第五节_铸件结构工艺性
第五章 铸件的结构设计
三,铸件结构的剖分与组合
1.铸件的剖分设计 铸件的剖分设计 (1)将大铸件或 形状复杂的铸件设计 成几个较小的铸件, 经机械加工后,现利 用焊接或螺钉连接等 方法将其组合成整体.
图5-19 -
机械连接的组合床身铸件
(2)因成形工艺的局限性无法整铸的结构需采用剖 分结构.
2.铸件的组合设计 铸件的组合设计 利用熔模及气化模铸造工艺具有无需起模,能制造复 杂铸件的特点,可将原需加工装配的组合件,改为整铸件.
6.避免尺寸较大的水平面 避免尺寸较大的水平面
第二节 铸件结构设计应考虑的其它方面
一,铸件结构应考虑铸造合金的某些使用性能
二,铸件结构应考虑不同铸造工艺的特殊性
1.熔模铸件的设计 熔模铸件的设计
(a)
工艺孔
(b)
工艺肋
图5-16 -
熔模铸件平面上的工艺孔和工艺肋
2.压铸件的设计 压铸件的设计 压铸件的设计 应尽量避免凹坑和深腔,在无法避免 时,至少应便于抽芯,以便压铸件能从模中顺利取出.
A- A
B- B
图 5- 3 悬臂托架的两种结构
如图所示为圆盖铸件的两种内腔设计.对于一般盖类 铸件而言,其内腔设计的目的是为了减轻重量或使铸件的 壁厚均匀.图5-4a)的内腔设计因出口处直径小,需采用 型芯;而图b)因内腔直径D大于其高度H,故可利用模样 上挖孔,在起模后直接形成自带型芯.
5- 4 圆盖铸件的两种内腔设计
H
2,铸件的内腔设计应有利于型芯的固定,排气和简化 ,铸件的内腔设计应有利于型芯的固定, 铸件清理 图5-5所示的为 高炉风口铸件,材 质为青铜.图5-5(a) 所示的为最初的设 计,其中心孔为热 风通道,热风通道 周围是循环水的水 套夹层空间,其顶 部有两个直径较小 的孔,作为循环水 的进水与出水孔.
铸件结构工艺性
铸件结构工艺性(图)定义：是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，铸造成形的可行性和经济性，即铸造成形的难易程度。
良好的铸件结构应适应金属的铸造性能和铸造工艺性。
1、适应铸造性能的结构设计原则----铸件壁的设计要求1）合理壁厚在满足铸件最小允许壁厚的前提下，尽量可能薄一点，即能保证熔融金属具有良好的流动性，又能避免产生因收缩量过大而引起的铸造缺陷（如缩孔）。
2）均匀壁厚----是指各部分的壁厚冷却速度均匀。
内壁隔墙薄、四周壁应厚。
目的：减小应力、变形和开裂；防止热节产生缩孔。
3）过渡连接●结构圆角避免热节形成；改善应力分布；避免砂型损坏和产生砂眼。
●均匀交接铸件上不同方向的壁或肋交接时，应避免造成金属聚集（热节），而产生缩孔。
●采用圆角、斜面、圆锥逐步过渡目的：防止应力集中而开裂。
4）大平面倾斜目的：利用填充和排气排查。
5）减小变形（同热处理）对称结构、增设加强肋。
6）自由收缩目的：有利减小因收缩应力而引起的应力开裂和变形。
2、适应铸造工艺的结构设计原则----铸件形状设计要求1）简化结构----轮廓平直、分形面简单和最少。
●直线代曲面、模样成本低、便于分起模；●结构紧凑、减少造型材料的消耗、砂箱尺寸和生产面积。
2）减少型芯芯多成本高、不便排气和清理。
●开式结构代替闭式结构；●凹抗扩展为凹槽；（节省外芯）●凸缘外伸代内伸；（砂垛代芯）3）便于芯的固定目的：省芯撑、排气通畅、清砂方便。
4）避免使用活块5）肋不影响起模若肋条的布置与起模方向不平行也不垂直，会影响起模、填砂和紧砂。
6）结构斜度铸件上凡是平行起模方向的非加工表面，都应设计结构斜度；立壁愈低，结构斜度愈大。
可查表得：凸台为30-40度。
目的：起模方便、便于砂垛代芯、美观。
7）便于搬运：增设吊装孔或环。
结构工艺性
第三节 毛坯结构工艺性
毛坯要具结构工艺性，注意选合适的毛坯型式、种类且据该种毛坯工艺的需要设计合 理的结构。设计时要根据具体情况综合考虑，如：零件材料、生产类型、结构形状、尺寸大 小等。
下面讨论铸件、锻件、焊件的结构工艺性。
一、铸件的结构工艺性 铸件结构工艺性常指零件的本身结构应符合铸造生产的要求， 便于铸造工艺过程顺利进 行，还能保证产品质量，如能简化铸造生产过程，减少铸造缺陷，节约金属材料，能降低成 本，及提高生产率，那所设计的铸件结构工艺性好。
从工艺过程分析，要造型、制芯方便，下芯、清理方便。应有如下要求：
1．外型应尽量简单
尽量简化外型、减少分型面，便于造型，只要能满足使用要求，不要复杂化（尽管复杂 形状也可铸造） ，以获得优质铸件。
2．铸件内腔合理设计
一般内腔要采用型芯， 这样会增加成本， 延长生产周期， 所以设计时如能直接铸出内腔 不要用型芯， 如非要用时， 应尽量避免悬臂型芯， 提高稳定性， 要做到便于下芯、 合箱安装、 固定及排气和清理。
注意起模方向
留有拔模斜度
将局部凸台连
成一体
可加长凸台面 积至分型面，避 免采用活块，或 不设凸台，锪平 即可
基本
要求
工艺性不好
%
'7
1
pj
r
去掉内凹处减
少铸造缺陷方
便制芯
制
芯
方 便
将箱形结构改 为肋骨形结构， 可省去型芯。但 强度和刚度变 差
将整体结构改 为组合结构简 化型芯形状保 证壁厚均匀
和 箱 下
3．铸件的结构斜度
垂直于分型面的不加工面要具有一定的结构斜度， 以便于起模。 对于不允许有结构斜度 的铸件应在模样上留出拔模斜度， 铸件愈高， 其斜度应相应减少， 以避免上下边绝对尺寸相 差过大。
结构工艺性
第八章结构工艺性第一节结构工艺性概述机器由许多零件组成，每一零件结构设计的是否合理直接关系到加工制造难易程度及对使用性能的影响，所以通常工程技术人员在设计整机或零部件时，要从机器的使用、制造等方面全面考虑。
为了评定机器结构的设计质量，通常引用“结构工艺性”概念。
如果所设计的产品（零件）根据一定的生产规模且能保证有较好的使用性能（如寿命长、效率高、安全可靠性、安装及维修方便等）前提下，能用劳动量小、高效率、材料消耗少、较低成本的方法制造出来，那我们说此“零件结构工艺性好”，或“具有结构工艺性”。
另外，如果设计的机器或零件既能保证使用要求，又可用最少的材料制造出来，我们称其为“节材性”。
节材性包括三个要素：1.机器或零件重量轻。
2.制造过程中产生废料少。
3.特殊钢材及稀有、贵重金属用量少。
生产一台机器或一个零件的过程，一般都要经过毛坯制造、切削加工、热处理和装配等过程，所以结构工艺性是个整体概念。
在进行结构设计时必须将各生产过程对零件结构工艺性的要求全面考虑，综合分析，不应顾此失彼，使在不同生产阶段都具有良好的工艺性。
如不能周全的兼顾到各工种时，则应抓住主要矛盾，以求确定出较理想的方案，从而获得较好的结构工艺性。
零部件的结构工艺性与生产规模密切相关，并随着科学技术发展而变化。
生产批量是影响结构工艺性的首要因素，批量大小不同，制造方法不同，结构工艺性不同。
先进制造工艺与新技术的发展与应用是促进零件结构工艺性变化的又一重要因素。
如采用电解、电火花、激光、超声波等加工工艺可使一些较复杂型面、难加工材料、微孔、窄缝等的加工变的较为容易，又如精密铸、锻、精密冲压、挤压、轧制等工艺，可使毛坯精度大大提高，接近于成品。
结构工艺性基本内容包括：a．机器的系列化、通用化、标准化及合理的技术要求；b．毛坯结构工艺性；c．切削加工零件结构工艺性；d．热处理结构工艺性；e．机器结构的装配工艺性第二节机器的“三化”及技术要求合理性机械行业迅速发展对各种机器的质量及品种多样化提出了更多的要求，但这给设计制造和维修带来了一定的难度及复杂化。
铸件结构设计
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
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。
第二节 不同成型工艺对铸件结构的要求
原 为则防1止：热合裂理增，设可计加在铸铸件工件壁易厚艺裂处孔增设，防裂可筋。型芯定位稳固，有利于排气和清理。加工后
堵住。 > 500
15 ~ 20 10 ~ 15
12 ~ 20 ----
2）如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构，脆弱处安加强筋。
◆外圆角还可美化铸件外形；
原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。
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。
◆注意与拔模斜度的区别：
第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系
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。
表2-13 砂型铸造铸件的最小壁厚 (mm)
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。
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§1－6 特种铸造
一、熔模铸造
1、定义：是在易熔模样表面包覆数层耐 火涂料，待其硬化干燥后，将模样熔去 而制成型壳，经浇注而获得铸件的一种 方法。
2、熔模铸造的工艺过程 如图所示
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3、熔模铸造的结构特点
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等。重量从几克～50k金属液浇入旋转的铸型中， 在离心力作用下，成形并凝固的铸造方法。 可用金属型，也可用砂型，适合铸造中空 铸件，又能铸造成形铸件。
2、离心铸造机：分为立式和卧式二大类， 如图所示。立式离心铸机的铸型绕垂直轴 旋转，生产高度小于直径的圆环类铸件 （注意有二个缺点：上薄下厚和内表面气 体及夹杂多）；卧式铸机绕水平轴旋转， 主要生产长度大于直径的管、套类铸件。
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（1）金属型预热
（2）刷涂料
（3）浇注
（4）开型时间
4、金属型铸造的特点及应用范
围
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金属型铸造的优点：
（1）铸型冷却快，组织致密，机械性 能高。
（2）铸件的精度和表面质量较高尺寸 公差为IT11-IT14,表面粗糙度Ra值可达 12.5～6.3μm。
（3）浇冒口尺寸较小节约金属。
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离心铸机示意图
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3、离心铸造的特点
离心铸造的优点：
（1）铸件组织致密，无缩孔、缩松、气 孔、夹渣等缺陷。这些均集中在内表面。
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三、压力铸造
1、定义：将熔融 金属以高速压射 入金属型内并在 压力下结晶。 2、压铸机和 压铸工艺过程
热加工工艺基础资料课后练习答案
1 什么叫铸件的温度场，何谓凝固方式？铸件有哪三种凝固方式？特点如何？答：铸件的温度场：在凝固和冷却某瞬间，铸件横断面上的温度分布线。
铸件的凝固方式：逐层凝固方式，糊状凝固方式，中间凝固。
逐层凝固：没有凝固区，固相区由表面向中心层层发展的凝固方式。
糊状凝固：凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而表面温度似高于固相点TS以后表层低于TS，才开始结壳形成固相区。
中间凝固：凝固区域较宽，并迅速扩展至铸件工心。
2何谓合金的充型能力及流动性？二者之间有何联系与区别？怎样提高合金的充型能力？答：液态合金充满型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力称为充型能力。
合金的流动性是指合金本身的流动能力。
合金的流动性影响合金能力的内在因素，它主要与合金本身的性质有关。
充型能力可以认为是考虑铸型及其他工艺因素影响的液态合金的流动性。
为提高合金的充型能力应尽量选用共晶成分合金或结晶温度范围小的合金，应尽量提高金属液的凝固质量，金属液愈纯净所含气体杂质愈少，充型能力愈好。
3什么是顺序凝固原则和同时凝固原则？各适用于什么合金及铸件结构条件？答：顺序凝固原则是采用各种工艺措施，使铸件各部分按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固。
该原则适用于收缩大或壁厚差别较大，易产生缩孔的合金铸件如铸钢高强度灰铸铁等。
同时凝固原则是采用相应工艺措施使铸铁各部分温度均匀，在同一时间内凝固。
该原则适用于收缩小的灰铸铁。
4何谓热应力，机械应力？热应力和机械应力在铸铁中的分布规律各如何？何谓残留应力及临时应力？答：热应力是由于铸件上壁厚不均匀的各部分冷却速度和线收缩量不均匀，相互阻碍收缩而引起的应力。
铸件的固态收缩受到铸型，型芯，浇口，冒口等外因的机械阻碍而产生的应力，称机械应力。
热应力分布规律一般对厚壁或冷却慢的部分产生拉应力，薄或冷却快的部分形成压应力。
机械应力一般都是拉应力。
热应力在铸件冷却至室温后仍残留在铸件内的不同部位，是一种残留应力。
5何谓铸件的结构工艺性？从简化铸造工艺角度应对铸件结构有哪些要求？答：铸件的工艺性即在保证铸件质量的前提下铸造的难易程度。
铸造工艺性
液态成形：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。
实质：液态金属（或合金）充填铸型型腔并在其中凝固 和冷却。
铸造的主要影响因素主要体现在二个方面：一是影响充型的主要因素和影响凝固收缩的主要因素。
加快凝固中液体的补缩在铸件凝固过程中，对铸件质量影响较大的主要是固液两相并存的凝固区的宽窄。
铸件的“凝固方式”就是依据凝固区的宽窄来划分的逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中因为不存在固液两相并存的凝固区，所以固体与液体分界面清晰可见，一直向铸件中心移动。
糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽，且铸件截面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域。
大多数合金的凝固是介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固。
砂型铸造：用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方法。
◆ 方便、成本低◆ 适用于生产各类铸件◆ 环境污染严重金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。
铸件凝固过程中的热交换特点：金属液一旦进入型腔，就把热量传给金属型壁。
这时型壁起到两个作用：其一是把热量积蓄起来；其二是把积蓄的热量散发到周围介质中去。
液体金属通过型壁散失热量。
进行凝固并产生收缩，形成间隙。
在金属型铸造时，型壁与铸件之间是有涂料的，在“铸件一间隙一金属型”系统中，涂料也被认为是“间隙”的一部分。
所以有可能用改变涂料的热物理性质和涂料的厚度来达到控制铸件凝固速度的目的。
金属型阻碍收缩对铸件质量的影响◆金属型成金属型芯，在铸件凝固过程中不能退让而阻碍铸件的收缩，这是它的又一特点。
◆从研究铸件凝固过程中知道，在金属液的温度进入结晶区间，就开始有凝固收缩，当收缩受到阻碍，就可能形成热裂的缺陷。
◆◆由于金属型会阻碍铸件的收缩，故采用金届型铸造时，需要慎重对待，特别是在浇注那些凝同收缩率大的合金时更须注意。
预热未预热——液态金属冷却快，流动性加剧下降——冷隔，气孔等。
简述铸造工艺对铸件结构的要求
简述铸造工艺对铸件结构的要求铸造工艺是制造铸件的常用工艺之一，具有成本低、生产效率高、生产周期短等优点。
在铸造工艺中，铸件结构的合理设计对提高工艺性能、提高产品质量和降低成本起着重要作用。
首先，铸造工艺对铸件结构要求有以下几点：1.简洁性：铸件的结构设计应尽量简洁，减少过多的孔洞、内腔和悬臂等复杂形状，以降低铸件的成本和制造难度。
2.精确性：铸件的结构设计要考虑到所需的精度和尺寸变化，在设计过程中要保证铸件的尺寸精度和形状精度。
3.可焊性：在铸造工艺中，铸件需要与其他零件进行焊接，因此铸件的结构设计要符合焊接要求，保证焊接良好。
4.强度和刚度：铸件结构设计要考虑到所需的强度和刚度，保证铸件在使用过程中的稳定性和可靠性。
5.声学性：铸件结构设计要考虑到声学要求，避免铸件在使用过程中产生过多的噪音。
其次，铸造工艺对铸件结构要求的具体内容如下：1.浇注系统：铸造工艺要求铸件具有合理的浇注系统，包括浇注口、导流冒、浇口、深水孔等。
浇注系统的设计合理与否直接影响到熔铁的进入、充实和充实性能，影响到铸件的质量。
2.冷却系统：铸造工艺要求在铸造过程中有效控制铸件的冷却速度，避免产生太多的内部应力和组织不均匀等缺陷。
冷却系统的设计包括冷却通道、冷铁、水冷壁等。
3.支撑系统：在铸造过程中，铸件需要支撑来防止变形和开裂。
支撑系统的设计要考虑到铸件的几何形状、重量和固定方式等因素。
4.清洁性：铸造工艺要求铸件具有良好的清洁性能，避免在铸造过程中产生太多的气泡、夹杂物和夹渣等缺陷。
5.铸型材料：铸造工艺要求铸件的结构设计与所选用的铸型材料相匹配，避免因材料特性不合适而导致的缺陷。
总而言之，铸造工艺对铸件结构的要求主要包括简洁性、精确性、可焊性、强度和刚度、声学性等方面。
合理的铸造工艺设计可以提高铸件的品质和可靠性，降低制造成本，为产品的应用提供可靠的基础。
零件铸造工艺性分析
1.合金的铸造性能对零件结构的要求
（1）铸件壁厚 1）铸件壁厚应适当
a）不合理
b）合理
2）铸件壁厚应均匀：
铸件各部位应均
不孔、缩
松、裂纹等缺陷。
合 理
3）内壁厚度应小于外壁：
铸件内部的肋、壁等散热条件差，冷却速度慢， 故内壁厚度应比外壁薄，以使整个铸件均匀冷却，
内外壁应有相应斜度， 且内壁倾斜还有利于以砂垛取代型芯。
（2）铸件的内腔
1）内腔形状应利于制芯或省去型芯： 简单的内腔形状， 可简化芯盒结构及便于制芯。
2）应利于型芯的固定、排气和清理： 当芯头数量不足时，下芯时需采用吊芯、 芯撑等，造型费工，排气和清理困难。 措施：增设工艺孔，可增加芯头数目。
（3）大件和形状复杂件可采用组合结构：
组合铸件： 即将其分为若干件分别铸造，再通过焊 接或机械连接等方法组合为一体。
优点： 1）简化工艺，保证质量； 2）减少设备，缩短生产周期； 3）可解决切削加工工艺上的一些困难。
（1）铸件外形： 1）应利于减少和简化铸型的分型面， 铸型的分型面数目应尽量少， 并应尽量避免不平的分型面， 以利于造型。
2）侧凹和凸台不应妨碍起模，
应尽量避免外部侧凹和凸台， 或将侧凹延伸至铸件小端，
凸台延伸至铸件大端。 3）垂直于分型面的非加工面应具有结构斜度：
结构斜度：是零件结构本身所具有的斜度。 目的：便于造型时取出模样。
不 合 理
合 理
3）应避免壁厚突变：
在厚、薄壁连接处应避免壁厚突变， 以防产生应力集中而开裂。
●壁厚差别较小时可采用圆角过渡； ●壁厚差别较大时可采用楔形连接。
（3）防止铸件变形：
1）壁厚不均匀的梁、 杆件，产生扰曲变 形。
第5章铸件结构设计
③一些合金的结晶过程中，将形成垂直于铸件表面的柱状晶。若采用直 角联接，则因结晶的方向性，在转角的分角线上形成整齐的分界面(图 2-54a)，在此分界面上集中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。
铸 造 铸件尺寸 方 （mm） 法
砂 <200×200 型 200×20~ 铸 500×500 造 >500×500
合金种类
铸钢 灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝合金
8
5～6
6
5
3
10～12 6～10128 Nhomakorabea4
15～20
15第 ～52章0铸件结构15设～计20 10～12
6
铜合金 3～5 6～8 10～12
b＞2a
R≥(1/6~1/3)(a+b)/2；R1≥R+(a+b)/2 C≈3(b-a)1/2，h≥（4~5）C
第5章铸件结构设计
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4．减缓筋、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。
• 实例分析：轮缘、轮辐、轮毂间若比例不当，
第5章铸件结构设计
3
第一节 铸件设计 的内容
一、铸件外形的设计
1 ．避免外部侧凹、凸起； 2 ．分型面应尽量为平直面； 3 ．凸台、筋条的设计应便于起模。
下
中
中
下
上
上
第5章铸件结构设计
4
避免铸件的外形有侧凹。
第5章铸件结构设计
5
第5章铸件结构设计
6
结构斜度
《铸件结构工艺性》课件
优化浇注系统设计
总结词
浇注系统设计是铸件结构工艺性的关键环节，优化浇注系统可以提高铸件的质量和生产 效率。
详细描述
浇注系统设计直接影响到铸件的充型能力和金属液的流动状态，进而影响铸件的质量和 生产效率。因此，在铸件结构设计时，应对浇注系统进行优化设计，以提高铸件的质量
和生产效率。
04
铸件结构工艺性实 例分析
VS
详细描述
在铸件结构设计时，应考虑拔模斜度的设 置。拔模斜度有助于减小脱模阻力，使铸 件更容易从模具中脱出。合理的拔模斜度 可以降低模具磨损，提高生产效率。
合理设置加强筋
总结词
加强筋在铸件结构中起到增加刚性和提高强 度的作用，合理设置加强筋可以提高铸件的 结构稳定性。
详细描述
加强筋可以增加铸件的刚性和强度，提高铸 件的结构稳定性。在铸件结构设计时，应根 据实际需求合理设置加强筋的位置和数量， 以优化铸件的结构性能。
02
铸件结构工艺性原 则
便于起模
01
铸件的结构应易于从模具中取出 ，避免卡模和损坏。
02
设计铸件时应考虑模具的开模方 向和脱模斜度，以便于顺利从模 具中取出。避免设计卡模的部位 ，如直角或过小的圆角。
减少加工余量
铸件设计应尽量减少后续机械加工 的余量，降低成本和减少废品率。
通过优化铸件结构，使其接近最终形 状，减少机械加工的需求。同时，考 虑留出合适的加工余量，以补偿铸造 过程中产生的收缩和变形。
详细描述
大型船用柴油机缸盖铸件的生产流程需要综 合考虑模具制作、熔炼、浇注、清理和检测 等环节。通过优化生产流程和采用先进的工 艺技术，可以降低生产成本和提高产品质量 。同时，严格的质量控制也是保证铸件质量 和稳定性的关键因素。
铸件结构工艺性
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
2 铸件内腔的设计
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
2 铸件内腔的设计 (2) 型芯要便于固定、排气和清理
型芯最好依靠型芯头固定, 尽量避免用型芯撑(使用 型芯撑有时造成渗漏), 同时型芯的排气和清理要方便。
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
2 铸件内腔的设计
铸件结构斜度在设计 一. 铸造工艺对铸件结构的要求
液填充，易产生浇不足 和冷隔缺陷。
图2-41 罩壳铸件
故在设计时应避免大水平面， 或将大平面倾斜。
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
1. 铸件外形的设计
(1) 分型面尽量减少, 并尽可能为平面
分型面容易使铸件生产错型，影响铸件外 形和尺寸精度，应力求避免两个以上的分型面. 对于机器造型，只允许一个分型面。
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
1. 铸件外形的设计
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
(2) 铸件外形应尽量方便造型
必要时在铸件薄弱部位设置加强肋板或筋板合理设计铸件壁厚铸件尺寸合金20020020020050050010126101250050018201520铸件壁厚尽可能均匀铸件壁厚均匀是避免因壁厚差别而形成热圆角过渡铸件壁之间圆角过渡可避免产生缩孔缩松以及砂眼和粘砂
§1. 4 铸件结构的工艺性
内容
一. 铸造工艺对铸件结构的要求
时考虑到铸造起模方便, 在垂直
3 铸件结构斜度的设计
于分型面的不加工立壁上应设计出
斜度。一般, 金属模机器造型的设计斜度为
0.5～1°;手工造型为1～3°; 铸件内壁的斜度大于外侧面。
二. 合金铸造性能对铸件结构的要求
1 合理设计铸件壁厚
铸件壁厚设计应大于该合金在一定条件下所
铸造工艺学讲义一（基础知识）
一.熔模铸造 二.金属型铸造 三.压力铸造
第五节 零件结构的铸造工艺性
一.铸件结构的合理性 二.铸件结构的工艺性 三.铸造方法对铸件结构的特殊要求
2
前言
商代司母戊鼎
中国商代晚期的青铜器。1939年于河南安阳殷墟商代晚期墓 出土。因腹内壁铸有“司母戊”三字而得名。该鼎造型庄严雄伟。 长方形腹，每面四边及足上部饰兽面纹。双耳，外侧饰双虎噬人 首纹。四足中空。高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重 832.84千克。该鼎的化学成分为：铜84.77%，锡11.64%，铅2.79%， 其他0.8%。是中国目前已发现的最大、最重的古代青铜器。
b) 进行去应力退火 铸件机加工之前应先采用时效或去应力退
液态收缩与凝固收缩 主要表现为体积的缩减，
产生缩孔、缩松 固态收缩
导致尺寸减小，产生内 应力和出现裂纹。
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（三） 影响合金收缩的因素
1. 化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造 合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。 2. 浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。 3. 铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同， 各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之 铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其 自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。
图1-7 缩松形成过程示意图
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比较缩孔和缩松的特征
缩孔：集中性，位于上部，呈倒锥形，内表面粗糙。
缩松: 分散性，为细小缩孔,位于铸件壁的轴线区域。
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2.缩孔、缩松的防止措施 1）.定向凝固与同时凝固
按铸件壁厚分布均匀程度不同（即冷却快慢不同）,分为： 定向凝固（或称顺序凝固)-薄部先凝固，厚部后凝固，冒口最后 凝固。 同时凝固（厚薄不同部位趋近同时凝固，金属液从薄部引入）。
结构工艺性
第八章结构工艺性第一节结构工艺性概述机器由许多零件组成，每一零件结构设计的是否合理直接关系到加工制造难易程度及对使用性能的影响，所以通常工程技术人员在设计整机或零部件时，要从机器的使用、制造等方面全面考虑。
为了评定机器结构的设计质量，通常引用“结构工艺性”概念。
如果所设计的产品（零件）根据一定的生产规模且能保证有较好的使用性能（如寿命长、效率高、安全可靠性、安装及维修方便等）前提下，能用劳动量小、高效率、材料消耗少、较低成本的方法制造出来，那我们说此“零件结构工艺性好”，或“具有结构工艺性”。
另外，如果设计的机器或零件既能保证使用要求，又可用最少的材料制造出来，我们称其为“节材性”。
节材性包括三个要素：1.机器或零件重量轻。
2.制造过程中产生废料少。
3.特殊钢材及稀有、贵重金属用量少。
生产一台机器或一个零件的过程，一般都要经过毛坯制造、切削加工、热处理和装配等过程，所以结构工艺性是个整体概念。
在进行结构设计时必须将各生产过程对零件结构工艺性的要求全面考虑，综合分析，不应顾此失彼，使在不同生产阶段都具有良好的工艺性。
如不能周全的兼顾到各工种时，则应抓住主要矛盾，以求确定出较理想的方案，从而获得较好的结构工艺性。
零部件的结构工艺性与生产规模密切相关，并随着科学技术发展而变化。
生产批量是影响结构工艺性的首要因素，批量大小不同，制造方法不同，结构工艺性不同。
先进制造工艺与新技术的发展与应用是促进零件结构工艺性变化的又一重要因素。
如采用电解、电火花、激光、超声波等加工工艺可使一些较复杂型面、难加工材料、微孔、窄缝等的加工变的较为容易，又如精密铸、锻、精密冲压、挤压、轧制等工艺，可使毛坯精度大大提高，接近于成品。
结构工艺性基本内容包括：a．机器的系列化、通用化、标准化及合理的技术要求；b．毛坯结构工艺性；c．切削加工零件结构工艺性；d．热处理结构工艺性；e．机器结构的装配工艺性第二节机器的“三化”及技术要求合理性机械行业迅速发展对各种机器的质量及品种多样化提出了更多的要求，但这给设计制造和维修带来了一定的难度及复杂化。
简述压铸件的结构工艺性及工艺设计
简述压铸件的结构工艺性及工艺设计1．压铸件的结构工艺性合理的铸件结构外形，应使压铸型结构简化，加工制造便利，不易形成铸造缺陷，有利于保证铸件质量。
压铸件外形和结构上应使铸件能顺当从压铸型中取出，影响取出铸件的障碍，应改进其结构加以消退。
压铸生产中，几乎全部压铸工艺参数都与铸件壁厚有关。
壁厚过厚，易产生气孔、缩孔及缩松等缺陷；若壁厚过薄，易产生表面缺陷，甚至浇不足。
允许最小的壁厚依合金种类及铸件单面表面积的大小而定。
2.压铸件的工艺设计压铸件工艺设计是压铸型设计前必需做的工作，其内容许多，除制订工艺方案外，还要确定一系列的工艺参数和详细细节。
1)压铸件分型面的选择分型面的确定对于压铸型的简单程度和加工制度是否便利，以及铸件质量（尤其是尺寸精度）都有很大影响。
因此，对分型面的选择有如下要求：分型面应取在铸件的最大截面上，且在开型时，应使铸件留在动型内；浇注系统和排气系统能够得到合理的分布；尺寸精度要求高的部分尽可能位于同一半型内，使压铸型尽可能简化。
对某一详细铸件而言，设计者应在全面考虑、权衡轻重后选择铸件的分型面。
2)压铸件浇注系统的设计浇注系统一般由直浇道、内浇口和横浇道等组成。
依据压铸机的类型及引入液体金属的方式不同，浇注系统的形式也有所不同。
图5-52示出了同一铸件在不同类型压铸机上的浇注系统结构。
(1)直浇道的设计。
典型的立式冷压室压铸机上的铸件直浇道由喷嘴、浇口套和定型上的相应孔洞形成。
每台压铸机上常有几种内孔直径的喷嚏，而形成直浇道金属喷喷入口处的直径依据压铸件金属的种类和经喷嘴被压射金属的质量进行选择。
太粗的直浇道会铺张金属液，还会引起铸型局部过热。
太细的直浇道会提高压铸时金属液在浇道中的流速，有可能冲刷下在浇口套壁上初凝的金属层进入型腔堵塞内浇口使金属液充型不畅。
(2)内浇口的设计。
一般在大多数压铸型中，内浇口都设在分型面上，应尽可能削减金属液充型过程中可能遇到的障碍，在压铸螺纹时，应使浇口顺着螺纹方向，对圆环形铸件采纳切向浇口，设置内浇口位置时应留意使金属流的方向与型腔捧气方向全都，且不应引起铸件变形。
铸件结构工艺性分析.
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铸件结构工艺性分析
2.铸件 结构 分析 的要 点
1）最 小壁 厚
2）最 小孔 和槽
3）壁 厚的 均匀 性和 壁的 连接
4）平 面大 小
5）顺 序凝 固的 要求
铸件结构设计要力求避免分散的和孤立的热 节，便于实现顺序凝固，以防止产生缩孔和缩 松。
使用横浇道的浇冒口系统
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最大深度 孔的直径 3～5 通孔 5～10 盲孔 5
＞5～10
＞10～20 ＞20～40 ＞40～60
＞10～30
＞30～60 ＞60～120 ＞120～200
＞5～15
＞15～25 ＞25～50 ＞50～80
＞60～100
＞100
＞200～300
＞300～350
＞80～100
＞100～120
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铸件结构工艺性分析
1）最小壁厚 2） 最小孔和槽 3）壁 厚的均匀性和壁的 连接 4）平面大小
2.铸件结构分析的 要点
5）顺序凝固的要 求
注意事项
需要指出的是，铸件结构主要是零件设计人员根据零件的使用要 求及生产、加工等方面要求设计决定的，对某些工艺结构不很合理的 铸件，铸造技术人员应和设计、加工等方面技术人员协商解决。 同时，铸件结构工艺性并不是一个一成不变的概念。随着生产技术、 新材料、新工艺的创新和应用，铸件结构的工艺性问题也会发生变化， 原来难以铸造的铸件变得简易可行了。 ★★第一节课到此结束
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铸件结构工艺性分析
2.铸件结 构分析的 要点 1）最小壁 厚 2）最 小孔和槽
3）壁厚的 均匀性和 壁的连接
4）平面大 小
15结构工艺性
两件，分别用滚齿加工，然 后再将它们焊接在一起。这 样，不仅滚齿生产率和齿轮 的运动精度高，而且齿轮宽 度尺寸 L’也缩小了。因此， 可以认为图7－2b结构的工 艺性也是良好的
提高生产率
如图7－5所示 的两种轴零件的 键槽形状．图7－ 5a结构只能使用生 产率较低的键槽 铣刀加工，而图7 － 5b 结 构 可 以 使 用生产率较高的 三面刃铣刀加工。
图7－23b中的2）是混合式标注的 尺寸，它具有坐标式和链式标注法的 优点。
当加工尺寸较大或以前端测量不太 方便时，可按图7－23 C所示以轴右 端面作为调整基准，加工各端面的车 刀位置由右端面决定。轴总长尺寸 L+T /2为上工序的工序尺寸。这时，
如图7－25 a所示轴零 件的键槽和平面，尺寸 都是轴线注起的。
由于这些尺寸是从假 想的几何要素标注的， 所以是不便于测量的。
如果加工时使定位基 准与设计基准完全重合， 必须选择假想的轴线作 定位基准，就应该使用 能对中的夹具元件或较 复杂的机构，
如图7－25 b 所示。设计尺寸 若标注成图7－25 C所示时，设计基 准是实际存在的
下母线，加工时 可以使用图 7－ 25 d所示的夹具 定位元件
机械加工件结构设计必须由功能要求出发，确定 工件的尺寸、形状、精度、表面粗糙度、硬度、强度 等。再明确所需的数量和预期的成本要求等条件，以 决定加工装配应采用的加工方法与设备。
在不降低机械性能前提下，应尽量减
少要求的精度项目和各项精度要求的数值
图9-6在不降低机械性 能的前提下，应尽量减少 要求的精度项目和各项精 度要求的数值、如图中所 示的轴系结构中，用套筒 在齿轮与滚动轴承之间作 为定位套。如将套内径与 轴之间取较紧密的配合， 则不仅要求套街两端面平 行，而且要求孔与端面垂 直。如安排套筒与轴之间 有较大间隙的配合，则只 要求套简两端面有足够的 平行后即可
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√
机床底座
2.尽量使分型面平直，避 免不必要的圆角
×
√
3.凸台、肋应 便于起模
×
内凹
改进的凸台
活块的改进
对箱体、缸盖等零件上的凸台、肋板设计时， 分布应合理、厚度应适当，这样可使造型时起模方 便，少用或不用活块造型，简化铸造工艺。
避免或减少活块
减少分型面，避免错箱。
×
√
支腿
4.垂直分型面的非加工面，应 有结构斜度，以便起模。
5. 尽 量 少 用 型 芯
× √
×
少用型芯可简化工序，避免制芯过程的变形、合箱 中的偏差，提高铸件精度。
下型砂垛 —— “自带型芯”
铸件内凸缘，须用型芯
悬臂支架铸 件为封闭结构， 内腔需要用型芯 铸出；改进为b 方案开式结构， 可省去型芯，从 而简化铸造工艺。
端盖铸件内腔直径D大于高度H，采用a结构必须要用 一个型芯，而采用b结构可采用砂垛代替型芯，使造 型工艺简化。
热节（内接圆直径大于壁厚处）
X
圆角半径
②壁的连接应避免交叉和锐角，以减小热节。
环形接头
交错接头
锐角接头
③厚薄壁过渡，防止突变，减少应力集中。
3. 避免变形和裂纹的结构
① 细长件采用对称结构，防止弯曲变形。
②薄而大的平板，加肋提高刚度，防止收缩时翘曲变形。
厚壁减薄，采用加强肋，防止产生缩孔。
铸件的壁厚也不宜过大，否则由于铸件冷却过 慢使晶粒粗大，且易产生缩孔、缩松等缺陷，使性 能下降，所以不能靠无节制地增大铸件的壁厚来提 高承载能力。可采取在铸件的脆弱处增设加强肋的 方法来提高铸件的强度和刚度。
（a）不合理
（b)合理
②各部位壁厚应均匀，以减少热节，并使冷速均匀， 防止缩孔、热应力、裂纹等缺陷。
砂型铸造：生产过程（造型，铸造工艺图制定） 特种铸造：充型力改进，造型法革新 铸件结构设计：结构工艺性
结构 材料 工艺
铸件外形应尽量采用规则的易 加工平面、圆柱面、垂直连接等， 避免不必要的曲面，以便于制模和 造型，除此以外，还应考虑如下方 面：
第一节 铸件结构与铸造 工艺的关系
在满足使用要求的前提下， 尽可能使制模，造型，造芯，合 箱和清理等过程简化。
1. 便于模样和芯盒制作
结构力求简单，尽量由直线，平面，圆柱等简单几何图形构成。 使分模面最少。
第五章 铸件结构设计
铸件的结构设计不仅要考虑符 合使用的要求，还必须考虑是否符 合铸造工艺及铸造性能的要求。 合理地设计铸件结构，可简化 铸造工艺、提高生产效率、改善铸 件质量、降低生产成本。以下主要 从铸件的外形、内腔、壁厚及壁间 连接几方面，讨论铸件设计的原则。
设计目的：
使铸件的结构适应铸造工艺、 合金铸造性能的要求。以保证铸件 质量，降低生产成本，提高生产率。 即:改善铸件结构工艺性。
缩松
铸件各部分壁厚相差过大，不仅容易在 较厚处产生缩孔、缩松，还会使各部位冷速 不均，产生较大的铸造内应力，造成铸件开 裂。可采用加强肋或工艺孔等措施使铸件壁 厚均匀。
③内壁厚应小于外壁
④ 壁厚分布应符合顺序凝固原则 。
缩 松
Hale Waihona Puke 2. 连接壁设计① 结构圆角，壁连接处热节易引起缩孔缩松、应 力集中；同时定向结晶降低该处力学性能。
×
起模斜度有何不同？ 木模上的斜度，标在铸造工艺图上。
造型时为便于起模，在垂直于分型面 的非加工侧壁，一般应设计 10～30°的结 构斜度。结构斜度的大小随壁的高度增加 而减小；并且内壁的斜度大于外壁的斜度。
结构斜度
侧壁（或大平面）结构斜度 一般金属型或机器造型时，结构斜度取 5－l0度， 手工造型取l～3度。
铸件结构，应满足合金流动性和收 缩率的要求，减少铸造缺陷。
1. 壁厚设计
① 壁厚应合理 壁厚过小，充型能力差，易产生浇不到、冷隔。 反之，易引起缩松、晶粒粗大等。
最小壁厚与合金流动性，铸造方法和尺寸大小相关
砂型铸造铸件最小壁厚
铸件尺寸 ＜200×200 200×200~500×500 ＞500×500 铸钢 6~8 10~12 15~20 灰铸 铁 5~6 6~10 15~25 球墨 铸铁 6 12 — 可锻 铸铁 4~5 5~8 — 铝合 金 3 4 5~7 铜合 金 3~5 5~8 —
合理布置加强筋
③ 减小过大的水平面或采用倾斜面。
防止产生气孔、砂眼、夹渣等。
不合理的结构
合理的结构
④ 避免收缩受阻，减小变形、开裂。
应力的缓解 奇数轮辐：通过对面轮缘的微量变形 弯曲轮辐：可通过轮辐自身的微量弹性变形
奇数轮辐
偶数轮辐 弯曲轮辐
课 程 复 习
铸造工艺理论基础
充型：判据-充型能力{流动性，工艺条件（铸型， 浇注温度）} 收缩：问题-缺陷（缩孔缩松，内应力，变形与裂纹， 气孔等）
摇臂两臂改 在同一平面 内，分型面 平直，便于 制模、造型。
外壁侧凹的铸件一般要采用砂芯、三箱或多箱 造型，增加了分型面数量，造型难度较大。而避免侧 凹可采用二箱造型，减少分型面和砂箱的数量，从而 简化铸造工艺，还能减少错型和偏芯，以提高铸件的 精度。
减少分型面
2. 铸件结构应便于造型
×
避免侧凹， 省去外型芯。
型芯应定位牢固，便于排气。
×
轴承支架
（a）不合理
（b)合理
√
改肋板结构
增设工艺孔，改善型芯 定位，排气和清砂。
×
√
用芯撑，型芯不稳，难清砂。 芯撑 工艺孔
6.应有足够的芯头，以便于型心的固定、 排气和清理。
课堂讨论：
壁厚设计 原则： 力求均匀
× ×
连接壁设计原则： 结构圆角与逐渐过渡
第二节 铸件结构与合金铸造 性能的关系