铸件的结构设计

（a）直角连接 （b）圆角连接 图6-35 转角处的热节
（a）直角连接 （b）圆角连接 图6-36 金属结晶的方向性
2．避免锐角连接
如图6-37（a）所示，锐角连接会由于 内角散热条件差而增大热节，容易产生缩 孔、缩松等铸造缺陷。若两壁间的夹角小 于90°，则应采取过渡形式，如图6-37（b） 所示。
（b）改进后
图6-31 内腔的两种结构
2．便于砂芯固定、排气和铸件清理
如图6-32（a）所示，轴承架铸件的内腔需要采用两个砂芯，其中较 大的砂芯呈悬臂状，需用型芯撑支撑固定；如图6-32（b）所示，将轴承 架铸件的内腔改为整体砂芯，则砂芯的稳定性大大提高，并有利于排气。
（a）改进前
（b）改进后
图6-32 轴承架铸件
铸件中垂直于分型面的不 加工表面最好有结构斜度，以 便于起模或者便于用砂垛代替 砂芯。如图6-34（a）所示的铸 件结构设计不合理，对铸件的 结构斜度进行改进后的合理设 计如图6-34（b）所示。
（a）改进前
（b）改进后
图6-34 结构斜度的设计
二、合金铸造性能对铸件结构的要求
（一）铸件壁厚设计合理
工程材料及成形工艺
铸件的结构设计
一、铸造工艺对铸件结构的要求
铸件的结构设计不应只考虑对其结构性能的影响，还应有利于提高 铸件的工艺水平。所以铸件结构应尽可能使制模、造型、造芯、合箱和 清理过程简单化，防止产生废品，并为实现机械化生产创造条件。铸件 外形力求简单，铸件内腔设计合理是铸造工艺对铸件结构的主要要求。
为保证金属液充满铸型，避免浇不足、冷隔等缺陷的产生，铸件应当有合理 的壁厚。每种铸造合金都有其适宜的壁厚，选择得当，既能保证铸件力学性能， 又能防止铸造缺陷的产生。几种常用铸件在砂型铸造时的最小壁厚如表6-7所示。
铸件尺寸/ mm
灰铸铁
表6-7 砂型铸造时铸件的最小壁厚 最小壁厚/mm
球墨铸铁 可锻铸铁 铸造碳钢 铸铝合金 铸铜合金
如图6-29（a）所示，铸件的凸台设计妨碍起模，必须采用活块或增 加砂芯来造型。改进后的结构如图6-29（b）所示，凸台与分型面的距离 较近，简化了造型工艺。
（a）改进前
（b）改进后
图6-29 凸台的设计
（二）铸件内腔设计合理
1．尽量减少砂芯
如图6-30（a）所示，该悬臂支架铸件采用了中空结构，所以必须采用 悬臂芯。这种砂芯需要用芯撑进行支撑固定，导致下芯浪费工时，容易产生 铸造缺陷。改进后的结构如图6-30（b）所示，省去了砂芯，降低了生产成 本。
如图6-33（a）所示，由于该铸件的砂芯底部没有芯头，只能用砂 芯撑固定，这种设计既不稳定又不利于排气，容易产生铸造缺陷。改进 后的结构如图6-33（b）所示，铸件底面增设了两个工艺孔，便可采用 芯头进行固定，很好地避免了上述问题。
（a）改进前
（b）改进后
图6-33 增设工艺孔的结构
3．铸件的结构斜度
（三）铸件壁合理连接 1．铸件的结构圆角
铸件壁的转角处一般应用圆角。采用直角连接存在以下问题。
➢ 直角连接处会形成金属积聚，容易产生缩孔、缩松。
➢ 在载荷的作用下，直角连接处的内侧容易产生应力集中，如图6-35（a） 所示。
➢ 在合金结晶过程中，沿着散热反方向会形成垂直于型壁的柱状晶，并在 转角处的对角线上形成整齐的分界线，削弱转角处的力学性能，如图636（a）所示。
当铸件的收缩受到阻碍，铸件内应力超过合金强度极限时，铸件将 产生裂纹。因此，设计铸件肋与辐时，应使其能够自由收缩。
（a）直线轮辐 （b）弯曲轮辐 图6-39 轮辐的设计
工程材料及成形工艺
（一）铸件外形力求简单
1．避免外部侧凹
如图6-27（a）所示，由于端盖存在法兰凸缘，铸件外部侧凹，铸型 具有两个分型面，所以必须采用三箱造型或者增加环形外砂芯，令造型 工艺变复杂，生产成本增加。改进设计后的端盖外形如图6-27（b）所示， 由于上部的法兰凸缘去除，外部侧凹消失，使造型工艺简化。
（a）改进前
a）改进前
（b）改进后
图6-30 悬臂支架铸件
铸件的内腔也可以利用型腔内的砂垛来形成。如图6-31（a）所示，铸 件内腔出口处较小，只能用砂芯。改进后的结构如图6-31（b）所示，由于 出口扩大，内腔直径D大于铸件高度H，故可采用砂垛代替砂芯。这样既简 化了铸造工艺，又降低了生产成本。
（a）改进前
（b）改进后
图6-27 端盖铸件
2．分型面尽量平直
如图6-28（a）所示，改进前托架的设计忽略了分型面应尽量平直的 原则，误在分型面上加了外圆角，导致必须采用挖砂或假箱造型，造型工 艺复杂。根据图6-28（b）进行改进后，分型面变为平面。
（a）改进前
（b）改进后
图6-28 托架铸件
3．凸台设计便于造型
ห้องสมุดไป่ตู้
200
3～4
3～4 2.5～4.5
8
3～5
3～6
200～400 4～5
4～8
4～5
9
5～6
6～8
400～800 5～6
8～10
5～7
11
6～8
—
（二）铸件壁厚应尽可能均匀
如果铸件壁厚差别过大，各部位的冷却速度也会产生较大差别，容易 产生热应力，使铸件厚薄连接处产生裂纹。必须指出，铸件壁厚的均匀性 是指铸件各壁的冷却速度相近，并非要求所有壁厚完全相同。例如，铸件 内壁散热慢，应比外壁要薄一些。
3．厚壁与薄壁之间应逐渐过渡
当铸件各部分的壁厚难以做到均匀一致， 甚至差别很大时，为了减少应力集中，应采 用逐渐过渡的方法，防止壁厚突变。
（a）改进前
（b）改进后
图6-37 锐角的连接
（四）防裂肋的应用
为防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂肋，如图6-38所示。
图6-38 防裂肋的应用
（五）避免铸件的收缩阻力