铸件结构设计

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2.5.2 熔模铸造
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熔模铸造的工艺过程
模样制造、压型制造、蜡模制造 蜡模组装 型壳制造 编钟 浸涂料、撒砂、硬化 焙烧（ 800～1000℃ ） 去除壳中水分、残蜡及其他杂质 增强型壳强度、清洁型腔 浇注 焙烧后趁热浇注（600～700℃） 提高合金充型能力、防止冷隔、浇 不足缺陷。熔模铸件最大几十千克
实例：
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2.4.3 不同成型工艺对铸件结构的要求
2.4.3.1 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：
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2.4.3.2 熔模铸件的结构设计
原则：
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分型面 忌圆弧
直分型 不挖砂
凸台 凸肋 注意 角度
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零件设计优先考虑结构斜度 没有设计结构斜度的零件必须增加拔模斜度（工艺斜度）
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2.4.2合金铸造性能对铸件结构的要求
2.4.2.1铸件壁厚的设计
缺陷分析：
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。
结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间
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原则2: 铸件壁厚应均匀 缺陷分析：
原则1：合理设计铸件壁厚 概念：
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。
因铸件壁厚过大易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷从而使铸件的力学性能下 降。故设计铸件时以增大壁厚提高铸件的强度存在壁厚临界即壁厚过厚则适得其反。
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2.5.5 挤压铸造
挤压铸造( 又称液态模锻) , 一种实现锻 铸相结合, 净成形的先进工艺技术。 优点 有效地提高了铸件的补缩和成形能 力避免和减少气孔等铸件缺陷提高 铸件力学性能； 适用范围广更节约能源。 应用 已经广泛用于汽车、摩托车等重要 安全和高性能零件的生产。铸造的 材料演变为铝、镁合金及复合基材 料。在能源日趋紧张和力学性能要 求更高的将来具有较好的发展前景
便于型芯的稳定、排气和铸件的清理
轴承架铸件
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便于起模实例
肋的 布置
不 合 理 结 构
合 理 结 构
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优化设计外形结构可使工艺简化
优化外形 简化工艺
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结构设计应考虑： 避免使用砂芯、自带砂芯和砂芯安装、排气
壁厚不均匀易产生热应力甚至导致裂纹；壁厚过薄易浇不足； 过厚易缩孔、缩松。
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2.4.2.2 铸件壁的连接
原则1： 铸件要求结构圆角、工艺 圆角；避免铸件壁的锐角连接；厚 壁与薄壁间的连接要逐步过渡；
缺陷分析： 铸件锐角连接处易出现应力集中 产生裂纹；砂型锐角易被冲刷。
原则：减少形芯数量，避免不必要的型芯； 铸件的内腔设计视频 便于型芯的固定、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。
两种结构造型比较
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减少型芯的数量，避免不必要的型芯
实例分析：
悬臂支架的两种结构：a)改进前 b)改进后
支座的设计
Wuhan University of Technology
金属工艺学
METAL TECHNOLOGY 机电工程学院金工学部
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上次课内容回顾
砂型铸造的工艺设计 铸造工艺图的绘制 分型面的选择原则 工艺参数的确定 浇铸位置的选择原则
应保证模样能顺利的从铸型中取出 应尽量减少分型面的数量 应尽量使分型面是一个平直的面 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱 应尽量使型芯和活块的数量减少 工艺参数的确定
实例分析2：接头
改进后的交错接头或 环状接头，其热节均 较改进前小，且可通 过微量变形来缓解内 应力，抗裂性能变得 较好。
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原则3：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浇铸时液面上升缓慢，因 薄壁件金属液散热冷却快，渣、气常滞留在顶面，易产生浇不 足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。

压力铸造的不足


适用范围

克服压力铸造缺点
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2.5.4 离心铸造
立式离心铸造
立式离心铸造特点及应用： 便于铸型的固定和金属的浇 注。由于自由表面（即内表 面）呈抛物线状，铸件上薄 下厚适用于高度小于直径的 圆环类铸件
卧式离心铸造
卧式离心铸造特点及应用 优点 利用自由表面生产圆筒或环形铸件可省去型芯和浇 注系统。在离心力作用下，铸件由外向内定向凝固， 气体和熔渣因密度较金属小则向铸件内腔（即自由 表面）移动而排除。 缺点 内孔尺寸偏差大、内表面粗糙不适用于密度偏析大 的合金及轻合金铸造。不适用于单件小批生产 应用 大口径铸铁件、气缸套、铜套、双金属轴承、耐热 钢辊道、无缝管坯、造纸烘缸等铸件。最大重量可 达十多吨。
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：
两种结构的设计比较
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2.4.3.3 铸件的组合设计
组合设计：可将大铸件或形状复杂的铸件，设计成几个较小的铸
件，经机加工后，再用焊接或螺纹连接方式将其组合成整体。
实例3： 实例1：
实例2：
加工余量、收缩率、拔模斜度、铸造
圆角、型芯及型芯头
浇铸系统；型砂性能
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2.4 液态金属成型件的结构设计
主要内容:
2.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求 2.4.2 合金铸造性能对铸件结构的要求 2.4.3 不同成形工艺对铸件结构的要求
重点内容：铸件结构设计如何考虑铸造工艺特点
可采用镶嵌法生产复杂铸件

压铸零件
卧式冷室压铸机
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压力铸造的优越性

铸件精度及表面质量较其它铸造方法高 可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等 铸件的强度和硬度高 压铸的生产率较其它铸造方法高 设备投资大，压型费用高、周期长 压铸高熔点合金时，压型寿命低 压铸速度高，型腔气体难以排除，厚壁收缩难以补缩 热处理易引起铸件表面起泡 气缸体、箱体、化油器、喇叭外壳等铝、镁、锌合金铸造生产 加氧压铸 真空压铸 黑色金属压铸（黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、 合金铸铁、铸铁等。）
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2.5.6 低压铸造
低压铸造的特点 充型压力和充型速度便于控制，适用于各种铸型铸件组织较 砂型铸造致密省去了补缩冒口。
由于充型能力的提高， 有利于形成轮廓清晰、 表面光洁的铸件。 设备简单、投资较少。
注意：
每种铸造方法都有自身 的特点与优势，但都不 是万能的，必须根据零 件结构、性能要求、生 产批量、服役状况，设 备条件，技术条件等因 素综合考虑。
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思考题1：为防止铸件缺陷产生，试修改图示铸钢机 架的结构。（孔的尺寸、形状不能变）
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2.5 特种铸造
挤压铸造 消失模铸造 离心铸造 特种铸造 金属型铸造 陶瓷型铸造
压力铸造 熔模铸造
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不同转角热节大小有区别
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原则2：减缓肋、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1：轮辐的设计
轮辐弯曲、奇数或带孔辐板可借助 结构的微量变形自行减缓铸造应力， 防止开裂。
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2.4.1 砂型铸造工艺对铸件结构的要求

铸件的外形设计 铸件的内腔设计
2.4.1 .1.铸件的外形设计
原则：外形设计应便于起模， 简化造型工艺
加长凸台，避免活块 a)改进前 b)改进后
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2.4.1.2 铸件的内腔设计
低压铸造
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2.5.1 金属型铸造
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金属型分类（按分型面）：一般由铸铁制成
整体式；垂直分型式；水平分型；复合分型式 金属型工艺 喷刷涂料 金属型应保持一定的工作温度 适合的出型时间 金属型铸造特点 优点 一型多铸 车间面貌及劳动条Baidu Nhomakorabea改善 缺点 导热快、没有退让性、透气性 金属型制造成本高、生产周期长 铸造工艺严格 浇不足、冷隔、裂纹等铸造缺陷 金属铸型的形状和尺寸有一定限 制 适用范围 铜、铝合金的大批量生产
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2.5.3 压力铸造
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工作过程


浇注金属 压铸 压型型腔精度高 表面粗糙度低 压型工作温度120 ～ 280℃ 喷刷涂料 取出铸件 将嵌件与压铸合金结合成整体 其它金属或非金属材料制成嵌件 改善铸件某型部位性能