第五篇 铸件结构设计.ppt

* 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，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。 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。 1、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便起模。 3. 凸台、筋条的设置应便于起模 2. 分型面应尽量平直 - 需要挖砂造型，否则不能起模。 二、铸件的结构斜度 ◆注意与拔模斜度的区别： 拔模斜度：是在制定铸造工艺时，为了拔模方便而加上去的，一般要切削掉。 而结构斜度：是在设计时加上去的，不再被加工掉。 铸件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有结构斜度。 三、铸件内腔的设计 原则：减少型芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。 作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低成本。 1. 尽量节省型芯，避免不必要的型芯 2. 应使型芯安放稳固、排气通畅、清理方便 悬臂型芯需用型芯撑加固，但下芯，合箱和清理费工，对薄壁件、加工面和耐压铸件均不宜采用型芯撑。 增加工艺孔，可型芯定位稳固，有利于排气和清理。加工后堵住。 表2-13 砂型铸造铸件的最小壁厚 (mm) 铸件尺寸 铸钢 灰口铸铁 球铁 可铁 200 5 ~ 8 3 ~ 5 4 ~ 6 3 ~ 5 200 ~ 200 10 ~ 12 4 ~ 10 8 ~ 12 6 ~ 8 500 15 ~ 20 10 ~ 15 12 ~ 20 ---- 第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系 铸件结构不够合理以及不满足合金的铸造性能要求，会发生铸造缺陷 – 缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔等。 1、铸件壁的厚设计 原则1：合理设计铸件壁厚 ◆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。 ◆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，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。 ◆缺陷分析： 1）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。 2）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。表2-14灰铸铁件壁厚参考值。 ◆结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间 ◆措施： 1）可改变铸件截面形状，保证承载能力，减轻重量，便于型芯固定、排气和铸件的清理。 2）如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构，脆弱处安加强筋。 原则2：铸件壁后应均匀，避免厚大截面 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。 ◆缺陷分析： 壁厚差别过大 → 厚壁处易于产生缩孔、缩松缺陷。 壁厚不均匀 →冷却速度不同→收缩不一致→产生热应力→厚薄连接处产生裂纹。 2、铸件壁的连接 设计铸件壁的连接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。 原则1： （1）铸件的结构圆角 ——铸件结构的基本特征 结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。 ◆外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型腔尖角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应。表2-15。 原则2： （2）避免锐角连接 — 减小热节和内应力。 ◆缺陷分析： 锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。 原则3：厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 — 减少应力集中 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。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。 ◆轮辐为直线、偶数： 造型等分简便，但轮缘、轮辐、轮毂间比例不当，常因收缩不一致，内应力过大，产生裂纹。 ◆轮辐为奇数或弯曲： 可通过轮缘或轮辐本身的微量变形自行减缓内应力。 实例分析1： ◆防裂筋的应用 — 常用于铸钢、铸铝等