由设计零件的人确定，且 斜度值较大；后者由铸造工艺人员在 绘制铸造工艺图时设计，且只对没有 结构斜度的立壁给予较小的角度（0.5 ～3.0°）。
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5.1 铸件外形的设计要求
还有如图a）、c）所示的铸件凸台的设计，也只能采用活块 或外型芯才能起模。将其改为图c）、d）的结构，可避免活块。
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5.2 铸件内腔的设计
还有如图所示的圆盖铸件内腔的设计方案。方案b）的内腔 设计可以省去型芯，采用自带型芯形成，减少了制芯工序，降 低了铸件成本。
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第五章铸件结构设计

第五章铸件结构设计

，还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。
◆铸件结构是否合理，对铸件的质量、生产率及其成本有很
大的影响。
1）大批量生产：应使所设计的铸件结构便于采用机器
造型；
2）单件、小批：应使设计的铸件尽可能在现有条件下
生产。
2020/5/13
一、铸件的外形 原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。 1、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。
第五章 铸件结构设计
目的及要求：
1.掌握铸造工艺对铸件结构的要求；
2.了解铸件结构的合理与否对其质量与成本的影响。
3.掌握铸件壁厚对铸件质量的影响；
4.了解铸件结构的合理与否对其性能的影响。
重点及难点：
1.结构与铸造工艺的关系；
2.结构与铸件性能的关系。
◆铸件结构设计时，不仅要保证其力学性能和工作性能要求
2020/5/13
第二节 不同成型工艺对铸件结构的要求 1.压铸件的结构设计 原则： 应尽量消除侧凹和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯， 以便压铸件能从铸型中顺利取出。 实例：
2020/5/13
2.熔模铸件的结构设计 原则： 孔、槽不易过小或过深，便于浸渍涂料和撒砂；尽量避免出 现大平面。 实例：
2020/5/13
◆防裂筋的应用 — 常用于铸钢、铸铝等易裂合金。 为防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂筋。防裂筋的厚度为 联接壁厚的1/4-1/3。 实例分析2： 改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可 通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。
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原则5：避免出现过大的水平面 ◆缺陷分析： 薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热 冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹 渣缺陷。

第5章铸件结构设计

第5章铸件结构设计
②在载荷的作用下，直角处的内侧产生应力集中，使内侧实际承受的应 力较平均应力大大增加(图2-53a)；
③一些合金的结晶过程中，将形成垂直于铸件表面的柱状晶。若采用直 角联接，则因结晶的方向性，在转角的分角线上形成整齐的分界面(图 2-54a)，在此分界面上集中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。
铸 造 铸件尺寸 方 （mm） 法
砂 <200×200 型 200×20~ 铸 500×500 造 >500×500
合金种类
铸钢 灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金
8
5～6
6
5
3
10～12 6～10128 Nhomakorabea4
15～20
15第 ～52章0铸件结构15设～计20 10～12
6
铜合金 3～5 6～8 10～12
b＞2a
R≥(1/6~1/3)(a+b)/2；R1≥R+(a+b)/2 C≈3(b-a)1/2，h≥（4~5）C
第5章铸件结构设计
22
4．减缓筋、辐收缩的阻碍
缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的 内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。
• 实例分析：轮缘、轮辐、轮毂间若比例不当，
第5章铸件结构设计
3
第一节 铸件设计 的内容
一、铸件外形的设计
1 ．避免外部侧凹、凸起； 2 ．分型面应尽量为平直面； 3 ．凸台、筋条的设计应便于起模。
下
中
中
下
上
上
第5章铸件结构设计
4
避免铸件的外形有侧凹。
第5章铸件结构设计
5
第5章铸件结构设计
6
结构斜度

第五章 铸件的结构设计

第五章 铸件的结构设计

(b)一个分型面的结构
35
容筒铸件的结构
2）应尽量不用或少用型芯
铸件结构设 不合理的结构 计要求 原结构带加 强肋的外形 要用砂芯形 成。结构改 进后，取消 了 外 形 砂 芯，铸件的 强度甚至比 原结构还好。 合理的结构
36
3）铸件结构应方便起模
铸件结构设 计要求 与分型面 垂 直 的 铸 壁，应有铸 造斜度 与分型面 垂 直 的 肋 条，应与分 型面垂直。 不合理的结构 合理的结构
灰铸铁具有抗压强度与钢相近而抗拉强度较低的特性，因 此，在设计灰铸铁件的结构时，应用其抗压强度好的长处， 避其抗拉强度差的不足。
图5-15
灰铸铁支座件
20
二 、铸件的结构应考虑不同铸造工艺的特殊性 1 ．熔模铸件的设计
1）便于从压型中取出蜡模和型芯，如下图所示。
a) 改进前
b) 改进后
2）熔模铸造工艺上一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口 直接补缩，故壁厚要均匀，或是壁厚分布满足顺序凝固要 求，无分散热节。
第一节 铸件设计的内容
• 一、铸件的外形设计 • 1、铸件的形状应可能由规则的几何体组成 • 2、铸件的外形应方便起模
• 这一要求不仅对砂型铸造的铸件如此，即使对熔模和气 化模铸件也应如此。它们虽然造型中不需起模，但在压 制蜡模和在金属型中发泡气化模时，同样存在起模问题。 • 铸件外形上的凸台、肋、耳、凹槽、外圆角等结构 设计中，常常直接影响铸件起模的难易程度。
图5-16 熔模铸件平面上的工艺孔和工艺筋 22
2 ．压铸件的设计
压铸件的设计应尽量避免侧凹坑和深腔，在无法避免时，至 少应便于抽芯，以便压铸件能从压铸型中顺利取出。
图5-17
压铸件的两种设计方案
23

压铸模设计—第五章 压铸件结构设计及压铸工艺

压铸模设计—第五章 压铸件结构设计及压铸工艺
预防粘模（对铝、锌合金而言）。
53
二、对涂料的要求
在高温状态下具有良好的润滑性； 挥发点低，在100~150℃，稀释剂能很快挥发； 涂敷性好； 对压铸模和压铸件无腐蚀作用； 性能稳定，在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠， 存放期长； 高温时不分解出有害气体，并不会在压铸模型腔 表面产生积垢； 配制工艺简单，来源丰富，价格便宜。
32
表5-14 压铸件平行度、垂直度和倾斜度公差
表5-15 压铸件同轴度和对称度公差
33
（三）表面粗糙度
在填充条件良好的情况下，压铸件表面粗糙度
一般比模具成型表面的粗糙度低两级。
若是新模具，压铸件上可衡量的表面粗糙度应
达到相当于国标GB13l—1989的Ra2.5~6.3mm，也
可能达到Ra0.32mm。
48
表5-21 生产中常用的持压时间
49
2、留模时间
留模时间是指持压时间终了到开模推出压铸 件的时间，以推出压铸件不变形、不开裂的最短 时间为宜。 停留时间过短，由于铸件强度尚低，可能在铸件 顶出和自压铸模落下时引起变形，对强度差的合 金还可能因为内部气孔的膨胀而产生表面气泡。
停留时间太长，则铸件温度过低，收缩大，对抽 芯和顶出铸件的阻力亦大：对热脆性合金还能引 起铸件开裂，同时也会降低压铸机的效率。
表5-7 压铸件基本尺寸公差等级 合金 锌合金 铝（镁 ）合金 铜合金 公差等级CT 4-6 5-7 6-8
26
压铸件受分型面或压铸模活动部分影响的尺寸、
应按表5-8规定在基本尺寸公差上再加附加公差。
表5-8 线性尺寸受分型面和压铸模活动部分影响附加的公差
27
2、壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸
11
压铸件适宜的壁厚：铝合金为1~6mm，锌合金

第五章铸造结构设计

第五章铸造结构设计

第五章 铸件的结构设计
3
材料成形工艺基础
⑴外形力求简单、平直
上
中 中 上 下
下
外型芯 a)改进前 b)改进后
图5-1 端盖铸件
第五章 铸件的结构设计
4
材料成形工艺基础
a) 不合理结构
b) 合理结构
第五章 铸件的结构设计
5
材料成形工艺基础
b)合理 a)不合理 图5-3 箱体类铸件两种结构比较 第五章 铸件的结构设计
6
材料成形工艺基础
⑵避免活块
合理设计凸台
和避免侧壁具
有防碍拔模的 局部凹陷结构 图5-4 铸件1 第五章 铸件的结构设计 图5-5 铸件2
7
材料成形工艺基础
⑶应使分型面尽量为平直面
a)不合理
b)合理
第五章 铸件的结构设计
8
材料成形工艺基础
⑷设计出结构斜度
不合理
合理
不合理
合理
9
第五章 铸件的结构设计
角应设计成圆 角。 第五章 铸件的结构设计 图5－13 圆弧连接
18
材料成形工艺基础
铸件壁间的连接设计

直角连接的缺陷： ⑴ 产生应力集中，成为裂纹源； ⑵ 形成热节，最后凝固，易产生缩孔。
不合理 第五章 铸件的结构设计
合理
19
材料成形工艺基础
2.避免锐角连接
原因： 锐角连接处会出 现明显的应力集 中，易出现裂纹； 产生缩孔和缩松。
不 合 理
合 理
第五章 铸件的结构设计
14
材料成形工艺基础
三、铸件的壁厚设计
1.铸件壁不能太厚。
图5－11
第五章 铸件的结构设计
15

铸件的结构设计

铸件的结构设计

热节大
第 10 页
不合理结构
合理结构
第 11 页
返 回
（3）铸件厚壁与薄壁间的连接要逐渐过渡
当设计铸件的壁厚不能完全均匀时，厚壁与薄壁的联接 应采用逐步过渡的连接方法，避免由于壁厚的突变而产生应
力集中。
b
R
a
b
L
a
R
第 12 页
原则4：减缓肋、辐收缩的阻碍
缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。
第五节 液态金属成型件的结构设计
§1 合金铸造性能对铸件结构的要求 §2 砂型铸造工艺对铸件结构的要求 §3 不同成形工艺对铸件结构的要求
第 1 页
§1 合金铸造性能对铸件结构的要求
Requirements of Foundry Technological Properties to Casting Structure 1.铸件壁厚的设计
当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。 实例分析1：肋板的应用和布置
第 13 页
第 14 页
实例分析2：改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可 通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。
第 15 页
原则5：避免出现过大的水平面
缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄 壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶 面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。 实例：
第 23 页
减少型芯的数量，避免不必要的型芯—方法 ：1、2
实例分析1：
实例分析2
第 24 页
实例分析：
第 28 页
便于型芯的稳定、排气和铸件的清理-1、2、3 实例分析：
第 29 页
实例分析：综合分析

铸件结构设计PPT课件

铸件结构设计PPT课件

王守仁 2007.03
尽量避免过大的水平面
过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等 缺陷，在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成 倾斜形状
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形
铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小 应力，避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计， 可使铸件能较好地自由收缩。
改进结构，便于起模
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件的外形设计
5. 铸件要有结构斜度 结构斜度便于起模，并可延长模具的使用寿命。见图。 铸件结构斜度的大小和许多因素有关，如铸件的高度、造 型的方法等，高度越低，斜度应越大。凸台的结构斜度可 达30°-50°。
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件要有结构斜度
**
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件内腔的设计
1. 应使铸件尽可能不用或少用型芯 图示是悬臂支架的两种设计方案，图采用方形中空截 面，为形成其内腔，必须采用型芯；若改为图所示工字形 开式截面，则可避免型芯的使用，这样在简化造型的同时， 也可保证铸件的质量，故后者的设计是合理的。
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件力求壁厚均匀
所谓壁厚均匀， 是指铸件的各部分具 有冷却速度相近的壁 厚，见右图。
铸件的内壁厚度 应略小于外壁厚度。
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件壁的联接形式要合理
1. 铸件如果因为结构需要不能做到壁厚均匀，则不 同壁厚的联接应采用逐渐过渡的形式
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5.2 铸件内腔的设计
二、铸件内腔的设计
1. 铸件内腔尽量不用或少
用型芯，以简化铸造工艺。 如图为支柱的两种结构设 计。采用方案b）可以省 去型芯
5.2 铸件内腔的设计
还有如图所示的圆盖铸件内腔的设计方案。方案b）的内
腔设计可以省去型芯，采用自带型芯形成，减少了制芯工序， 降低了铸件成本。
5.2 铸件内腔的设计
5.1 铸件外形的设计要求
2、铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。
铸件的分型面数目减少，不仅减少砂箱数目、降低造型工时，还可以 减少错箱、偏芯等的机会，提高铸件的尺寸精度。 下图为端盖结构的两种设计。图a）的结构有两个分型面，需采用三箱 造型，使选型工序复杂。若是大批量地生产，只有增设环状型芯才可采用 机器造型。将端盖的结构设为图b）的设计，就只有一个分型面，使造型工 序简化。
（
）。
B．σ金＞σ砂＞σ压； D．σ压＞σ砂＞σ金。
A．σ砂＝σ金 =σ压； C． σ压＞σ金＞σ砂；
2. 长度1000 mm，外径200 mm，内径180 mm的管子 可选用（ ）。 A、砂型铸造 B、卧式离心铸造 C、压力铸造 D、立式离心铸造
三、工艺题
请确定图示铸件的浇注位置、分型面；选择造型方法。
一、判断题
1．分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造、熔模 铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面。（） 2．铸造生产的显著优点是适合于制造形状复杂，特别是具 有复杂内腔的铸件。为了获得铸件的内腔，不论是砂型 铸造还是特种铸造均需使用型芯。（） 3．熔模铸造一般在铸型焙烧后冷却至600～700℃时进行 浇注，从而提高液态合金的充型能力。因此，对相同成 分的铸造合金而言，熔模铸件的最小壁厚可小于金属型 和砂型铸件的最小壁厚。（）
5.1 铸件外形的设计要求
下图为阀体铸件的结构。将具有两个分型面的结构a）改为
只有一个分型面的结构b），可简化造型工序。
5.1 铸件外形的设计要求
3、在铸件上设计结构斜度
在铸件的所有垂直于分型面的 非加工面上，应设计有结构斜度， 如图所示。 a ）图的结构没有结构 斜度，铸造工艺人员应铸造前给出 拔模斜度，这样就不必要地增加了 铸件的壁厚。结构斜度的大小，随 垂直壁的高度而异。高度愈小，斜 度愈大；内侧面的斜度应大于外侧 面的。
5.1 铸件外形的设计要求
右图所示为缝纫机边脚的结构， 其各部分非加工面设有30°左右的结 构斜度，方便了起模。 总之，铸件的结构斜度与拔模斜 度不同，前者由设计零件的人确定， 且斜度值较大；后者由铸造工艺人员 在绘制铸造工艺图时设计，且只对没 有结构斜度的立壁给予较小的角度 （0.5～3.0°）。
第五章 铸件结构设计
山东科技大学材料科学与工程学院
5.1 铸件结构与铸造工艺的关系
一、铸件外形的设计要求
1、铸件的外形应力求简化，造 型时便于起模。
（1）避免铸件的外形有侧凹。 如图所示的机床铸件，结构a） 的侧凹处在造型时另需两个外 型芯来形成。而结构b）在满足 使用要求的前提下，将凹坑一 直扩展到底部省去了外型芯， 降低了铸件成本。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
各类铸造合金的铸造性能不同，对铸件结构要求也 不相同。普通灰铸铁产生缩孔、缩松和热裂的倾向性小， 所以对铸件壁厚的均匀性、壁与壁之间的过渡等要求不 如铸钢件要求严格，但应注意其壁厚敏感性和壁太薄出 现的白口倾向。钢的铸造性能很差，表现为流动性差、 收缩大，所以铸钢件结构的设计应严格遵循结构工艺要 求，如铸钢件的壁厚不能太薄、不能出现太多热节、能 实现顺序凝固以利补缩，并可防止变形和裂纹等缺陷的 产生。
砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值
铸 造 方 法 合 铸件尺寸/mm 铸钢 <200×200 砂 型 铸 造 200×200~500 ×500 8 10~12 灰铸铁 5~6 6~10 球墨铸铁 6 12 可锻铸铁 5 8 铝合金 3 4 铜合金 3~5 6~8 金 种 类
>500×500
15~20
15~20
5.2 铸件内腔的设计
有时一些铸件内腔的结构，虽能 满足使用要求，但却不利于型芯的稳 定、排气和清理。 如图所示的紫铜 风口a）。从使用出发只需两个通循 环水的孔即可，但从铸造工艺的角度 看，该型芯只靠这两个芯头来固定、 排气和清理显然很困难。为此在法兰 面上增设工艺孔，如图b）所示。该 型芯采用吊芯，通过6个芯头固定在 上型盖上，省去了芯撑，改善型芯的 稳固性，并使其排气顺畅和清理方便。
5.1 铸件外形的设计要求
缸体的设计如图所 示。原设计a）的结构 有内凹，造型时起模困 难，也只能采用外型芯。 而将其改为图b）的结 构，则可省去外型芯， 简化造型工序。
5.1 铸件外形的设计要求
（2）尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。因为平 面分型面可以避免挖砂和假箱造型、生产率高。如图a）所示 的托架铸件，设计了不必要的外圆角，使造型工序复杂。去掉 外圆角的结构b），便于整模造型。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
2、铸件壁与壁之间应避 免锐角连接，是为了减 小热节和内应力。如图
所示。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
3、铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中。如 表所示。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
4、铸件壁与壁之间应避免交叉。对中、小型铸件壁与壁的连接， 应设计成交错接头；对大型铸件可采用环状接头，如图所示。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
4、铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，可防
止其变形。如图所示，在平板铸件上设计加强筋，以免其翘曲。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
设计防裂筋如图所示，以防在圆柱和法兰面连接处产生裂纹。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
5.对大而复杂的铸件，应设计成组合式铸件。 如图4.27所示的铸钢底座，分成两半来铸造，然后焊成整体。这 样既解决了熔炉、起重机和运输能力的不足问题；又简化了造型工艺， 使铸件的质量容易保证；同时也解决了大型铸件不易整体切削的问题。 如图4.28为组合床身的设计，采用螺栓联接，形成组合铸件。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
2、应尽量避免设计过大面积 水平面的铸件。 因为大面积的水平面在充 型时不易充满，会产生浇不足 和冷隔缺陷。如图4.22为轮形 铸件的辐板结构，方案b）较 易充满。 还有图4.23 所示的薄壁 罩壳铸件的设计，也是方案b） 较为合理。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
3、对于较长易挠曲的梁形铸件，应将其截面设计成 对称截面。如图所示。
2. 当铸件的内腔较复杂、需用型芯 形成时，应考虑好型芯的稳固、排 气顺畅和清理方便。 如图所示，为 轴承架内腔的两种设计。方案 a ） 需要两个型芯，其中较大的型芯呈 悬臂状态，需用型芯撑 A 支承其无 芯头的一端；若将轴承架内腔改成 方案 b ），则型芯的稳定性大大提 高，而且型芯的排气顺畅、也易于 清理。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
1、设计结构圆角
铸件上所有壁的转角处，均应设计结构圆 角。如图4.17和图4.18中的b)所示。
5.4 铸件壁与壁连接的设计
设计成如图4.17和图4.19中a）所示的直角连接，有以下缺点： 1) 直接连接处会形成铸造合金的聚积，易产生缩孔和缩松缺陷。 2) 在铸造合金的凝固过程中，由于柱状晶的方向性，转角处对 角线上将形成晶界，此处因集中了许多低熔点的夹杂物，也将 成为铸件的薄弱节，如图4.18所示。 3) 铸件在使用过程中，直角内侧医易产生应力集中，会降低其 有效承载力。 为此，在铸件上壁与壁的垂直连接处，必需设有结构圆角， 其大小如表所示。 一般的，铸造内圆角的大小与铸件壁厚相适应，以使转角 处内接圆的直径小于相邻壁厚的1.5倍。
四、结构修改题
1. 请修改图示灰铸
铁件的不合理结构， 要求ΦA，ΦB，ΦC 不能变，分型面， 浇注位置不能改变。
2. 说明结构斜度、拔模斜度及其区别。下面铸面斜度为结构斜度。而在 绘制铸造工艺图中加在垂直分型面的侧面所具有的斜度称 为拔模斜度，以使工艺简化和保证铸件质量。图中铸件之 孔和外圆面应具有斜度才合理。如果外表面加工则在加上 加工余量后再加上部分金属使其具有斜度。
15~20
10~12
6
10~12
5.3 合理设计铸件的壁厚
总之，在确定铸件的壁厚时，不
仅保证铸件的强度和刚度等机械性能， 而且应使铸件的壁厚大于所用合金的 “最小壁厚值”，以免产生浇不足和 冷隔缺陷。但铸件壁太厚，又易产生 缩孔和缩松缺陷。因此，一般铸件的 最大壁厚应不超过最小壁厚的三倍。 壁厚/mm 15~20 20~30 30~50 50~70
4. 铸件上凡垂直于分型面的加工表面都有拔模斜度， 而非加工表面可没有。（ ）
5. 体积和重量都很大的复杂铸件宜选用砂型铸造。 （ ） 6. 铸件采用“顺序凝固”原则时，内浇口开在壁薄处 为宜。（ ）
二、选择题
1．用化学成分相同的铸造合金浇注相同形状和尺寸的铸
件。设砂型铸造得到的铸件强度为σ砂；金属型铸造的 铸件强度为σ金；压力铸造的铸件强度为σ压，则
5.3 合理设计铸件的壁厚
此外，由于铸件内壁的散热条 件较差，其厚度应略小于外壁厚度， 以使铸件内、外壁的冷却速度相近。 一般的，铸件外壁、内壁和筋的厚 度比为 1:0.8:0.6 。如图所示阀体
的设计。方案 b ）减薄了内壁的厚
度，以使阀体各部分均匀冷却。
5.3 合理设计铸件的壁厚
当铸件的壁厚有差别时，铸件的结构应便于实现顺序凝固， 以利补缩。如图所示，铸件的侧壁设计成倒锥状、上厚下薄， 利于补缩
5.4 铸件壁与壁连接的设计
四、铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题：
1、铸件的结构是否使铸件的收缩受阻。 如图所示轮辐的设计。方案a）的轮辐数为偶数，每条轮辐均与另一条成直线 排列。这样，势必使两轮辐的收缩互相牵制、彼此受阻，轮辐内将产生大的铸 造应力，会使轮辐产生裂纹。为此，改为方案b）和c）的设计，则可以通过轮 辐或轮缘的微量变形来减缓轮幅内的铸造应力，以减小产生裂纹的危险。