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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。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。摇臂两臂改在同一平面内，分型面平直，便于制模、造型。减少分型面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。2.铸件结构应便于造型×√避免侧凹，省去外型芯。机床底座×√2.尽量使分型面平直，避免不必要的圆角内凹3.凸台、肋应便于起模×改进的凸台活块的改进避免或减少活块对箱体、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。×√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。起模斜度有何不同？木模上的斜度，标在铸造工艺图上。结构斜度造型时为便于起模，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。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。××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。×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：××连接壁设计原则：结构圆角与逐渐过渡壁厚设计原则：力求均匀第二节铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构，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铸件尺寸铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金＜200×200200×200~500×500＞500×5006~810~1215~205~66~1015~25612—4~55~8—345~73~55~8—砂型铸造铸件最小壁厚（a）不合理（b)合理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。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。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。X热节（内接圆直径大于壁厚处）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。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偶数轮辐弯曲轮辐奇数轮辐课程复习结构材料工艺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）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