第五章 铸件的结构设计
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28
常见铸件结构的设计
名称 铸 件 外 形 的 设 计 不合理结构 合理结构 设计理由 尽量避免曲面分 型，以避免挖砂造型
29
39
续表
名称
不合理结构
合理结构
设计理由 对凸台、肋条及 法兰设计时，应便 于起模，避免不必 要的型芯和尽量少 用活块
铸 件 外 形 的 设 计
尽量使铸件有最 少的分型面
应设计结构斜度
21
3）为了便于浸挂涂料和撒沙，铸孔的直径不要太小和太深，应大于 2mm，薄壁件则应大于0.5mm，通孔深度不大于直径的4∼6倍，不通 孔不大于2倍；铸槽的宽度不要太小和太深，宽度应大于2mm，为深 度2∼6倍；铸件壁厚不要太薄，一般为2∼8mm。 4）熔模型壳的高温强度 低，易变形，平板型壳 的变形尤甚，故熔模铸 件应尽量避免有大平面。 为防止变形，可在铸件 大平面上设工艺孔或工 艺筋，增加型壳的刚度。
三、铸件壁厚的设计
铸件壁厚首先应根据铸件使用要求进行设计，但必须同时从合金 的铸造性能来考虑其可行性，以免铸件产生缺陷而达不到使用要求。 1.铸件壁厚应均匀，不应过厚过薄 （1）采用挖空、设肋等方法减薄铸件壁厚
10
（2）合理设计铸件壁厚 ① 确定铸件的最小允许壁厚（见表5－2） ② 铸件的最大壁厚约等于最小壁厚的3倍 ③ 铸件外、内壁和肋的比例约为1：0.8：0.6
2
3
4
凸台设计便于起模
5
二、铸件内腔的设计
1、尽量减少型芯数量，避免不必要的型芯
不用或少用型芯，可使生产工艺过程简化，节省制造芯盒、制芯及下芯装配的时间 和材料消耗；降低成本，还减少因型芯组装间隙对铸件尺寸精度的影响；避免因型 芯安放不稳定、排气不畅等因素所导致的铸件缺陷。
6
a) 为框形 截面结构，必须 采用悬臂型芯及 芯撑使型芯定位 和坚固。 b) 为工字 形截面结构，可 省去型芯。
30
40
续表
名称
不合理结构
合理结构
设计理由 应避免水平放置 较大的平面
铸 件 外 形 的 设 计
细长件或大而薄 的平板件要防止弯 曲
避免铸件收缩受 阻
31
41 名称 不合理结构 合理结构
续表 设计理由
应尽量不用或少 用型芯
铸 件 内 腔 的 设 计
型芯必须安装方 便、稳固可靠，排 气通畅
必须考虑清砂便 利
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
三、铸件结构的剖分与组合设计 1 ．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，再用 焊接或螺钉连接等方法将其组合成整体。 优点： 1）能有效解决铸造熔炉、起重运输 设备能力不足的困难，以பைடு நூலகம்设备制造 大设备。
11
2.壁厚不均匀的铸件，设计应有利于定向凝固
壁厚相差较大 的铸件而合金收缩 倾向也较大，这种 情况下，铸件壁厚 设计应有利于定向 凝固，铸件的结构 应便于安放冒口进 行补缩。
12
四、铸件壁（肋）间的连接设计
1. 采用圆弧连接、圆滑过渡
13
2. 避免锐角连接
14
3. 厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡（见表5－5） 通常情况下，铸件壁的厚度并不完全一致。因此，在壁的过渡 处应参考表5-5中壁的过渡形式和尺寸进行设计。 示意图 示意图
图5-18 底座的焊接结构
2）可根据使用要求用不同材料制造一个铸件的不同部分，铸 造工艺简单，铸件品质优良，结构合理。
24
3）易于解决整铸时切削加工工艺或设备上的某些困难。
25
② 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
③ 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。
42
43
作业
P80 （2）、（5）； P96 (2) 、(3) 1．轴承座，如图所示，材料为HTl50，批量生产。请在此图 上定性绘制出零件的铸造工艺图。
44
2、请对下列铸件的结构作适当改进，并说明理由。
上
中
下
（a）
（b）
（c）
45
32
42
续表
名称
不合理结构
合理结构
设计理由 铸件壁厚应尽可 能均匀
铸 件 壁 的 设 计
铸件壁应有圆角 过渡
避免交叉和锐角 连接
33
适应铸造工艺过程的铸件结构设计
1）简化或减少分型面
摇臂铸件的结构 (a)要用曲面分型面的结构 (b)分型面为平面的结构
34
1）简化或减少分型面
(a)两个分型面的结构
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。
B－ B
A－ A
图 5－ 3 悬臂托架的两种结构
7
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a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。
图a
图b
圆盖铸件的两种内腔设计
3、较大的带轮、飞轮、 齿轮的轮辐可做成弯曲 的、奇数的或带孔辐板。 可借轮辐或轮缘的微量 变形自行减缓铸造应 力，防止开裂。
(a)不合理的
(b)合理的
40
6）有利于防止夹渣、气孔
• •
(a)有较大的水平面(易产生夹渣、气孔，清理困难) (b)倾斜面(不易产生夹渣、气孔) (c)阶梯面(不易产生夹渣、气孔)
26
2 ．铸件的组合设计
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
27
总结
铸件的结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率以及成 本有很大的影响。铸件的结构包括：铸件外形、内腔、壁厚、 壁与壁的连接及加强肋、凸台、法兰等。 设计铸件时，不仅要保证使用性能的要求，还要满足铸件 在制造过程中工艺性的要求。即考虑铸造生产工艺和合金铸造 性能对铸件结构的要求。应尽量使生产工艺中的制模、造型、 制芯、装配、合型和清理等各个环节简化，节约工时，防止废 品产生。符合合金铸造性能的要求，以避免出现如缩孔、缩松、 变形、裂纹、浇不足、冷隔、气孔和偏析等缺陷。使铸件的具 体结构与这些要求相适应，以达到工艺简单、经济、快速地生 产出合格铸件的目的。
37
4）有利于型芯的固定和排气
• (a)不合理的结构
(b)合理的结构
38
铸件结构设计要求
5）避免变形和裂纹
(a)不合理的
(b)合理的
1、细长易挠曲的铸 件应设计为对称截 面。由于对称截面 的相互抵消作用， 变形大大减小。 2、合理设置加强 肋，提高平板铸件 的刚度，防止变形。
39
铸件结构设计要求
15
4. 避免采用十字形交叉连接
5)肋
16
17
5. 轮形铸件的轮辐连接
对于轮形铸件（如带轮、齿轮、飞轮等），轮辐和辐板的形式 不同，其抗裂效果也不同。尽量避免偶数对称排列轮辐和水平式辐 板。
18
6. 避免尺寸较大的水平面
19
第二节 铸件结构设计应考虑的其它问题
一 ．铸件的结构应考虑铸造合金的某些使用性能
铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。
41
7）有利于铸件清理
• 铸件的清理工作包括清砂、切割浇冒口、去除飞边毛刺、打磨修 正等。这部分工作量大、劳动条件差。因此，铸件轮廓设计要考 虑利于清砂、利于切割冒口，也可减少设置冒口的结构
• (a)不合理的结构(切割冒口与除芯因难) • (b)合理结构(切割冒口与除芯容易)
第五章 铸件的结构设计 • 液态成型金属件主要是指铸件，故本章主要介绍铸件的 结构设计。铸件的结构主要包含铸件的外形、内腔、壁 （肋）厚及壁（肋）间的连接形式等。因此铸件设计就 是确定上述铸件结构的过程。 • 进行铸件设计时，不仅要符合机械设备对铸件的使用性 能和力学性能要求，而且还要符合铸造工艺和合金铸造 性能的要求，即“铸件结构工艺”的要求。结构工艺性好 的铸件，易于铸造，成本低，生产效率高，铸件品质 好；而结构工艺性差的铸件设计，会造成人力、物力的 巨大浪费。 1
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。
(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
8
2、铸件的内腔设计应有利于型芯的固定、排气和简化 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。
(a) 改进前
(b) 改进后
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图5－5高炉风口铸件内腔设计改进
常见铸件结构的设计
名称 铸 件 外 形 的 设 计 不合理结构 合理结构 设计理由 尽量避免曲面分 型，以避免挖砂造型
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续表
名称
不合理结构
合理结构
设计理由 对凸台、肋条及 法兰设计时，应便 于起模，避免不必 要的型芯和尽量少 用活块
铸 件 外 形 的 设 计
尽量使铸件有最 少的分型面
应设计结构斜度
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3）为了便于浸挂涂料和撒沙，铸孔的直径不要太小和太深，应大于 2mm，薄壁件则应大于0.5mm，通孔深度不大于直径的4∼6倍，不通 孔不大于2倍；铸槽的宽度不要太小和太深，宽度应大于2mm，为深 度2∼6倍；铸件壁厚不要太薄，一般为2∼8mm。 4）熔模型壳的高温强度 低，易变形，平板型壳 的变形尤甚，故熔模铸 件应尽量避免有大平面。 为防止变形，可在铸件 大平面上设工艺孔或工 艺筋，增加型壳的刚度。
三、铸件壁厚的设计
铸件壁厚首先应根据铸件使用要求进行设计，但必须同时从合金 的铸造性能来考虑其可行性，以免铸件产生缺陷而达不到使用要求。 1.铸件壁厚应均匀，不应过厚过薄 （1）采用挖空、设肋等方法减薄铸件壁厚
10
（2）合理设计铸件壁厚 ① 确定铸件的最小允许壁厚（见表5－2） ② 铸件的最大壁厚约等于最小壁厚的3倍 ③ 铸件外、内壁和肋的比例约为1：0.8：0.6
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3
4
凸台设计便于起模
5
二、铸件内腔的设计
1、尽量减少型芯数量，避免不必要的型芯
不用或少用型芯，可使生产工艺过程简化，节省制造芯盒、制芯及下芯装配的时间 和材料消耗；降低成本，还减少因型芯组装间隙对铸件尺寸精度的影响；避免因型 芯安放不稳定、排气不畅等因素所导致的铸件缺陷。
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a) 为框形 截面结构，必须 采用悬臂型芯及 芯撑使型芯定位 和坚固。 b) 为工字 形截面结构，可 省去型芯。
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续表
名称
不合理结构
合理结构
设计理由 应避免水平放置 较大的平面
铸 件 外 形 的 设 计
细长件或大而薄 的平板件要防止弯 曲
避免铸件收缩受 阻
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41 名称 不合理结构 合理结构
续表 设计理由
应尽量不用或少 用型芯
铸 件 内 腔 的 设 计
型芯必须安装方 便、稳固可靠，排 气通畅
必须考虑清砂便 利
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
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三、铸件结构的剖分与组合设计 1 ．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，再用 焊接或螺钉连接等方法将其组合成整体。 优点： 1）能有效解决铸造熔炉、起重运输 设备能力不足的困难，以பைடு நூலகம்设备制造 大设备。
11
2.壁厚不均匀的铸件，设计应有利于定向凝固
壁厚相差较大 的铸件而合金收缩 倾向也较大，这种 情况下，铸件壁厚 设计应有利于定向 凝固，铸件的结构 应便于安放冒口进 行补缩。
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四、铸件壁（肋）间的连接设计
1. 采用圆弧连接、圆滑过渡
13
2. 避免锐角连接
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3. 厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡（见表5－5） 通常情况下，铸件壁的厚度并不完全一致。因此，在壁的过渡 处应参考表5-5中壁的过渡形式和尺寸进行设计。 示意图 示意图
图5-18 底座的焊接结构
2）可根据使用要求用不同材料制造一个铸件的不同部分，铸 造工艺简单，铸件品质优良，结构合理。
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3）易于解决整铸时切削加工工艺或设备上的某些困难。
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② 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
③ 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。
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作业
P80 （2）、（5）； P96 (2) 、(3) 1．轴承座，如图所示，材料为HTl50，批量生产。请在此图 上定性绘制出零件的铸造工艺图。
44
2、请对下列铸件的结构作适当改进，并说明理由。
上
中
下
（a）
（b）
（c）
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续表
名称
不合理结构
合理结构
设计理由 铸件壁厚应尽可 能均匀
铸 件 壁 的 设 计
铸件壁应有圆角 过渡
避免交叉和锐角 连接
33
适应铸造工艺过程的铸件结构设计
1）简化或减少分型面
摇臂铸件的结构 (a)要用曲面分型面的结构 (b)分型面为平面的结构
34
1）简化或减少分型面
(a)两个分型面的结构
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。
B－ B
A－ A
图 5－ 3 悬臂托架的两种结构
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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a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。
图a
图b
圆盖铸件的两种内腔设计
3、较大的带轮、飞轮、 齿轮的轮辐可做成弯曲 的、奇数的或带孔辐板。 可借轮辐或轮缘的微量 变形自行减缓铸造应 力，防止开裂。
(a)不合理的
(b)合理的
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6）有利于防止夹渣、气孔
• •
(a)有较大的水平面(易产生夹渣、气孔，清理困难) (b)倾斜面(不易产生夹渣、气孔) (c)阶梯面(不易产生夹渣、气孔)
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2 ．铸件的组合设计
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
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总结
铸件的结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率以及成 本有很大的影响。铸件的结构包括：铸件外形、内腔、壁厚、 壁与壁的连接及加强肋、凸台、法兰等。 设计铸件时，不仅要保证使用性能的要求，还要满足铸件 在制造过程中工艺性的要求。即考虑铸造生产工艺和合金铸造 性能对铸件结构的要求。应尽量使生产工艺中的制模、造型、 制芯、装配、合型和清理等各个环节简化，节约工时，防止废 品产生。符合合金铸造性能的要求，以避免出现如缩孔、缩松、 变形、裂纹、浇不足、冷隔、气孔和偏析等缺陷。使铸件的具 体结构与这些要求相适应，以达到工艺简单、经济、快速地生 产出合格铸件的目的。
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4）有利于型芯的固定和排气
• (a)不合理的结构
(b)合理的结构
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铸件结构设计要求
5）避免变形和裂纹
(a)不合理的
(b)合理的
1、细长易挠曲的铸 件应设计为对称截 面。由于对称截面 的相互抵消作用， 变形大大减小。 2、合理设置加强 肋，提高平板铸件 的刚度，防止变形。
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铸件结构设计要求
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4. 避免采用十字形交叉连接
5)肋
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5. 轮形铸件的轮辐连接
对于轮形铸件（如带轮、齿轮、飞轮等），轮辐和辐板的形式 不同，其抗裂效果也不同。尽量避免偶数对称排列轮辐和水平式辐 板。
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6. 避免尺寸较大的水平面
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第二节 铸件结构设计应考虑的其它问题
一 ．铸件的结构应考虑铸造合金的某些使用性能
铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。
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7）有利于铸件清理
• 铸件的清理工作包括清砂、切割浇冒口、去除飞边毛刺、打磨修 正等。这部分工作量大、劳动条件差。因此，铸件轮廓设计要考 虑利于清砂、利于切割冒口，也可减少设置冒口的结构
• (a)不合理的结构(切割冒口与除芯因难) • (b)合理结构(切割冒口与除芯容易)
第五章 铸件的结构设计 • 液态成型金属件主要是指铸件，故本章主要介绍铸件的 结构设计。铸件的结构主要包含铸件的外形、内腔、壁 （肋）厚及壁（肋）间的连接形式等。因此铸件设计就 是确定上述铸件结构的过程。 • 进行铸件设计时，不仅要符合机械设备对铸件的使用性 能和力学性能要求，而且还要符合铸造工艺和合金铸造 性能的要求，即“铸件结构工艺”的要求。结构工艺性好 的铸件，易于铸造，成本低，生产效率高，铸件品质 好；而结构工艺性差的铸件设计，会造成人力、物力的 巨大浪费。 1
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。
(b)一个分型面的结构
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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
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2、铸件的内腔设计应有利于型芯的固定、排气和简化 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。
(a) 改进前
(b) 改进后
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图5－5高炉风口铸件内腔设计改进