铸造工艺设计基础

铸造工艺设计基础

铸造生产周期较长，工艺复杂繁多。为了保证铸件质量，铸造工作者应根据铸件特点，技术条件和生产批量等制订正确的工艺方案，编制合理的铸造工艺流程，在确保铸件质量的前提下，尽可能地降低生产成本和改善生产劳动条件。本章主要介绍铸造工艺设计的基础知识，使学生掌握设计方法，学会查阅资料，培养分析问题和解决问题的能力。

§1-1

零件结构的铸造工艺性分析

铸造工艺性，是指零件结构既有利于铸造工艺过程的顺利进行，又有利于保证铸件质量。

还可定义为：铸造零件的结构除了应符合机器设备本身的使用性能和机械加工的要求外，还应符合铸造工艺的要求。这种对铸造工艺过程来说的铸件结构的合理性称为铸件的铸造工艺性。另定义：铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。

铸造工艺性不好，不仅给铸造生产带来麻烦，不便于操作，还会造成铸件缺陷。因此，为了简化铸造工艺，确保铸件质量，要求铸件必须具有合理的结构。

一、铸件质量对铸件结构的要求

1．铸件应有合理的壁厚

某些铸件缺陷的产生，往往是由于铸件结构设计不合理而造成的。采用合理的铸件结构，可防止许多缺陷。

每一种铸造合金，都有一个合适的壁厚范围，选择得当，既可保证铸件性能（机械性能）要求，又便于铸造生产。在确定铸件壁厚时一般应综合考虑以下三个方面：保证铸件达到所需要的强度和刚度；尽可能节约金属；铸造时没有多大困难。

（1）壁厚应不小于最小壁厚

在一定的铸造条件下，铸造合金能充满铸型的最小壁厚称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，应使铸件的设计壁厚不小于最小壁厚。各种铸造工艺条件下，铸件最小允许壁厚见表7-1～表7-5

砂型铸造时铸件最小允许壁厚（单位：㎜）1-1 表

㎜铸件最大轮廓尺寸为下列值时合金种类/﹥1250-2000200-400800-1250﹤400-800 2000

20018碳素铸钢16～20148119低合金钢258-9169-102012高锰钢25108-9201216

不锈钢、耐热钢-10-128-1120-2512-1616-20灰铸铁10-123-44-56-85-68-10孕育铸铁

16-205-612-166-88-1010-12以上）（HT30014-1612-1410-128-104-83-4球墨铸铁mm铸件最大轮廓为下列值时

100﹤800-1250100-200400-800200-400铸造铝合金8-1236-85-64-5

熔模铸件的最小壁厚（单位：㎜）表1-2

铸件尺最小壁铜合铝合高温合碳1.5~2.10~51.5~2.1.5~2.0.6~1.2.0~2.50~102.0~2.2.0~2.0.8~1.5

2.5~

3.02.5~3.02.5~3.01.0~2.0100~200—3.0~3.5200~3503.0~3.53.0~3.5—﹥3503.5~

4.03.5~4.04.0~

5.0

金属型铸件的最小壁厚（单位：㎜）表1-3

㎜/最小壁厚铸件尺寸㎜/铸钢铝硅合金灰铸铁铝镁合金、镁合金铜合金5050×52.2332.5100×10083332.5225225×103.5443350350×125454

压铸件的最小壁厚（单位：㎜）1-4 表

2铜合金锌合金/压铸件面积㎝铝合金镁合金25﹤1.5~2.00.7~1.00.8~1.2 2.0~2.525~1001.0~1.61.2~1.8 2.5~3.01.6~2.0100~4001.5~2.0400﹥3.0~3.52.0~2.52.0~2.5

（2）铸件的临界壁厚

在铸件结构设计时，为了充分发挥金属的潜力，节约金属，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚的敏感性。厚壁铸件容易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析和松软等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。从这个方面考虑，各种铸造合金都存在一个临界壁厚。铸件的壁厚超过临界壁厚后，铸件的力学性能并不按比例地随着铸件壁厚的增加而增加，而是显著下降。因此，铸件的结构设计应科学地选择壁厚，以节约金属和减轻铸件重量。在砂型铸造工艺条件下，各种合金铸件的临界壁厚可按最小壁厚的3倍来考虑。铸件壁厚应随铸件尺寸增大而相应增大，在适宜壁厚的条件下，既方便铸造又能充分发挥材料的力学性能。表7-5，表7-6给出砂型铸造各种铸造合金的临界壁厚。

砂型铸造各种铸造合金的临界壁厚（单位：㎜）1-5

表．

当铸件重量（㎏）为下列值时

合金种类与牌号102.5~10﹥0.1~2.520~25 8~10HT100,HT15010~1灰铸

12~112~112~1HT200,HT25212~1HT3015~1215~2HT3515~2可锻铸-6~112~1KTH390-8KTH300-06

-6~1KTH350-10 KTH370-10~1球墨铸51QT400-15 QT450-115~26QT230-QT500-7 14~118~2碳素铸

-ZG200-400 ZG230-4512-21ZG270-500 ZG310-57-2ZG340-641铝合10~16~16~1镁合-12~110~1-6~锡合--

碳素铸钢件砂型铸造的临界壁厚（单位：㎜1-6

含碳量0.500.200.100.400.30临界壁厚39112518.513.5

（3）铸件的内壁厚度

砂型铸造时，铸件内壁散热条件差，即使内壁厚度与外壁厚度相等，但由于它比外壁的凝固速度慢，力学性能往往要比外壁低，同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力致使铸件产生裂纹。对于凝固收缩大的铸造合金还易产生缩孔和缩松，因此铸件的内壁厚度应比外

壁厚度薄一些。