第2章2.4铸件结构设计

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金属工艺学METAL TECHNOLOGY 机电工程学院金工学部 张崧2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 1

上次课内容回顾砂型铸造的工艺设计 铸造工艺图的绘制 分型面的选择原则 工艺参数的确定 浇铸位置的选择原则

应保证模样能顺利的从铸型中取出 应尽量减少分型面的数量 应尽量使分型面是一个平直的面 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱 应尽量使型芯和活块的数量减少 工艺参数的确定

加工余量、收缩率、拔模斜度、 加工余量、收缩率、拔模斜度、铸造圆角、 圆角、型芯及型芯头

浇铸系统； 浇铸系统；型砂性能金属工艺学多媒体课件

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2.4 液态金属成型件的结构设计主要内容: 主要内容:2.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求 2.4.2 合金铸造性能对铸件结构的要求 2.4.3 不同成形工艺对铸件结构的要求

重点内容： 重点内容：铸件结构设计如何考虑铸造工艺特点

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2.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求铸件的外形设计 铸件的内腔设计

2.4.1 .1.铸件的外形设计 铸件的外形设计原则：外形设计应便于起模， 原则：外形设计应便于起模， 简化造型工艺

加长凸台， 加长凸台，避免活块 a)改进前 b)改进后 改进前 改进后2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 4

2.4.1.2 铸件的内腔设计原则：减少形芯数量，避免不必要的型芯； 原则：减少形芯数量，避免不必要的型芯； 铸件的内腔设计视频 便于型芯的固定、排气和清理。 便于型芯的固定、排气和清理。 作用：防止偏芯、 作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生； 产生； 简化造型工艺，降低成本。 简化造型工艺，降低成本。

两种结构造型比较2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 5

减少型芯的数量， 减少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析： 实例分析：

悬臂支架的两种结构： 改进前 改进后 悬臂支架的两种结构：a)改进前 b)改进后

支座的设计

便于型芯的稳定、 便于型芯的稳定、排气和铸件的清理

轴承架铸件2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 6

便于起模实例

肋的 布置

不 合 理 结 构

合 理 结 构

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优化设计外形结构可使工艺简化

优化外形 简化工艺

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结构设计应考虑： 结构设计应考虑： 避免使用砂芯、自带砂芯和砂芯安装、 避免使用砂芯、自带砂芯和砂芯安装、排气

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分型面 忌圆弧

直分型 不挖砂

凸台 凸肋 注意 角度

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零件设计优先考虑结构斜度 没有设计结构斜度的零件必须增

加拔模斜度(工艺斜度) 没有设计结构斜度的零件必须增加拔模斜度(工艺斜度)

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2.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求 合金铸造性能对铸件结构的要求2.4.2.1铸件壁厚的设计 铸件壁厚的设计原则1: 原则 ：合理设计铸件壁厚 概念： 概念：最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。 最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取 决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。 决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。 临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下， 临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各 临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍 种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的 种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的 倍。因铸件壁厚过大易产生缩孔、缩松、 因铸件壁厚过大易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷从而使铸件的力学性能下 故设计铸件时以增大壁厚提高铸件的强度存在壁厚临界即壁厚过厚则适得其反。 降。故设计铸件时以增大壁厚提高铸件的强度存在壁厚临界即壁厚过厚则适得其反。

缺陷分析： 缺陷分析：最小壁厚” 铸件就易产生浇不足、 如果所设计铸件的壁厚小于允许的 “最小壁厚”,铸件就易产生浇不足、 冷隔等缺陷。 冷隔等缺陷。 在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、 缩松、结晶组织粗大等缺陷， 在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、 缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而 使铸件的力学性能下降。 使铸件的力学性能下降。

结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间 介于临界壁厚和最小壁厚 结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 12

原则2: 原则2: 铸件壁厚应均匀 缺陷分析： 缺陷分析：壁厚不均匀易产生热应力甚至导致裂纹；壁厚过薄易浇不足； 壁厚不均匀易产生热应力甚至导致裂纹；壁厚过薄易浇不足； 过厚易缩孔、缩松。 过厚易缩孔、缩松。

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2.4.2.2 铸件壁的连接原则1: 铸件要求结构圆角、 原则 ： 铸件要求结构圆角、工艺 圆角；避免铸件壁的锐角连接； 圆角；避免铸件壁的锐角连接；厚 壁与薄壁间的连接要逐步过渡； 壁与薄壁间的连接要逐步过渡；缺陷分析： 缺陷分析： 铸件锐角连接处易出现应力集中 产生裂纹；砂型锐角易被冲刷。 产生裂纹；砂型锐角易被冲刷。

不同转角热节大小有区别2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 14

原则2:减缓肋、 原则 ：减缓肋、辐收缩的阻碍

缺陷分析： 缺陷分析：铸件各部分冷却速度 不同而收缩不一致， 不同而收缩不一致，形成较大的 内应力。 内应力。当此应力超过合金的强 度极限时，铸件会产生裂纹。 度极限时，铸件会产生裂纹。 实例分析1: 实例分析 ：轮辐的设计轮辐弯曲、 轮辐弯曲、奇数或带孔辐板可借助 结构的微量变形自行减缓铸造应力， 结构的微量变形自行减缓铸造应力， 防止开裂。 防止开裂。

实例分析2: 实例分析 ：接头改进后的交错接头或 环状接头， 环状接头，其热节均 较改进前小， 较改进前小，且可通 过微量变形来缓解内 应力， 应力，抗裂性能变得 较好。 较好。2011-12-19 金属工艺学多媒体课件 15

原则3: 原则 ：避免出现过大的水平面缺陷分析： 缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时浇铸时液面上升缓慢， 薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时浇铸时液面上升缓慢，因 薄壁件金属液散热冷却快， 气常滞留在顶面， 薄壁件金属液散热冷却快，渣、气常滞留在顶面，易产生浇不 冷隔、气孔和夹渣缺陷。 足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。

实例： 实例：

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