第五节_铸件结构工艺性

铸件结构工艺性(图)定义：是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，铸造成形的可行性和经济性，即铸造成形的难易程度。

良好的铸件结构应适应金属的铸造性能和铸造工艺性。

1、适应铸造性能的结构设计原则----铸件壁的设计要求1）合理壁厚在满足铸件最小允许壁厚的前提下，尽量可能薄一点，即能保证熔融金属具有良好的流动性，又能避免产生因收缩量过大而引起的铸造缺陷（如缩孔）。

2）均匀壁厚----是指各部分的壁厚冷却速度均匀。

内壁隔墙薄、四周壁应厚。

目的：减小应力、变形和开裂；防止热节产生缩孔。

3）过渡连接●结构圆角避免热节形成；改善应力分布；避免砂型损坏和产生砂眼。

●均匀交接铸件上不同方向的壁或肋交接时，应避免造成金属聚集（热节），而产生缩孔。

●采用圆角、斜面、圆锥逐步过渡目的：防止应力集中而开裂。

4）大平面倾斜目的：利用填充和排气排查。

5）减小变形（同热处理）对称结构、增设加强肋。

6）自由收缩目的：有利减小因收缩应力而引起的应力开裂和变形。

2、适应铸造工艺的结构设计原则----铸件形状设计要求1）简化结构----轮廓平直、分形面简单和最少。

●直线代曲面、模样成本低、便于分起模；●结构紧凑、减少造型材料的消耗、砂箱尺寸和生产面积。

2）减少型芯芯多成本高、不便排气和清理。

●开式结构代替闭式结构；●凹抗扩展为凹槽；（节省外芯）●凸缘外伸代内伸；（砂垛代芯）3）便于芯的固定目的：省芯撑、排气通畅、清砂方便。

4）避免使用活块5）肋不影响起模若肋条的布置与起模方向不平行也不垂直，会影响起模、填砂和紧砂。

6）结构斜度铸件上凡是平行起模方向的非加工表面，都应设计结构斜度；立壁愈低，结构斜度愈大。

可查表得：凸台为30-40度。

目的：起模方便、便于砂垛代芯、美观。

7）便于搬运：增设吊装孔或环。

第八章结构工艺性第一节结构工艺性概述机器由许多零件组成，每一零件结构设计的是否合理直接关系到加工制造难易程度及对使用性能的影响，所以通常工程技术人员在设计整机或零部件时，要从机器的使用、制造等方面全面考虑。

为了评定机器结构的设计质量，通常引用“结构工艺性”概念。

如果所设计的产品（零件）根据一定的生产规模且能保证有较好的使用性能（如寿命长、效率高、安全可靠性、安装及维修方便等）前提下，能用劳动量小、高效率、材料消耗少、较低成本的方法制造出来，那我们说此“零件结构工艺性好”，或“具有结构工艺性”。

另外，如果设计的机器或零件既能保证使用要求，又可用最少的材料制造出来，我们称其为“节材性”。

节材性包括三个要素：1.机器或零件重量轻。

2.制造过程中产生废料少。

3.特殊钢材及稀有、贵重金属用量少。

生产一台机器或一个零件的过程，一般都要经过毛坯制造、切削加工、热处理和装配等过程，所以结构工艺性是个整体概念。

在进行结构设计时必须将各生产过程对零件结构工艺性的要求全面考虑，综合分析，不应顾此失彼，使在不同生产阶段都具有良好的工艺性。

如不能周全的兼顾到各工种时，则应抓住主要矛盾，以求确定出较理想的方案，从而获得较好的结构工艺性。

零部件的结构工艺性与生产规模密切相关，并随着科学技术发展而变化。

生产批量是影响结构工艺性的首要因素，批量大小不同，制造方法不同，结构工艺性不同。

先进制造工艺与新技术的发展与应用是促进零件结构工艺性变化的又一重要因素。

如采用电解、电火花、激光、超声波等加工工艺可使一些较复杂型面、难加工材料、微孔、窄缝等的加工变的较为容易，又如精密铸、锻、精密冲压、挤压、轧制等工艺，可使毛坯精度大大提高，接近于成品。

结构工艺性基本内容包括：a．机器的系列化、通用化、标准化及合理的技术要求；b．毛坯结构工艺性；c．切削加工零件结构工艺性；d．热处理结构工艺性；e．机器结构的装配工艺性第二节机器的“三化”及技术要求合理性机械行业迅速发展对各种机器的质量及品种多样化提出了更多的要求，但这给设计制造和维修带来了一定的难度及复杂化。

1 什么叫铸件的温度场，何谓凝固方式？铸件有哪三种凝固方式？特点如何？答：铸件的温度场：在凝固和冷却某瞬间，铸件横断面上的温度分布线。

铸件的凝固方式：逐层凝固方式，糊状凝固方式，中间凝固。

逐层凝固：没有凝固区，固相区由表面向中心层层发展的凝固方式。

糊状凝固：凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而表面温度似高于固相点TS以后表层低于TS，才开始结壳形成固相区。

中间凝固：凝固区域较宽，并迅速扩展至铸件工心。

2何谓合金的充型能力及流动性？二者之间有何联系与区别？怎样提高合金的充型能力？答：液态合金充满型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力称为充型能力。

合金的流动性是指合金本身的流动能力。

合金的流动性影响合金能力的内在因素，它主要与合金本身的性质有关。

充型能力可以认为是考虑铸型及其他工艺因素影响的液态合金的流动性。

为提高合金的充型能力应尽量选用共晶成分合金或结晶温度范围小的合金，应尽量提高金属液的凝固质量，金属液愈纯净所含气体杂质愈少，充型能力愈好。

3什么是顺序凝固原则和同时凝固原则？各适用于什么合金及铸件结构条件？答：顺序凝固原则是采用各种工艺措施，使铸件各部分按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固。

该原则适用于收缩大或壁厚差别较大，易产生缩孔的合金铸件如铸钢高强度灰铸铁等。

同时凝固原则是采用相应工艺措施使铸铁各部分温度均匀，在同一时间内凝固。

该原则适用于收缩小的灰铸铁。

4何谓热应力，机械应力？热应力和机械应力在铸铁中的分布规律各如何？何谓残留应力及临时应力？答：热应力是由于铸件上壁厚不均匀的各部分冷却速度和线收缩量不均匀，相互阻碍收缩而引起的应力。

铸件的固态收缩受到铸型，型芯，浇口，冒口等外因的机械阻碍而产生的应力，称机械应力。

热应力分布规律一般对厚壁或冷却慢的部分产生拉应力，薄或冷却快的部分形成压应力。

机械应力一般都是拉应力。

热应力在铸件冷却至室温后仍残留在铸件内的不同部位，是一种残留应力。

5何谓铸件的结构工艺性？从简化铸造工艺角度应对铸件结构有哪些要求？答：铸件的工艺性即在保证铸件质量的前提下铸造的难易程度。

液态成形：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。

实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固 和冷却。

铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。

加快凝固中液体的补缩在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。

铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。

糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。

大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。

砂型铸造：用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方法。

◆ 方便、成本低◆ 适用于生产各类铸件◆ 环境污染严重金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。

铸件凝固过程中的热交换特点：金属液一旦进入型腔，就把热量传给金属型壁。

这时型壁起到两个作用：其一是把热量积蓄起来；其二是把积蓄的热量散发到周围介质中去。

液体金属通过型壁散失热量。

进行凝固并产生收缩，形成间隙。

在金属型铸造时，型壁与铸件之间是有涂料的，在“铸件一间隙一金属型”系统中，涂料也被认为是“间隙”的一部分。

所以有可能用改变涂料的热物理性质和涂料的厚度来达到控制铸件凝固速度的目的。

金属型阻碍收缩对铸件质量的影响◆金属型成金属型芯，在铸件凝固过程中不能退让而阻碍铸件的收缩，这是它的又一特点。

◆从研究铸件凝固过程中知道，在金属液的温度进入结晶区间，就开始有凝固收缩，当收缩受到阻碍，就可能形成热裂的缺陷。

◆◆由于金属型会阻碍铸件的收缩，故采用金届型铸造时，需要慎重对待，特别是在浇注那些凝同收缩率大的合金时更须注意。

预热未预热——液态金属冷却快，流动性加剧下降——冷隔，气孔等。

简述铸造工艺对铸件结构的要求铸造工艺是制造铸件的常用工艺之一，具有成本低、生产效率高、生产周期短等优点。

在铸造工艺中，铸件结构的合理设计对提高工艺性能、提高产品质量和降低成本起着重要作用。

首先，铸造工艺对铸件结构要求有以下几点：1.简洁性：铸件的结构设计应尽量简洁，减少过多的孔洞、内腔和悬臂等复杂形状，以降低铸件的成本和制造难度。

2.精确性：铸件的结构设计要考虑到所需的精度和尺寸变化，在设计过程中要保证铸件的尺寸精度和形状精度。

3.可焊性：在铸造工艺中，铸件需要与其他零件进行焊接，因此铸件的结构设计要符合焊接要求，保证焊接良好。

4.强度和刚度：铸件结构设计要考虑到所需的强度和刚度，保证铸件在使用过程中的稳定性和可靠性。

5.声学性：铸件结构设计要考虑到声学要求，避免铸件在使用过程中产生过多的噪音。

其次，铸造工艺对铸件结构要求的具体内容如下：1.浇注系统：铸造工艺要求铸件具有合理的浇注系统，包括浇注口、导流冒、浇口、深水孔等。

浇注系统的设计合理与否直接影响到熔铁的进入、充实和充实性能，影响到铸件的质量。

2.冷却系统：铸造工艺要求在铸造过程中有效控制铸件的冷却速度，避免产生太多的内部应力和组织不均匀等缺陷。

冷却系统的设计包括冷却通道、冷铁、水冷壁等。

3.支撑系统：在铸造过程中，铸件需要支撑来防止变形和开裂。

支撑系统的设计要考虑到铸件的几何形状、重量和固定方式等因素。

4.清洁性：铸造工艺要求铸件具有良好的清洁性能，避免在铸造过程中产生太多的气泡、夹杂物和夹渣等缺陷。

5.铸型材料：铸造工艺要求铸件的结构设计与所选用的铸型材料相匹配，避免因材料特性不合适而导致的缺陷。

总而言之，铸造工艺对铸件结构的要求主要包括简洁性、精确性、可焊性、强度和刚度、声学性等方面。

合理的铸造工艺设计可以提高铸件的品质和可靠性，降低制造成本，为产品的应用提供可靠的基础。

第八章结构工艺性第一节结构工艺性概述机器由许多零件组成，每一零件结构设计的是否合理直接关系到加工制造难易程度及对使用性能的影响，所以通常工程技术人员在设计整机或零部件时，要从机器的使用、制造等方面全面考虑。

为了评定机器结构的设计质量，通常引用“结构工艺性”概念。

如果所设计的产品（零件）根据一定的生产规模且能保证有较好的使用性能（如寿命长、效率高、安全可靠性、安装及维修方便等）前提下，能用劳动量小、高效率、材料消耗少、较低成本的方法制造出来，那我们说此“零件结构工艺性好”，或“具有结构工艺性”。

另外，如果设计的机器或零件既能保证使用要求，又可用最少的材料制造出来，我们称其为“节材性”。

节材性包括三个要素：1.机器或零件重量轻。

2.制造过程中产生废料少。

3.特殊钢材及稀有、贵重金属用量少。

生产一台机器或一个零件的过程，一般都要经过毛坯制造、切削加工、热处理和装配等过程，所以结构工艺性是个整体概念。

在进行结构设计时必须将各生产过程对零件结构工艺性的要求全面考虑，综合分析，不应顾此失彼，使在不同生产阶段都具有良好的工艺性。

如不能周全的兼顾到各工种时，则应抓住主要矛盾，以求确定出较理想的方案，从而获得较好的结构工艺性。

零部件的结构工艺性与生产规模密切相关，并随着科学技术发展而变化。

生产批量是影响结构工艺性的首要因素，批量大小不同，制造方法不同，结构工艺性不同。

先进制造工艺与新技术的发展与应用是促进零件结构工艺性变化的又一重要因素。

如采用电解、电火花、激光、超声波等加工工艺可使一些较复杂型面、难加工材料、微孔、窄缝等的加工变的较为容易，又如精密铸、锻、精密冲压、挤压、轧制等工艺，可使毛坯精度大大提高，接近于成品。

结构工艺性基本内容包括：a．机器的系列化、通用化、标准化及合理的技术要求；b．毛坯结构工艺性；c．切削加工零件结构工艺性；d．热处理结构工艺性；e．机器结构的装配工艺性第二节机器的“三化”及技术要求合理性机械行业迅速发展对各种机器的质量及品种多样化提出了更多的要求，但这给设计制造和维修带来了一定的难度及复杂化。

简述压铸件的结构工艺性及工艺设计1．压铸件的结构工艺性合理的铸件结构外形，应使压铸型结构简化，加工制造便利，不易形成铸造缺陷，有利于保证铸件质量。

压铸件外形和结构上应使铸件能顺当从压铸型中取出，影响取出铸件的障碍，应改进其结构加以消退。

压铸生产中，几乎全部压铸工艺参数都与铸件壁厚有关。

壁厚过厚，易产生气孔、缩孔及缩松等缺陷；若壁厚过薄，易产生表面缺陷，甚至浇不足。

允许最小的壁厚依合金种类及铸件单面表面积的大小而定。

2.压铸件的工艺设计压铸件工艺设计是压铸型设计前必需做的工作，其内容许多，除制订工艺方案外，还要确定一系列的工艺参数和详细细节。

1)压铸件分型面的选择分型面的确定对于压铸型的简单程度和加工制度是否便利，以及铸件质量（尤其是尺寸精度）都有很大影响。

因此，对分型面的选择有如下要求：分型面应取在铸件的最大截面上，且在开型时，应使铸件留在动型内；浇注系统和排气系统能够得到合理的分布；尺寸精度要求高的部分尽可能位于同一半型内，使压铸型尽可能简化。

对某一详细铸件而言，设计者应在全面考虑、权衡轻重后选择铸件的分型面。

2)压铸件浇注系统的设计浇注系统一般由直浇道、内浇口和横浇道等组成。

依据压铸机的类型及引入液体金属的方式不同，浇注系统的形式也有所不同。

图5-52示出了同一铸件在不同类型压铸机上的浇注系统结构。

(1)直浇道的设计。

典型的立式冷压室压铸机上的铸件直浇道由喷嘴、浇口套和定型上的相应孔洞形成。

每台压铸机上常有几种内孔直径的喷嚏，而形成直浇道金属喷喷入口处的直径依据压铸件金属的种类和经喷嘴被压射金属的质量进行选择。

太粗的直浇道会铺张金属液，还会引起铸型局部过热。

太细的直浇道会提高压铸时金属液在浇道中的流速，有可能冲刷下在浇口套壁上初凝的金属层进入型腔堵塞内浇口使金属液充型不畅。

(2)内浇口的设计。

一般在大多数压铸型中，内浇口都设在分型面上，应尽可能削减金属液充型过程中可能遇到的障碍，在压铸螺纹时，应使浇口顺着螺纹方向，对圆环形铸件采纳切向浇口，设置内浇口位置时应留意使金属流的方向与型腔捧气方向全都，且不应引起铸件变形。