材料液态成型工艺学-4(XXXX)

二、从简化铸造工艺过程方面 进行零件结构的工艺性分析
1.铸件结构应便于起模、简化工艺、节省造型和制模 工时
铸件侧壁上的凸台、突缘、筋条等，常常妨碍起模。 而为了这些小的凸台、突缘、筋条等，在大量生产中 不得不增加砂芯。在单件、小批生产中，必须将它们 制成活动模块（活块）。这些活动模块都大大增加造 型、制芯和模具制造的工时，提高了生产成本。
8. 铸件结构应能防止热裂和变形
铸造方 法与铸 件结构 铸件 形状
铸件 大小
铸件 壁厚
铸件最 小壁厚 （mm）
砂型 铸造
可以很 复杂
不限制
不限制
铝合金>3 铸铁>3 铸钢>6
金属型 铸造
不宜太 复杂
中小件 <100kg
不宜壁厚 差太大
铝合金23，灰铸 铁4，铸
钢>5
拔模 斜度 最小铸 出孔槽
镶嵌件
5. 保证砂芯定位稳固， 排气通畅和下芯、检验方便
吊砂在合箱、浇注时易塌箱，特别是向上半型吊芯 操作不方便；悬臂式砂芯不稳固，在金属液浮力作 用下易发生偏移，应尽量避免使用。
5. 保证砂芯定位稳固， 排气通畅和下芯、检验方便
砂芯不宜过高，以免造成合箱困难。砂芯在上箱时检 验也很困难，对罩形件的排气问题也需注意，可采用 分两阶段进行浇注，或采用盖芯或卧浇。
3. 结构圆角的设计
当铸件壁采用圆角结构时，可以消除应力集中，破坏了柱状 晶的分界面，明显提高转角处的力学性能，也防止了缩孔、缩 松和裂纹的产生。
圆角结构还有利于造型，浇注时可避免熔融金属对铸型的冲 刷，减少砂眼和粘砂缺陷的发生。
3. 结构圆角的设计
不合理
合理
不合理
合理
3. 结构圆角的设计
4. 内壁厚度应小于外壁
6-2 浇注位置的确定原则－总结
1.铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面； 2.铸件的大平面朝下，或采用倾斜浇注； 3.应保证铸件能充满； 4.有利于实现顺序凝固； 5.保证砂芯定位稳固、排气通畅和下芯、检验方便； 6.应使合箱位置、浇注位置和冷却位置相一致。
铸件内部的筋和壁，散热条件较差。因此，铸件的结构设计 应使内壁比外壁薄一些，以便使整个铸件能均匀地冷却，防 止产生内应力和裂纹。
一般地，当铸件外壁、铸件内壁和筋的厚度按1:0.8:0.6设 计时，可以保证各部位冷却速度均匀一致。
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4. 内壁厚度应小于外壁
内、外壁厚相差值约为10％-30％是合理的。
5. 壁厚应力求均匀
6. 避免水平大平面
7. 有利于顺序凝固
有的铸件因工作需要，结构设计上造成壁厚不均匀和局部厚 度较大，而且合金的体收缩又比较大，这时很容易形成缩孔和 缩松缺陷。因此，应仔细审查零件结构实现顺序凝固的可能性， 使之便于安放冒口、冷铁，以避免出现缩孔、缩松缺陷。
8. 铸件结构应能防止热裂和变形
经验表明，某些壁厚均匀的细长铸件、较大面积的 平板铸件，及某些壁厚不均匀的长形箱体类铸件，如 床身类铸件，都会产生翘曲变形。
对于砂芯芯头不足、难以固定砂芯的铸件，为使砂芯稳固， 可适当采取开设工艺孔的方法解决。如图所示的铸件，因底面 没有芯头，只好加芯撑。当改成右图所示的结构后，不仅省去 芯撑，也便于排气和清理。
这些工艺孔可用螺钉或柱塞堵住。
6. 复杂铸件分体铸造，简单小件联合铸造
有些大而复杂的铸件，可考虑分成两个以上的简单铸件， 铸造后再用螺栓或焊接的方法连接起来，以简化铸造过程， 也可使本来没有条件生产的大型铸件的生产成为可能。
前两者产生翘曲变形的主要原因是：铸件结构刚度 差，铸件各面冷却条件的差别所引起的不大的内应力 使其变形。
后者主要是壁厚差别大，厚壁处冷却慢，薄壁处冷 却快，引起较大的内应力促使铸件产生变形。
铸件变形可以采用改进铸件结构、设置加强筋提高 刚性、人工时效、采用反变形等方法予以解决。
8. 铸件结构应能防止热裂和变形
2. 减少、简化分型面，尽量采用平直分型面
3. 减少砂芯数量，尽量不用或少用砂芯
有砂芯的铸件不仅增加成本，而且使造型、造芯 和合箱工艺复杂化，影响生产率和铸件质量。
3. 减少砂芯数量，尽量不用和少用砂芯
4. 取消不必要的圆角
虽然铸件的转角处几乎都希望用圆角相连接，这 是由铸件的结晶和凝固的合理性所决定的。但是有些 外圆角对铸件的质量影响并不大，但却对造型、制芯 等工艺过程有不良效果，此时，应将圆角取消。
2.应减少、简化分型面，尽量采用平直分型面； 3.减少砂芯数量，尽量不用和少用砂芯； 4.取消不必要的圆角； 5.有利于砂芯的固定和排气； 6.复杂铸件采用分体铸造，简单小件采用联合铸造。
6-2 浇注位置的确定
浇注位置：浇注时铸件在型内所处的位置（即哪个面朝上的 问题）。
浇注位置应依据铸件的质量要求、大小、结构特点、合 金性能、生产批量、现场条件及综合效益等方面评估，很大 程度上着眼于顺序凝固。
材料成型工艺学
材料科学与工程学院 张兴国
大连理工大学
Dalian University of Technology
第六章 铸型工艺方案的确定
6-1 零件结构的铸造工艺性分析 铸造工艺性：
零件的本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整个铸造工 艺过程的顺利进行，又利于保证产品的质量。 作用：
1.审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求； 2.在既定的零件结构条件下，考虑在铸造过程中可能出现的 主要缺陷，在工艺设计中应采取的工艺措施。 一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性 1.铸件应有合理的壁厚 最小壁厚：一定条件下铸造合金能充满铸型的最小壁厚。 铸件的设计壁厚应不小于最小壁厚 。
5. 有利于砂芯的固定和排气
如轴承架铸件，其内腔采用两个砂芯，其中较大的砂芯采用 悬臂芯，不稳定，必须用芯撑加固。
若改成使用整体芯的工艺，既将两个砂芯做成一个砂芯，既 不影响零件的使用，而且砂芯的稳定性大为提高，下芯也很方 便，排气也通畅。注意：尽量少用或避免使用芯撑。
5. 有利于砂芯的固定和排气
铜合金1015’-2015
0.7
可以，降 低生产率 可以，成
本高
离心 铸造
限中空 回转体 不限制 由浇注 量控制
比同类 重力铸
造薄
7 可以 不可以
挤压 铸造
不宜太 复杂 中小件
较适合于 厚壁铸件
2-5
比压铸 和金属 型大
较难
可以， 较困难
一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性
应考虑的原则： 1．铸件应有合理的壁厚； 2．铸件壁的连接应逐渐过渡； 3．结构圆角的设计； 4．内壁厚度应小于外壁； 5. 壁厚应力求均匀； 6. 避免水平大平面； 7. 有利于顺序凝固； 8. 铸件结构应能防止热裂和变形。
6.复杂铸件分体铸造，简单小件联合铸造
与分体铸造相反，一些很小的零件，如轴套，压环、密封环 等，可把许多小件连在一起，铸成一个较长的铸件再机械加工， 或将多个小件采用叠箱造型的方法生产。
二、从简化铸造工艺过程方面进行零件结 构的工艺性分析－总结
1.铸件结构应便于起模、简化工艺、节省造型和制模 工时；
铸件各部位壁厚如果相差太大，厚壁处会产生金属局部积聚 形成热节，凝固收缩时在热节处形成缩孔、缩松缺陷。此外， 各部位冷却不均匀，易形成热应力，致使铸件在薄壁和厚壁连 接处产生裂纹。因此，在进行铸件结构设计时应做到壁厚力求 均匀。
5. 壁厚应力求均匀
6. 避免水平大平面
如果铸件有大的水平空腔存在，当液体金属上升到该位置 时，由于断面突然扩大，上升速度缓慢，高温金属液较长 时间烘烤顶部型面，极易造成夹砂、浇不足等缺陷，同时 也不利于金属夹杂物和气体的排除。因此，应尽量设计成 倾斜壁。
6. 应使合箱位置、浇注位置和冷却位置相一致
这样可避免合箱后或浇注后再次翻转铸型。翻转铸型不仅 劳动量大，而且容易引起砂芯移动、掉砂等缺陷。
只是在个别情况下，为了造型方便和增加冒口的补缩效果 等原因，要求合箱或浇注后改变冷却位置。例如：曲轴横浇 竖冷，大平板水平合箱，倾斜浇注。
但是对大批量生产，曲轴件仍然要卧浇卧冷。
凸台、 侧凹
最小15’
灰铸铁 ≥30 铸钢≥60
可以， 费用少 可以， 费用少
一般10
6-8 可以 可以
熔模 铸造
可较 复杂 中小件 <25kg 不限制
0.5
0.5 不可以 可以， 较困难
压力 铸造
不宜太 复杂
中小件
不宜壁厚 差太大
铝合金0.5 锌合金0.4 铜合金0.8
铝合金15’
锌合金< 15’
如果从简化铸造工艺过程的角度对其结构稍加改进， 即可避免这些缺点。
1. 铸件结构应便于起模、简化工艺、 节省造型和制模工时
尽量取消铸件外壁的侧凹
2. 应减少、简化分型面，尽量采用平直分型面
分型面最好只有一个，并且最好是简单的平面。这样只需 要两箱造型，减少了造型和模具制造工时，提高铸件精度， 并易于实现机械化生产。平直的分型面可以减少铸件的毛边、 便于清理。
1. 铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面
有几个加工面时，应该将主要的或较大的加工面朝下或侧 立，受力的部位放在下部，个别加工面朝上时要适当加大加工 余量。理由是： 浇注位置的下部：冷却快，有静压力作用和上部金属的补缩而 致密，几乎无夹杂和气孔； 浇注位置的上部：因渣、气上浮，故易产生气孔、夹砂、砂眼、 气隔等缺陷。
一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性
临界壁厚：当铸件的壁厚超过临界壁厚时，铸件的力学性能 并不按比例随铸件厚度的增加而增加，反而是显著地下降。
因此，设计铸件壁需要注意的问题是： 1)为防止出现冷隔和浇不足缺陷，铸件应有一定的壁厚； 2)外形尺寸大、结构复杂、合金流动性差的铸件,铸件壁厚 应适当加大； 3)厚壁会增加铸件的重量和金属的消耗，而且易产生缩孔、 缩松等缺陷。另外，厚壁铸件凝固慢，会造成晶粒粗大、力 学性能降低。最好的方法是采用加强筋； 4)对灰铸铁件，最小壁厚的选择应防止出现白口（考虑浇注 条件和孕育条件）。