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1、第三节铸件结构工艺性,在设计铸件结构时，不仅应考虑到能否满足铸件的使用性能和力学性能需要，还应考虑到铸造工艺和所选用合金的铸造性能对铸件结构的要求。铸件结构的工艺性好坏，对铸件的质量、生产率及其成本有很大影响。,一、铸件工艺对铸件结构的要求(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。如下图所示的机床铸件，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。,还有缸体的设计。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
2、芯，简化造型工序。,（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。,(a)不合理(b)合理 杠杆铸件结构,图(a)所示杠杆铸件的分型面是不直的，改为图(b)结构，分型面变成平面，方便了制模和造型，分型面设计是合理的。,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。去掉外圆角的结构图b），便于整模造型。,（3）铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构便于造型。如下图为箱体铸件，其原设计的结构a）有凸台，就需要采用活块造型、工艺复杂，且凸台的位置尺寸难于保证；否则采用外型芯来形成会增加铸件成本。若改为方案b）便于采用机器造型。,还有如下
3、图a）、c）所示的铸件凸台的设计，只能采用活块或外型芯才能起模。将其改为图b）、d）的结构，可避免活块。,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。,3、在铸件上设计结构斜度 铸件垂直于分型面的不加工表面，应设计出结构斜度，如图(b)所示，在造型时容易起模，不易损坏型腔，有结构斜度是合理的
4、。图(a)所示为无结构斜度的不合理结构。,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。具体数值可参考表 铸件的结构斜度（Q/ZB 158-78）(如下表),图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，结构斜度由设计零件的人确定，且斜度值较大；拔模斜度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（0.53.0）。,(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。,悬臂支架a)不合理 b
5、)合理,还有如下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。,2、应考虑好型芯的稳固、排气顺畅和清理方便。如下图所示，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。,3、应避免封闭内腔 图(a)所示铸件为封闭空腔结构，其型芯安放困难、排气不畅、无法清砂、结构工艺性极差。若改为图(b)所示结构，上述问题迎刃而解，结构设计是合理的。,如下图所示的紫铜风口图a）。从使用出发只需两个通循环水的
6、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。,二、铸造性能对铸件结构的要求 铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能的要求，生编孔、缩松、浇不足、变形和裂纹等铸造缺陷。1、合理设计铸件壁厚 不同的合金、不同的铸造条件，对合金的流动性影响很大。为了获得完整、光滑的合格铸件，铸件壁厚设计应大于该合金在一定铸造条件下所能得到的“最小壁厚”。表2-9列举了在砂型铸造条件下铸件的最小壁厚。,铸件壁厚也不宜选择过厚。由于铸件中心部位冷却
7、缓慢、晶粒粗大，容易产生缩松、缩孔等缺陷，其承载能力并非按壁厚截面增加而成比例增加，所以壁厚应选择得适当。为了保证铸件的承裁能力，对强度和刚度要求较高的铸件，应根据载荷的性质和大小，选挥合理的截面形状，如图2-34所示。,必要时可在薄弱部位设置加强肋板，从而避免厚大截面，如图2-35所示。此外，为了有利于铸件各部分冷却速度均匀，内壁厚 度要比外壁厚度小一些，肋板厚度比铸件壁厚要小一些。,2铸件避厚应尽可能均匀 铸件壁厚均匀是为了铸件各部分冷却速度相接近，形成同时凝固，避免因壁厚差别而形成热节，产生缩孔、缩松，也避免薄弱环节产生变形和裂纹。,如图2-36a所示两侧小孔处因小孔不铸出，壁厚过大而产
8、生热节；改成图2-36b所示结构则可避免产生缩孔等缺陷。,铸件各部分壁厚若相差过大，将在局部厚壁处形成金属积聚的热节，导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷；同时，不均匀的壁厚还将造成铸件各部分的冷却速度不同，冷却收缩时各部分相互阻碍，产生热应力，易使铸件薄弱部位产生变形和裂纹。,3铸件壁的连接方式要合理(1)铸造圆角 铸件壁之间的连接应有铸造圆角。如无圆角，直角处热节大，易产生缩孔缩松，如图2-37所示；并在内角处产生应力集中，裂纹倾向增大；直角内角部分的砂型为尖角，容易损坏而形成砂眼和粘砂。铸造圆角半径一般为相交两壁平均厚度的1/31/2。,(2)铸件壁要避免交叉和锐角连接 铸件壁连接时应采用图2-
9、38的形式。当铸件两壁交叉时，中、小铸件采用交错接头，大型铸件采用环形接头，如图2-38a所示。当两壁必须锐角连接时，要采用图2-38b、c所示正确的过渡方式。其主要目的都是尽可能减少铸件的热节。,(3)厚壁与薄壁连接 铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求平缓过渡，避免截面突变，减少应力集中，防止产生裂纹。当壁厚差别较小时，可用上述的圆角过渡。当壁厚之比差别在两倍以上时，应采用楔形过渡。,4避免铸件收缩阻碍 当铸件的收缩受到阻碍，产生的铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件特产生裂纹。因此，在设计铸件时，应尽量使其能自由收缩。特别是在产生内应力更加时，应采取措施避免局部收缩阻力过大。图2-40为轮形铸件，图2-40a所示结构对铸件容易制作校样和造型方便，但对于收缩大的合金则易造成应力对称量加，产生裂纹；应设计成图2-40b所示弯曲轮辐或图2-40c所示奇数轮辐，利用铸件微量变形来减小内应力。,5避免大的水平面 图2-41为罩壳铸件，太平面受高温金屑液烘烤时间长、易产生夹砂；金属液中气孔、夹渣上浮滞留在上表面，产生气孔、渣孔；而且大平面不利于金属液充填，易产生浇不足和冷隔。如将图2-41a所示结构改为图2-4lb所示倾斜式，则可以减少或消除上述缺陷。,
