第五章 铸件结构设计
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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。
铸件结构设计——铸件结构与铸造工艺的关系(精)
2.内腔设计少用芯 安芯排气与清理 事先考虑想仔细
3.“结构斜度”为起模； 设计图上画清晰。 “ 拔模斜度 ”模样留 工艺设计想周细。
减少应力避缺陷。
3. 正确连接铸件壁， 拐弯之处大弧渡， 厚薄不同缓慢过， 过渡结构代锐角。
4. 避免较大水平面
筋辐设计为强化，
合理布置效果显。
作业：
适当倾斜易成形
6.铸钢、铝件易裂处
薄壁筋条防裂好。
7.筋辐设计为强化，
合理布置效果显。
清.翠玉鼻烟壶＄：200万
小结; 以下原则要在熟记同时不断深化理解， 力求能应用于工程实践之中。 4.组合铸件 一、结构应使工艺简化 化繁为简，大切小， 具体对铸件而言：
1.简化外形，分形少；
凸肋设计避活块
简化工艺再组合。
二、结构力求避免缺陷 1.壁厚 过厚过薄不合理， 添筋设肋降壁厚， 细化组织省金属， 减少热节防缺陷。 2.铸件壁厚求均匀，
第五章铸件结构设计第五章铸件结构设计铸件结构是指铸件的外形内腔壁厚及壁之铸件结构是指铸件的外形内腔壁厚及壁之间的连接形式加强肋板及凸台等
第五章铸件结构设计
铸件结构是指铸件的外形、内腔、壁厚及壁之 间的连接形式、加强肋板及凸台等。
进行铸件设计不仅要保证其工作要求和 力学性能，还必须考虑铸造工艺和合金铸造 性能对铸件结构的要求。 铸件结构合理与否，对提高铸件质量， 降低成本，增强产品的竞争力有直接关系。 这实际是学习本课的核心、关键、重中 之重，必须用心、努力掌握之。
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工艺台阶利加工 薄壁筋条防裂好。
铸钢、铝件易裂处
P88～2、3、 5、6、7
化繁为简，大切小， 简化工艺再组合。
二、结构力求避免缺陷
（一）壁厚
铸件的结构设计
过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等缺陷， 在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成倾斜形状。
避免大水平壁的结构
6、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形
铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力， 避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件 能较好地自由收缩。
拔模斜度在铸造工艺图上或 模型图上标出。它是对零件图 上没有结构斜度的立壁（垂直 于分型面的非加工面上），给 予的一个较小角度。
（二）铸件内腔的设计 1、 有利于砂芯的固定和排气
型芯的固定主要依靠芯头来保证，若采用图a的结构，则需要 两个型芯，而且其中大的型芯呈悬臂状态，装配时必须采用芯撑 作辅助支撑，若改成图b所示的形状，采用一个整体型芯来形成 铸件的空腔，则既可增加型芯的稳固性，又改善了型芯排气和清 理条件，显然后者的设计是合理的。
1、铸件应有合理的壁厚（铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁
厚之间）
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：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。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。
铸件壁联结应尽量避免金属积聚
3）铸件壁与壁的连接 • 设计结构圆角（减小热节、内应力）
转角处形 成分界面，集 中许多杂质， 为铸件的薄弱 环节。
4、防止产生变形
某些壁厚均匀的细长铸件，较大面积的平板铸件，以及壁 厚不均匀的长形箱体都会由于应力而产生翘曲变形，应采用合 理的结构设计予以解决。
避免大水平壁的结构
6、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形
铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力， 避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件 能较好地自由收缩。
拔模斜度在铸造工艺图上或 模型图上标出。它是对零件图 上没有结构斜度的立壁（垂直 于分型面的非加工面上），给 予的一个较小角度。
（二）铸件内腔的设计 1、 有利于砂芯的固定和排气
型芯的固定主要依靠芯头来保证，若采用图a的结构，则需要 两个型芯，而且其中大的型芯呈悬臂状态，装配时必须采用芯撑 作辅助支撑，若改成图b所示的形状，采用一个整体型芯来形成 铸件的空腔，则既可增加型芯的稳固性，又改善了型芯排气和清 理条件，显然后者的设计是合理的。
1、铸件应有合理的壁厚（铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁
厚之间）
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：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。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。
铸件壁联结应尽量避免金属积聚
3）铸件壁与壁的连接 • 设计结构圆角（减小热节、内应力）
转角处形 成分界面，集 中许多杂质， 为铸件的薄弱 环节。
4、防止产生变形
某些壁厚均匀的细长铸件，较大面积的平板铸件，以及壁 厚不均匀的长形箱体都会由于应力而产生翘曲变形，应采用合 理的结构设计予以解决。
第五章 铸件结构设计
本章完
表 2-13 砂型铸造条件下铸件的最小壁厚 表2-14 为灰铸铁件的壁厚参考值。
图 2-51 导架构件的结构实例
为了充分发挥合
金的效能，使之既能 避免厚大截面，又能 保证铸件的强度和刚 度，应当根据载荷性 质和大小，选择合理 的截面形状，如丁字 形、工字形、槽形或 箱形结构，并在脆弱 部分安置加强筋。为 了减轻铸件的重量， 便于型芯的固定、排 气和铸件的清理，常 在铸件的壁上开设窗 口。图2—51为导架铸 件的结构实例。
必须指出，由于各类合金的铸造性能不同，
因而它们的结构也各有其特点。灰铸铁因其缩孔、 缩松、热裂倾向均小，所以对铸件壁厚的均匀性、 壁间的过渡等要求均不像铸钢那样严格，但其壁 厚对力学性能的敏感性大，故以薄壁结构最为适 宜。另一方面，也要防止极薄的截面，以防出现 硬脆的白口组织。钢的铸造性能差，要严格要求 铸钢件的结构工艺性。由于其流动性差、收缩率 高，因此，铸钢件的壁厚不能过薄，热节要小， 并便于通过定向凝固来补缩。为防止裂纹，筋、 辐的布置要合理。
4．防裂筋的应用
为防止热裂，可在铸件易裂处增设防 裂筋，如图2—56所示。为使防裂筋能起 应有的防裂效果，筋的方向必须与机械应 力方向相一致，而且筋的厚度应为联接壁 厚的1／4～1／3。由于防裂筋很薄，故在 冷却过程中优先凝固而具有较高的强度， 从而增大了壁间的联接力。防裂筋常用于 铸钢、铸铝等易热裂合金。
2．铸件的壁厚应尽可能均匀
若铸件各部分的壁厚差别过大，则在厚壁 处形成金属聚集的热节，致使厚壁处易于产生 缩孔、缩松等缺陷。同时，由于铸件各部分的 冷却速度差别较大，还将形成热应力，这种热 应力有时可使铸件薄厚联接处产生裂纹(图2— 52a)。如果铸件的壁厚均匀，则上述缺陷常可 避免(图2—52b)。必须指出，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。例如，铸件的内壁因 散热慢，故应比外壁薄些，而筋的厚度则应更 薄(参见表2—14)。
第五章铸造工艺基础
第五章铸造第二篇铸造工艺基础教学内容合金的铸造性能、流动性、收缩性、偏析性；铸件的常见缺陷分析及防止；常见合金铸件的生产；砂型铸造工艺基础；几种典型的特种铸造工艺方法；铸件结构与铸造工艺及合金铸造性能的关系。
目的与要求要求了解合金流动性和收缩的概念、影响因素及其对铸件质量的影响，为铸件设计，选材和制订铸造工艺提供理论基础。
常用合金铸件的生产，要求了解灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、铸钢、铜、铝及其合金铸件的生产特点。
砂型铸造要求掌握制定铸造工艺图的基本原则，主要工艺参数的选择原则，分析典型铸件图例，并为今后解决实际问题打好基础。
掌握铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。
特种铸造重点了解金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造基本知识。
‘第一节液态合金的充型充型：液态合金填充铸型的过程。
充型能力：液态金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全的铸件的能力。
影响充型能力的主要因素是合金的流动性、浇注条件、铸型填充条件和铸件结构。
一、合金的流动性1．流动性的概念流动性：液态态合金本身的流动能力。
流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件。
流动性好，有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮，排除。
流动性好，易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩。
2.流动性的测定方法以螺旋形试件的长度来测定：如图5-1影响合金流动性的因素:合金成分结金温度范围浇注温度充型压力图5—3所示为铁碳合金的流动性与含碳量的关系。
由图可见，亚共晶铸铁随含碳量增加，结晶间隔减小，流动性提高。
愈接近共晶成分，愈容易铸造。
二、浇注条件浇注温度浇注温度对合金的充型能力有着决定性影响。
浇注温度愈高，液态金属所含的热量较多，粘度下降，在相同的冷却条件下，合金在铸型中保持流动的时间长。
但是，浇注温度过高会使金属液体的吸气量和总收缩量增大，铸件容易生产气孔、缩孔、缩松、粘砂、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易过高。
对于形状复杂的薄壁铸件，为避免产生冷隔和浇不足等缺陷，浇注温度以略高些为宜。
第五章铸件结构设计
，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。
2020/5/13
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。
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
2020/5/13
第二节 不同成型工艺对铸件结构的要求 1.压铸件的结构设计 原则： 应尽量消除侧凹和深腔，在无法避免时，至少应便于抽芯， 以便压铸件能从铸型中顺利取出。 实例：
2020/5/13
2.熔模铸件的结构设计 原则： 孔、槽不易过小或过深，便于浸渍涂料和撒砂；尽量避免出 现大平面。 实例：
2020/5/13
◆防裂筋的应用 — 常用于铸钢、铸铝等易裂合金。 为防止热裂，可在铸件易裂处增设防裂筋。防裂筋的厚度为 联接壁厚的1/4-1/3。 实例分析2： 改进后的交错接头或环状接头，其热节均较改进的小，且可 通过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。
2020/5/13
原则5：避免出现过大的水平面 ◆缺陷分析： 薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热 冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹 渣缺陷。
第五章 铸件的结构设计
(b)一个分型面的结构
35
容筒铸件的结构
2）应尽量不用或少用型芯
铸件结构设 不合理的结构 计要求 原结构带加 强肋的外形 要用砂芯形 成。结构改 进后，取消 了 外 形 砂 芯，铸件的 强度甚至比 原结构还好。 合理的结构
36
3）铸件结构应方便起模
铸件结构设 计要求 与分型面 垂 直 的 铸 壁，应有铸 造斜度 与分型面 垂 直 的 肋 条，应与分 型面垂直。 不合理的结构 合理的结构
灰铸铁具有抗压强度与钢相近而抗拉强度较低的特性，因 此，在设计灰铸铁件的结构时，应用其抗压强度好的长处， 避其抗拉强度差的不足。
图5-15
灰铸铁支座件
20
二 、铸件的结构应考虑不同铸造工艺的特殊性 1 ．熔模铸件的设计
1）便于从压型中取出蜡模和型芯，如下图所示。
a) 改进前
b) 改进后
2）熔模铸造工艺上一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口 直接补缩，故壁厚要均匀，或是壁厚分布满足顺序凝固要 求，无分散热节。
第一节 铸件设计的内容
• 一、铸件的外形设计 • 1、铸件的形状应可能由规则的几何体组成 • 2、铸件的外形应方便起模
• 这一要求不仅对砂型铸造的铸件如此，即使对熔模和气 化模铸件也应如此。它们虽然造型中不需起模，但在压 制蜡模和在金属型中发泡气化模时，同样存在起模问题。 • 铸件外形上的凸台、肋、耳、凹槽、外圆角等结构 设计中，常常直接影响铸件起模的难易程度。
图5-16 熔模铸件平面上的工艺孔和工艺筋 22
2 ．压铸件的设计
压铸件的设计应尽量避免侧凹坑和深腔，在无法避免时，至 少应便于抽芯，以便压铸件能从压铸型中顺利取出。
图5-17
压铸件的两种设计方案
23
压铸模设计—第五章 压铸件结构设计及压铸工艺
预防粘模（对铝、锌合金而言）。
53
二、对涂料的要求
在高温状态下具有良好的润滑性； 挥发点低，在100~150℃，稀释剂能很快挥发； 涂敷性好； 对压铸模和压铸件无腐蚀作用； 性能稳定，在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠， 存放期长； 高温时不分解出有害气体，并不会在压铸模型腔 表面产生积垢； 配制工艺简单，来源丰富，价格便宜。
32
表5-14 压铸件平行度、垂直度和倾斜度公差
表5-15 压铸件同轴度和对称度公差
33
（三）表面粗糙度
在填充条件良好的情况下，压铸件表面粗糙度
一般比模具成型表面的粗糙度低两级。
若是新模具，压铸件上可衡量的表面粗糙度应
达到相当于国标GB13l—1989的Ra2.5~6.3mm，也
可能达到Ra0.32mm。
48
表5-21 生产中常用的持压时间
49
2、留模时间
留模时间是指持压时间终了到开模推出压铸 件的时间，以推出压铸件不变形、不开裂的最短 时间为宜。 停留时间过短，由于铸件强度尚低，可能在铸件 顶出和自压铸模落下时引起变形，对强度差的合 金还可能因为内部气孔的膨胀而产生表面气泡。
停留时间太长，则铸件温度过低，收缩大，对抽 芯和顶出铸件的阻力亦大：对热脆性合金还能引 起铸件开裂，同时也会降低压铸机的效率。
表5-7 压铸件基本尺寸公差等级 合金 锌合金 铝（镁 ）合金 铜合金 公差等级CT 4-6 5-7 6-8
26
压铸件受分型面或压铸模活动部分影响的尺寸、
应按表5-8规定在基本尺寸公差上再加附加公差。
表5-8 线性尺寸受分型面和压铸模活动部分影响附加的公差
27
2、壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸
11
压铸件适宜的壁厚：铝合金为1~6mm，锌合金
53
二、对涂料的要求
在高温状态下具有良好的润滑性； 挥发点低，在100~150℃，稀释剂能很快挥发； 涂敷性好； 对压铸模和压铸件无腐蚀作用； 性能稳定，在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠， 存放期长； 高温时不分解出有害气体，并不会在压铸模型腔 表面产生积垢； 配制工艺简单，来源丰富，价格便宜。
32
表5-14 压铸件平行度、垂直度和倾斜度公差
表5-15 压铸件同轴度和对称度公差
33
（三）表面粗糙度
在填充条件良好的情况下，压铸件表面粗糙度
一般比模具成型表面的粗糙度低两级。
若是新模具，压铸件上可衡量的表面粗糙度应
达到相当于国标GB13l—1989的Ra2.5~6.3mm，也
可能达到Ra0.32mm。
48
表5-21 生产中常用的持压时间
49
2、留模时间
留模时间是指持压时间终了到开模推出压铸 件的时间，以推出压铸件不变形、不开裂的最短 时间为宜。 停留时间过短，由于铸件强度尚低，可能在铸件 顶出和自压铸模落下时引起变形，对强度差的合 金还可能因为内部气孔的膨胀而产生表面气泡。
停留时间太长，则铸件温度过低，收缩大，对抽 芯和顶出铸件的阻力亦大：对热脆性合金还能引 起铸件开裂，同时也会降低压铸机的效率。
表5-7 压铸件基本尺寸公差等级 合金 锌合金 铝（镁 ）合金 铜合金 公差等级CT 4-6 5-7 6-8
26
压铸件受分型面或压铸模活动部分影响的尺寸、
应按表5-8规定在基本尺寸公差上再加附加公差。
表5-8 线性尺寸受分型面和压铸模活动部分影响附加的公差
27
2、壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸
11
压铸件适宜的壁厚：铝合金为1~6mm，锌合金
第五章铸造结构设计
第五章 铸件的结构设计
3
材料成形工艺基础
⑴外形力求简单、平直
上
中 中 上 下
下
外型芯 a)改进前 b)改进后
图5-1 端盖铸件
第五章 铸件的结构设计
4
材料成形工艺基础
a) 不合理结构
b) 合理结构
第五章 铸件的结构设计
5
材料成形工艺基础
b)合理 a)不合理 图5-3 箱体类铸件两种结构比较 第五章 铸件的结构设计
6
材料成形工艺基础
⑵避免活块
合理设计凸台
和避免侧壁具
有防碍拔模的 局部凹陷结构 图5-4 铸件1 第五章 铸件的结构设计 图5-5 铸件2
7
材料成形工艺基础
⑶应使分型面尽量为平直面
a)不合理
b)合理
第五章 铸件的结构设计
8
材料成形工艺基础
⑷设计出结构斜度
不合理
合理
不合理
合理
9
第五章 铸件的结构设计
角应设计成圆 角。 第五章 铸件的结构设计 图5－13 圆弧连接
18
材料成形工艺基础
铸件壁间的连接设计
直角连接的缺陷： ⑴ 产生应力集中，成为裂纹源； ⑵ 形成热节，最后凝固，易产生缩孔。
不合理 第五章 铸件的结构设计
合理
19
材料成形工艺基础
2.避免锐角连接
原因： 锐角连接处会出 现明显的应力集 中，易出现裂纹； 产生缩孔和缩松。
不 合 理
合 理
第五章 铸件的结构设计
14
材料成形工艺基础
三、铸件的壁厚设计
1.铸件壁不能太厚。
图5－11
第五章 铸件的结构设计
15
铸件结构设计PPT课件
王守仁 2007.03
尽量避免过大的水平面
过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等 缺陷，在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成 倾斜形状
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形
铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小 应力，避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计， 可使铸件能较好地自由收缩。
改进结构，便于起模
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件的外形设计
5. 铸件要有结构斜度 结构斜度便于起模，并可延长模具的使用寿命。见图。 铸件结构斜度的大小和许多因素有关，如铸件的高度、造 型的方法等，高度越低，斜度应越大。凸台的结构斜度可 达30°-50°。
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件要有结构斜度
**
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件内腔的设计
1. 应使铸件尽可能不用或少用型芯 图示是悬臂支架的两种设计方案，图采用方形中空截 面，为形成其内腔，必须采用型芯；若改为图所示工字形 开式截面，则可避免型芯的使用，这样在简化造型的同时， 也可保证铸件的质量，故后者的设计是合理的。
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件力求壁厚均匀
所谓壁厚均匀， 是指铸件的各部分具 有冷却速度相近的壁 厚，见右图。
铸件的内壁厚度 应略小于外壁厚度。
材料成型技术基础－铸件结构设计
王守仁 2007.03
铸件壁的联接形式要合理
1. 铸件如果因为结构需要不能做到壁厚均匀，则不 同壁厚的联接应采用逐渐过渡的形式
铸件结构设计PPT课件
30
3）易于解决整铸时切削加工工艺或设备上的某些困难。
31
因成形工艺的局限性无法整铸的结构需采用剖分结构。
图5-20 砂型铸件改为压铸件
零件上性能要求不同的部分需采用剖分结构。 当零件上各部分对耐磨、导电或绝缘等性能要求不同时， 常采用剖分结构，分开制造后，再镶铸成一体。
32
2 ．铸件的组合设计
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
21
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，
常因收缩不一致， 内应力过大，使铸件产生裂纹。
尽量使铸件有最 少的分型面
应设计结构斜度
36
名称
不合理结构
铸 件 外 形 的 设 计
合理结构
40
续表
设计理由 应避免水平放置 较大的平面
细长件或大而薄 的平板件要防止弯 曲
避免铸件收缩受 阻
37
名称
不合理结构
铸 件 内 腔 的 设 计
合理结构
41
续表
设计理由 应尽量不用或少 用型芯
型芯必须安装方 便、稳固可靠，排 气通畅
利用熔模及气化模铸造等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， 简化制造过程，提高生产效率，方便使用。
a) 原设计（加工装配） b)改进后的设计（整铸） 图5-21 车床摇手柄的设计
33
总结
•
铸件的结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率以
3）易于解决整铸时切削加工工艺或设备上的某些困难。
31
因成形工艺的局限性无法整铸的结构需采用剖分结构。
图5-20 砂型铸件改为压铸件
零件上性能要求不同的部分需采用剖分结构。 当零件上各部分对耐磨、导电或绝缘等性能要求不同时， 常采用剖分结构，分开制造后，再镶铸成一体。
32
2 ．铸件的组合设计
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
21
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，
常因收缩不一致， 内应力过大，使铸件产生裂纹。
尽量使铸件有最 少的分型面
应设计结构斜度
36
名称
不合理结构
铸 件 外 形 的 设 计
合理结构
40
续表
设计理由 应避免水平放置 较大的平面
细长件或大而薄 的平板件要防止弯 曲
避免铸件收缩受 阻
37
名称
不合理结构
铸 件 内 腔 的 设 计
合理结构
41
续表
设计理由 应尽量不用或少 用型芯
型芯必须安装方 便、稳固可靠，排 气通畅
利用熔模及气化模铸造等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， 简化制造过程，提高生产效率，方便使用。
a) 原设计（加工装配） b)改进后的设计（整铸） 图5-21 车床摇手柄的设计
33
总结
•
铸件的结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率以
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5.3 合理设计铸件的壁厚
当铸件的壁厚有差别时，铸件的结构应便于实现顺序凝固 ，以利补缩。如图所示，铸件的侧壁设计成倒锥状、上厚下薄 ，利于补缩
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5.1 铸件外形的设计要求
右图所示为缝纫机边脚的结构，其 各部分非加工面设有30°左右的结构斜 度，方便了起模。
总之，铸件的结构斜度与拔模斜度 不同，前者由设计零件的人确定，且 斜度值较大；后者由铸造工艺人员在 绘制铸造工艺图时设计，且只对没有 结构斜度的立壁给予较小的角度（0.5 ～3.0°）。
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5.1 铸件外形的设计要求
还有如图a）、c）所示的铸件凸台的设计，也只能采用活块 或外型芯才能起模。将其改为图c）、d）的结构，可避免活块。
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5.2 铸件内腔的设计
还有如图所示的圆盖铸件内腔的设计方案。方案b）的内腔 设计可以省去型芯，采用自带型芯形成，减少了制芯工序，降 低了铸件成本。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
四、铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题： 1、铸件的结构是否使铸件的收缩受阻。 如图所示轮辐的设计。方案a）的轮辐数为偶数，每条轮辐均与另一条成直线 排列。这样，势必使两轮辐的收缩互相牵制、彼此受阻，轮辐内将产生大的铸 造应力，会使轮辐产生裂纹。为此，改为方案b）和c）的设计，则可以通过轮 辐或轮缘的微量变形来减缓轮幅内的铸造应力，以减小产生裂纹的危险。
5.2 铸件内腔的设计
2.当铸件的内腔较复杂、需用型芯 形成时，应考虑好型芯的稳固、排 气顺畅和清理方便。 如图所示，为 轴承架内腔的两种设计。方案a）需 要两个型芯，其中较大的型芯呈悬 臂状态，需用型芯撑A支承其无芯 头的一端；若将轴承架内腔改成方 案b），则型芯的稳定性大大提高 ，而且型芯的排气顺畅、也易于清 理。
为此，在铸件上壁与壁的垂直连接处，必需设有结构圆角， 其大小如表所示。
一般的，铸造内圆角的大小与铸件壁厚相适应，以使转角处
内接圆的直径小于相邻壁厚的1.5倍。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
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5.1 铸件外形的设计要求
3、在铸件上设计结构斜度
在铸件的所有垂直于分型面的 非加工面上，应设计有结构斜度， 如图所示。a）图的结构没有结构 斜度，铸造工艺人员应铸造前给出 拔模斜度，这样就不必要地增加了 铸件的壁厚。结构斜度的大小，随 垂直壁的高度而异。高度愈小，斜 度愈大；内侧面的斜度应大于外侧 面的。
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5.1 铸件外形的设计要求
（2）尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。因为平 面分型面可以避免挖砂和假箱造型、生产率高。如图a）所示 的托架铸件，设计了不必要的外圆角，使造型工序复杂。去掉 外圆角的结构b），便于整模造型。
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5.2 铸件内腔的设计
二、铸件内腔的设计 1. 铸件内腔尽量不用或少 用型芯，以简化铸造工艺 。如图为支柱的两种结构 设计。采用方案b）可以省 去型芯
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5.2 铸件内腔的设计
有时一些铸件内腔的结构，虽能 满足使用要求，但却不利于型芯的稳 定、排气和清理。 如图所示的紫铜 风口a）。从使用出发只需两个通循 环水的孔即可，但从铸造工艺的角度 看，该型芯只靠这两个芯头来固定、 排气和清理显然很困难。为此在法兰 面上增设工艺孔，如图b）所示。该 型芯采用吊芯，通过6个芯头固定在 上型盖上，省去了芯撑，改善型芯的 稳固性，并使其排气顺畅和清理方便 。 @2007 NJUT Cisco Network Academy. All rights reserved..
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5.3 铸件结构与合金铸造性能的关系
在设计铸件结构时，若不充分考虑铸件所用合金的铸造 性能，铸件上会出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松、铸造应力 、变形和裂纹等缺陷。因此，在设计铸件的结构时，除考虑 使用要求外，还应考虑以下几个方面。
一、合理设计铸件的壁厚
1. 铸件的壁厚应适当。由于各种铸造合金的流动性不同，在 相同铸型条件下，获得铸件的最小壁厚也不同。当然在不同 铸型条件下，同一种铸造合金铸件的最小厚度也不相同，冷 却能力愈强的铸型，获得铸件的最小壁厚应愈大。其值的大 小主要取决于铸造合金的种类和铸件的尺寸大小。
壁厚/mm
15~20 20~30 30~50 50~70
相对强度
1.0 0.9 0.8 0.7
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5.3 合理设计铸件的壁厚
2、铸件壁厚尽可能均匀
铸件壁厚不均，会造成铸造合金的局部积聚，在积聚处易产生缩孔和缩 松；同时，由于铸件壁厚不均，即铸件各部分冷却速度不同，会使铸件产生 较大的铸造应力，造成铸件的变形和开裂。如图顶盖铸件的壁厚有两种设计 方案。方案a）的厚壁处易产生缩孔，在连接处产生裂纹。方案b）则不存在 这些问题。
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5.1 铸件外形的设计要求
下图为阀体铸件的结构。将具有两个分型面的结构a）改为 只有一个分型面的结构b），可简化造型工序。
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2、铸件壁与壁之间应避 免锐角连接，是为了减 小热节和内应力。如图 所示。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
3、铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中。如 表所示。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
1、设计结构圆角 铸件上所有壁的转角处，均应设计结构圆角。如图4.17和
图4.18中的b)所示。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
砂
×500
型
铸
造 >500×500
8 10~125~6 6~10 Nhomakorabea15~20 15~20
6 12
15~20
5 8
10~12
3
3~5
4
6~8
6
10~12
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5.3 合理设计铸件的壁厚
第五章 铸件结构设计
山东科技大学材料科学与工程学院
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5.1 铸件结构与铸造工艺的关系
一、铸件外形的设计要求
1、铸件的外形应力求简化，造 型时便于起模。
（1）避免铸件的外形有侧凹。 如图所示的机床铸件，结构a） 的侧凹处在造型时另需两个外 型芯来形成。而结构b）在满 足使用要求的前提下，将凹坑 一直扩展到底部省去了外型芯 ，降低了铸件成本。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
4、铸件壁与壁之间应避免交叉。对中、小型铸件壁与壁的连接， 应设计成交错接头；对大型铸件可采用环状接头，如图所示。
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砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值
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5.3 合理设计铸件的壁厚
当铸件的壁厚有差别时，铸件的结构应便于实现顺序凝固 ，以利补缩。如图所示，铸件的侧壁设计成倒锥状、上厚下薄 ，利于补缩
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5.1 铸件外形的设计要求
右图所示为缝纫机边脚的结构，其 各部分非加工面设有30°左右的结构斜 度，方便了起模。
总之，铸件的结构斜度与拔模斜度 不同，前者由设计零件的人确定，且 斜度值较大；后者由铸造工艺人员在 绘制铸造工艺图时设计，且只对没有 结构斜度的立壁给予较小的角度（0.5 ～3.0°）。
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5.1 铸件外形的设计要求
还有如图a）、c）所示的铸件凸台的设计，也只能采用活块 或外型芯才能起模。将其改为图c）、d）的结构，可避免活块。
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5.2 铸件内腔的设计
还有如图所示的圆盖铸件内腔的设计方案。方案b）的内腔 设计可以省去型芯，采用自带型芯形成，减少了制芯工序，降 低了铸件成本。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
四、铸件的结构设计还应考虑到其它一些与合金铸造性能有关的问题： 1、铸件的结构是否使铸件的收缩受阻。 如图所示轮辐的设计。方案a）的轮辐数为偶数，每条轮辐均与另一条成直线 排列。这样，势必使两轮辐的收缩互相牵制、彼此受阻，轮辐内将产生大的铸 造应力，会使轮辐产生裂纹。为此，改为方案b）和c）的设计，则可以通过轮 辐或轮缘的微量变形来减缓轮幅内的铸造应力，以减小产生裂纹的危险。
5.2 铸件内腔的设计
2.当铸件的内腔较复杂、需用型芯 形成时，应考虑好型芯的稳固、排 气顺畅和清理方便。 如图所示，为 轴承架内腔的两种设计。方案a）需 要两个型芯，其中较大的型芯呈悬 臂状态，需用型芯撑A支承其无芯 头的一端；若将轴承架内腔改成方 案b），则型芯的稳定性大大提高 ，而且型芯的排气顺畅、也易于清 理。
为此，在铸件上壁与壁的垂直连接处，必需设有结构圆角， 其大小如表所示。
一般的，铸造内圆角的大小与铸件壁厚相适应，以使转角处
内接圆的直径小于相邻壁厚的1.5倍。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
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5.1 铸件外形的设计要求
3、在铸件上设计结构斜度
在铸件的所有垂直于分型面的 非加工面上，应设计有结构斜度， 如图所示。a）图的结构没有结构 斜度，铸造工艺人员应铸造前给出 拔模斜度，这样就不必要地增加了 铸件的壁厚。结构斜度的大小，随 垂直壁的高度而异。高度愈小，斜 度愈大；内侧面的斜度应大于外侧 面的。
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5.1 铸件外形的设计要求
（2）尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。因为平 面分型面可以避免挖砂和假箱造型、生产率高。如图a）所示 的托架铸件，设计了不必要的外圆角，使造型工序复杂。去掉 外圆角的结构b），便于整模造型。
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5.2 铸件内腔的设计
二、铸件内腔的设计 1. 铸件内腔尽量不用或少 用型芯，以简化铸造工艺 。如图为支柱的两种结构 设计。采用方案b）可以省 去型芯
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5.2 铸件内腔的设计
有时一些铸件内腔的结构，虽能 满足使用要求，但却不利于型芯的稳 定、排气和清理。 如图所示的紫铜 风口a）。从使用出发只需两个通循 环水的孔即可，但从铸造工艺的角度 看，该型芯只靠这两个芯头来固定、 排气和清理显然很困难。为此在法兰 面上增设工艺孔，如图b）所示。该 型芯采用吊芯，通过6个芯头固定在 上型盖上，省去了芯撑，改善型芯的 稳固性，并使其排气顺畅和清理方便 。 @2007 NJUT Cisco Network Academy. All rights reserved..
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5.3 铸件结构与合金铸造性能的关系
在设计铸件结构时，若不充分考虑铸件所用合金的铸造 性能，铸件上会出现浇不足、冷隔、缩孔、缩松、铸造应力 、变形和裂纹等缺陷。因此，在设计铸件的结构时，除考虑 使用要求外，还应考虑以下几个方面。
一、合理设计铸件的壁厚
1. 铸件的壁厚应适当。由于各种铸造合金的流动性不同，在 相同铸型条件下，获得铸件的最小壁厚也不同。当然在不同 铸型条件下，同一种铸造合金铸件的最小厚度也不相同，冷 却能力愈强的铸型，获得铸件的最小壁厚应愈大。其值的大 小主要取决于铸造合金的种类和铸件的尺寸大小。
壁厚/mm
15~20 20~30 30~50 50~70
相对强度
1.0 0.9 0.8 0.7
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5.3 合理设计铸件的壁厚
2、铸件壁厚尽可能均匀
铸件壁厚不均，会造成铸造合金的局部积聚，在积聚处易产生缩孔和缩 松；同时，由于铸件壁厚不均，即铸件各部分冷却速度不同，会使铸件产生 较大的铸造应力，造成铸件的变形和开裂。如图顶盖铸件的壁厚有两种设计 方案。方案a）的厚壁处易产生缩孔，在连接处产生裂纹。方案b）则不存在 这些问题。
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下图为阀体铸件的结构。将具有两个分型面的结构a）改为 只有一个分型面的结构b），可简化造型工序。
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2、铸件壁与壁之间应避 免锐角连接，是为了减 小热节和内应力。如图 所示。
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3、铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中。如 表所示。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
1、设计结构圆角 铸件上所有壁的转角处，均应设计结构圆角。如图4.17和
图4.18中的b)所示。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
砂
×500
型
铸
造 >500×500
8 10~125~6 6~10 Nhomakorabea15~20 15~20
6 12
15~20
5 8
10~12
3
3~5
4
6~8
6
10~12
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5.3 合理设计铸件的壁厚
第五章 铸件结构设计
山东科技大学材料科学与工程学院
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5.1 铸件结构与铸造工艺的关系
一、铸件外形的设计要求
1、铸件的外形应力求简化，造 型时便于起模。
（1）避免铸件的外形有侧凹。 如图所示的机床铸件，结构a） 的侧凹处在造型时另需两个外 型芯来形成。而结构b）在满 足使用要求的前提下，将凹坑 一直扩展到底部省去了外型芯 ，降低了铸件成本。
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5.4 铸件壁与壁连接的设计
4、铸件壁与壁之间应避免交叉。对中、小型铸件壁与壁的连接， 应设计成交错接头；对大型铸件可采用环状接头，如图所示。
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砂型铸造条件下铸件的最小壁厚值