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大连理工大学DalianUniversityofTechnology材料科学与工程学院张兴国材料成型工艺学第六章铸型工艺方案的确定6-1零件结构的铸造工艺性分析铸造工艺性：零件的本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整个铸造工艺过程的顺利进行，又利于保证产品的质量。作用：1.审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求；2.在既定的零件结构条件下，考虑在铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中应采取的工艺措施。一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性1.铸件应有合理的壁厚最小壁厚：一定条件下铸造合金能充满铸型的最小壁厚。铸件的设计壁厚应不小于最小壁厚。临界壁厚：当铸件的壁厚超过临界壁厚时，铸件的力学性能并不按比例随铸件厚度的增加而增加，反而是显著地下降。因此，设计铸件壁需要注意的问题是：1)为防止出现冷隔和浇不足缺陷，铸件应有一定的壁厚；2)外形尺寸大、结构复杂、合金流动性差的铸件,铸件壁厚应适当加大；3)厚壁会增加铸件的重量和金属的消耗，而且易产生缩孔、缩松等缺陷。另外，厚壁铸件凝固慢，会造成晶粒粗大、力学性能降低。最好的方法是采用加强筋；4)对灰铸铁件，最小壁厚的选择应防止出现白口（考虑浇注条件和孕育条件）。一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性表6-1不同合金的临界壁厚合金种类牌号重量(kg)0.1-2.52.5-1010灰铸铁HT100,HT1508-1010-1520-25HT200,HT25012-1512-1512-18HT30012-1815-1825HT35015-2015-2025球铁QT400-15,QT450-101015-2050QT500-7,QT600-314-1818-2060碳钢ZG200-400,ZG230-4501520----铝合金6-106-1210-14采用加强筋减小铸件壁厚壁厚δ15-2020-3030-5050-70相对强度1.00.90.80.7表6-2灰铸铁相对强度的变化（壁厚单位:mm）铸件壁连接处会形成热节，易造成缩孔、缩松和应力集中。设计时需注意：1)壁厚应该力求均匀；2)铸件壁冷却均匀；3)铸件壁厚发生变化处应逐渐过渡；4)筋条应该错开排列。2.铸件壁的连接应逐渐过渡2.铸件壁的连接应逐渐过渡2.铸件壁的连接应逐渐过渡一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性3．结构圆角的设计铸件壁的转角处一般要设计出结构圆角。1)铸件壁的直角连接易造成连接处的金属堆积，形成大的热节。而内侧的散热条件差，往往会造成缩孔、缩松；2)在载荷的作用下，直角内侧往往产生应力集中，内侧实际承受的应力比平均应力大得多；3)若采用直角连接，在一些合金凝固的过程中将形成垂直于铸件表面的柱状晶。因结晶的方向性，在转角的对角线上形成整齐的分界面。由于分界面上杂质、缺陷较多，使转角处成为铸件的薄弱环节，在集中应力作用下很容易产生裂纹。3.结构圆角的设计当铸件壁采用圆角结构时，可以消除应力集中，破坏了柱状晶的分界面，明显提高转角处的力学性能，也防止了缩孔、缩松和裂纹的产生。圆角结构还有利于造型，浇注时可避免熔融金属对铸型的冲刷，减少砂眼和粘砂缺陷的发生。3.结构圆角的设计不合理合理不合理合理3.结构圆角的设计4.内壁厚度应小于外壁铸件内部的筋和壁，散热条件较差。因此，铸件的结构设计应使内壁比外壁薄一些，以便使整个铸件能均匀地冷却，防止产生内应力和裂纹。一般地，当铸件外壁、铸件内壁和筋的厚度按1:0.8:0.6设计时，可以保证各部位冷却速度均匀一致。4.内壁厚度应小于外壁内、外壁厚相差值约为10％-30％是合理的。5.壁厚应力求均匀铸件各部位壁厚如果相差太大，厚壁处会产生金属局部积聚形成热节，凝固收缩时在热节处形成缩孔、缩松缺陷。此外，各部位冷却不均匀，易形成热应力，致使铸件在薄壁和厚壁连接处产生裂纹。因此，在进行铸件结构设计时应做到壁厚力求均匀。5.壁厚应力求均匀6.避免水平大平面如果铸件有大的水平空腔存在，当液体金属上升到该位置时，由于断面突然扩大，上升速度缓慢，高温金属液较长时间烘烤顶部型面，极易造成夹砂、浇不足等缺陷，同时也不利于金属夹杂物和气体的排除。因此，应尽量设计成倾斜壁。6.避免水平大平面7.有利于顺序凝固有的铸件因工作需要，结构设计上造成壁厚不均匀和局部厚度较大，而且合金的体收缩又比较大，这时很容易形成缩孔和缩松缺陷。因此，应仔细审查零件结构实现顺序凝固的可能性，使之便于安放冒口、冷铁，以避免出现缩孔、缩松缺陷。8.铸件结构应能防止热裂和变形经验表明，某些壁厚均匀的细长铸件、较大面积的平板铸件，及某些壁厚不均匀的长形箱体类铸件，如床身类铸件，都会产生翘曲变形。前两者产生翘曲变形的主要原因是：铸件结构刚度差，铸件各面冷却条件的差别所引起的不大的内应力使其变形。后者主要是壁厚差别大，厚壁处冷却慢，薄壁处冷却快，引起较大的内应力促使铸件产生变形。铸件变形可以采用改进铸件结构、设置加强筋提高刚性、人工时效、采用反变形等方法予以解决。8.铸件结构应能防止热裂和变形8.铸件结构应能防止热裂和变形铸造方法与铸件结构砂型铸造金属型铸造熔模铸造压力铸造离心铸造挤压铸造铸件形状可以很复杂不宜太复杂可较复杂不宜太复杂限中空回转体不宜太复杂铸件大小不限制中小件100kg中小件25kg中小件不限制中小件铸件壁厚不限制不宜壁厚差太大不限制不宜壁厚差太大由浇注量控制较适合于厚壁铸件铸件最小壁厚（mm）铝合金3铸铁3铸钢6铝合金2-3，灰铸铁4，铸钢50.5铝合金0.5锌合金0.4铜合金0.8比同类重力铸造薄2-5拔模斜度最小15’一般10铝合金15’锌合金15’铜合金1015’--2015比压铸和金属型大最小铸出孔槽灰铸铁≥30铸钢≥606-80.50.77镶嵌件可以，费用少可以不可以可以，降低生产率可以较难凸台、侧凹可以，费用少可以可以，较困难可以，成本高不可以可以，较困难一、从避免缺陷方面审查零件结构的合理性应考虑的原则：1．铸件应有合理的壁厚；2．铸件壁的连接应逐渐过渡；3．结构圆角的设计；4．内壁厚度应小于外壁；5.壁厚应力求均匀；6.避免水平大平面；7.有利于顺序凝固；8.铸件结构应能防止热裂和变形。二、从简化铸造工艺过程方面进行零件结构的工艺性分析1.铸件结构应便于起模、简化工艺、节省造型和制模工时铸件侧壁上的凸台、突缘、筋条等，常常妨碍起模。而为了这些小的凸台、突缘、筋条等，在大量生产中不得不增加砂芯。在单件、小批生产中，必须将它们制成活动模块（活块）。这些活动模块都大大增加造型、制芯和模具制造的工时，提高了生产成本。如果从简化铸造工艺过程的角度对其结构稍加改进，即可避免这些缺点。1.铸件结构应便于起模、简化工艺、节省造型和制模工时尽量取消铸件外壁的侧凹2.应减少、简化分型面，尽量采用平直分型面分型面最好只有一个，并且最好是简单的平面。这样只需要两箱造型，减少了造型和模具制造工时，提高铸件精度，并易于实现机械化生产。平直的分型面可以减少铸件的毛边、便于清理。2.减少、简化分型面，尽量采用平直分型面3.减少砂芯数量，尽量不用或少用砂芯有砂芯的铸件不仅增加成本，而且使造型、造芯和合箱工艺复杂化，影响生产率和铸件质量。3.减少砂芯数量，尽量不用和少用砂芯4.取消不必要的圆角虽然铸件的转角处几乎都希望用圆角相连接，这是由铸件的结晶和凝固的合理性所决定的。但是有些外圆角对铸件的质量影响并不大，但却对造型、制芯等工艺过程有不良效果，此时，应将圆角取消。5.有利于砂芯的固定和排气如轴承架铸件，其内腔采用两个砂芯，其中较大的砂芯采用悬臂芯，不稳定，必须用芯撑加固。若改成使用整体芯的工艺，既将两个砂芯做成一个砂芯，既不影响零件的使用，而且砂芯的稳定性大为提高，下芯也很方便，排气也通畅。注意：尽量少用或避免使用芯撑。对于砂芯芯头不足、难以固定砂芯的铸件，为使砂芯稳固，可适当采取开设工艺孔的方法解决。如图所示的铸件，因底面没有芯头，只好加芯撑。当改成右图所示的结构后，不仅省去芯撑，也便于排气和清理。这些工艺孔可用螺钉或柱塞堵住。5.有利于砂芯的固定和排气6.复杂铸件分体铸造，简单小件联合铸造有些大而复杂的铸件，可考虑分成两个以上的简单铸件，铸造后再用螺栓或焊接的方法连接起来，以简化铸造过程，也可使本来没有条件生产的大型铸件的生产成为可能。与分体铸造相反，一些很小的零件，如轴套，压环、密封环等，可把许多小件连在一起，铸成一个较长的铸件再机械加工，或将多个小件采用叠箱造型的方法生产。6.复杂铸件分体铸造，简单小件联合铸造1.铸件结构应便于起模、简化工艺、节省造型和制模工时；2.应减少、简化分型面，尽量采用平直分型面；3.减少砂芯数量，尽量不用和少用砂芯；4.取消不必要的圆角；5.有利于砂芯的固定和排气；6.复杂铸件采用分体铸造，简单小件采用联合铸造。二、从简化铸造工艺过程方面进行零件结构的工艺性分析－总结6-2浇注位置的确定浇注位置：浇注时铸件在型内所处的位置（即哪个面朝上的问题）。浇注位置应依据铸件的质量要求、大小、结构特点、合金性能、生产批量、现场条件及综合效益等方面评估，很大程度上着眼于顺序凝固。1.铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面有几个加工面时，应该将主要的或较大的加工面朝下或侧立，受力的部位放在下部，个别加工面朝上时要适当加大加工余量。理由是：浇注位置的下部：冷却快，有静压力作用和上部金属的补缩而致密，几乎无夹杂和气孔；浇注位置的上部：因渣、气上浮，故易产生气孔、夹砂、砂眼、气隔等缺陷。2.铸件的大平面朝下，采用倾斜浇注因为在浇注过程中，熔融金属处于大平面位置时，金属液面的上升速度缓慢，对型腔上表面有强烈的热辐射作用，容易使上表面型砂急剧地膨胀而变形或开裂，在铸件表面造成夹砂、结疤和鼠尾、沟槽等缺陷。因此，对大平板类铸件应采取倾斜浇注的方法，以增加液体金属的上升速度。如图所示，当倾斜浇注时，依砂箱大小，一般地，H值控制在200-400mm范围内。2.铸件的大平面朝下，采用倾斜浇注3.应保证铸件能充满薄壁部分放在下部或在内浇道以下，避免形成冷隔、浇不足等缺陷；要求金属液达到薄壁处所经过的路径、所需要的时间越短越好。4.有利于实现顺序凝固对体收缩较大的合金铸件，或铸件薄厚不均匀而易形成缩孔、缩松或对质量要求高的铸件，浇注位置的选择应有利于实现顺序凝固。为此，应使铸件的厚大部分置于铸件最上方，以便于安放冒口和最好地发挥冒口的补缩效果。如果不能完全做到这一点，也应使热节部分放置于铸件的侧面，可利用侧冒口进行补缩。5.保证砂芯定位稳固，排气通畅和下芯、检验方便吊砂在合箱、浇注时易塌箱，特别是向上半型吊芯操作不方便；悬臂式砂芯不稳固，在金属液浮力作用下易发生偏移，应尽量避免使用。砂芯不宜过高，以免造成合箱困难。砂芯在上箱时检验也很困难，对罩形件的排气问题也需注意，可采用分两阶段进行浇注，或采用盖芯或卧浇。5.保证砂芯定位稳固，排气通畅和下芯、检验方便6.应使合箱位置、浇注位置和冷却位置相一致这样可避免合箱后或浇注后再次翻转铸型。翻转铸型不仅劳动量大，而且容易引起砂芯移动、掉砂等缺陷。只是在个别情况下，为了造型方便和增加冒口的补缩效果等原因，要求合箱或浇注后改变冷却位置。例如：曲轴横浇竖冷，大平板水平合箱，倾斜浇注。但是对大批量生产，曲轴件仍然要卧浇卧冷。1.铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面；2.铸件的大平面朝下，或采用倾斜浇注；3.应保证铸件能充满；4.有利于实现顺序凝固；5.保证砂芯定位稳固、排气通畅和下芯、检验方便；6.应使合箱位置、浇注位置和冷却位置相一致。6-2浇注位置的确定原则－总结6-3分型面的选择分型面：两半铸型相互接触的表面。分型面的选择对简化造型工艺、提高生产率、降低成本、提高铸件的质量都具有直接的关系。分型面的确定最好与浇注位置的选择同时考虑，两者协调，使工艺简单，保证铸件质量。一般说来，应根据铸件的结构特点、技术要求、生产批量和现场条件，结合浇注位置选择。6-3分型面的选择选择原则：1.使全部或大部分铸件或将加工基准面、重要加工面处于同一半铸型内。铸件放在同一个砂箱内可以避免产生错箱和毛刺缺