零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析

1、零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析鑄造工藝性，是指零件結(jié)構(gòu)既有利于鑄造工藝過程的順利進(jìn)行，又有利于保證鑄件質(zhì)量。還可定義為：鑄造零件的結(jié)構(gòu)除了應(yīng)符合機(jī)器設(shè)備本身的使用性能和機(jī)械加工的要求外，還應(yīng)符合鑄造工藝的要求。這種對(duì)鑄造工藝過程來說的鑄件結(jié)構(gòu)的合理性稱為鑄件的鑄造工藝性。另定義：鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄造工藝過程和降低成本。鑄造工藝性不好，不僅給鑄造生產(chǎn)帶來麻煩，不便于操作，還會(huì)造成鑄件缺陷。因此，為了簡化鑄造工藝，確保鑄件質(zhì)量，要求鑄件必須具有合理的結(jié)構(gòu)。一、 鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1鑄件應(yīng)有合理的壁厚某些鑄件缺陷的產(chǎn)生，往往是由于鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

2、而造成的。采用合理的鑄件結(jié)構(gòu)，可防止許多缺陷。每一種鑄造合金，都有一個(gè)合適的壁厚范圍，選擇得當(dāng)，既可保證鑄件性能（機(jī)械性能）要求， 又便于鑄造生產(chǎn)。在確定鑄件壁厚時(shí)一般應(yīng)綜合考慮以下三個(gè)方面： 保證鑄件達(dá)到所需要的強(qiáng)度和剛度；盡可能節(jié)約金屬；鑄造時(shí)沒有多大困難。（ 1）壁厚應(yīng)不小于最小壁厚在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小壁厚稱為該鑄造合金的最小壁厚。 為了避免鑄件的澆不足和冷隔等缺陷，應(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)壁厚不小于最小壁厚。各種鑄造工藝條件下，鑄件最小允許壁厚見表1-1表1-5表1-3金屬型鑄件的最小壁厚（單位：mm）鑄件最大輪廓尺寸為下列值時(shí)/mm< 200200-400400-

3、800800-12501250-2000>2000碳素鑄鋼89111416 1820低合金鋼8-99-1012162025高鉆鋼8-91012162025不銹鋼、耐熱鋼8-1110-1212-1616-2020-25-灰鑄鐵3-44-55-66-88-1010-12孕育鑄鐵5-66-88-1010-1212-1616-20（HT300 以上）3-44-88-1010-1212-1414-16球墨鑄鐵鑄件最大輪廓為下列值時(shí) mm鑄造鋁合金< 100100-200200-400400-800800-125034-55-66-88-12表1-2熔模鑄件的最小壁厚（單位：mm）mm碳鋼局溫

4、合金鋁合金銅合金10501.52.00.61.01.52.01.52.0501002.02.50.81.52.02.52.02.51002002.53.01.02.02.53.02.53.02003503.03.5一3.03.53.03.5>3504.05.0一3.54.03.54.0鑄件尺寸最小壁厚/mm鑄件尺寸最小壁厚/ mmmm專口磯口金鋁鎂合金、鎂合金銅合金灰鑄鐵鑄鋼50X502.232.535100 X1002.53338225X225343.5410350 X350454512表1-4壓鑄件的最小壁厚（單位：mm）壓鑄件面積鋅合金 鋁合金鎂合金 銅合金2 cm<250.

5、71.00.81.21.52.0251001.01.61.21.82.02.51004001.62.01.52.02.53.0>4002.02.52.02.53.03.5（2） 鑄件的臨界壁厚在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了充分發(fā)揮金屬的潛力，節(jié)約金屬，必須考慮鑄造合 金的力學(xué)性能對(duì)鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、 偏析和松軟等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。從這個(gè)方面考慮，各種鑄造合 金都存在一個(gè)臨界壁厚。鑄件的壁厚超過臨界壁厚后，鑄件的力學(xué)性能并不按比 例地隨著鑄件壁厚的增加而增加， 而是顯著下降。因此，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)地選擇壁厚，以節(jié)約金屬和減輕鑄件重量。 在砂型

6、鑄造工藝條件下，各種合金鑄 件的臨界壁厚可按最小壁厚的3倍來考慮。鑄件壁厚應(yīng)隨鑄件尺寸增大而相應(yīng)增 大，在適宜壁厚的條件下，既方便鑄造又能充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能。表 1-5, 表1-6給出砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚。表1-5砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚（單位：mm）當(dāng)鑄件重量（kg）為卜列值時(shí)合金種類與牌號(hào)0.12.52.510> 10HT100,HT15081010152025HT200,HT250121512151218灰鑄鐵HT3001218151825HT3501520152025可鍛鑄鐵KTH300-06 KTH390-86101212-KTH350-10 KTH370-

7、26101012-球墨鑄鐵QT400-15QT450-1010152050QT500-7QT230-31418182060ZG200-400 ZG230-4501825-碳素鑄鋼ZG270-500 ZG310-5701520-ZG340-6401520-鋁合金6106121014鎂合金10141218-錫合金-68-表1-6碳素鑄鋼件砂型鑄造的臨界壁厚（單位：mm）含碳量0.100.200.300.400.50臨界壁厚1113.518.52539（3） 鑄件的內(nèi)壁厚度砂型鑄造時(shí)，鑄件內(nèi)壁散熱條件差，即使內(nèi)壁厚度與外壁厚度相等, 但由于它比外壁的凝固速度慢，力學(xué)性能往往要比外壁低，同時(shí)在鑄造 過

8、程中易在內(nèi)、外壁交接處產(chǎn)生熱應(yīng)力致使鑄件產(chǎn)生裂紋。對(duì)于凝固收 縮大的鑄造合金還易產(chǎn)生縮孔和縮松，因此鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)比外壁厚 度薄一些。圖1-1鑄件內(nèi)壁的合理結(jié)構(gòu)a, b）不合理 c）合理表1-7砂型鑄造各種鑄造合金件內(nèi)、外壁厚相差值合金類別鑄鐵鑄鋼鑄鋁鑄銅鑄件內(nèi)壁比外壁厚度應(yīng)減少的相對(duì)值1020203010201520注：鑄件內(nèi)腔尺寸大的取下限對(duì)于鍛鋼制造的軸類零件來說，增大直徑便可提高承載能力。但對(duì)鑄件來說，隨著壁厚的增加，中心部分晶粒粗大，承載能力并不隨壁厚增加而成比例地增加。因此， 在設(shè)計(jì)較厚鑄件時(shí)，不能把增加壁厚當(dāng)作提高承載能力的唯一辦法。為了節(jié)約金屬，減輕鑄件重量，可以選擇合理的截

9、面形狀，如承受彎曲載荷的鑄件，可選用“T”型或“工”型戰(zhàn)硒加強(qiáng)筋也可減小鑄件壁厚。一般筋厚內(nèi)壁厚 外壁厚。2 . 鑄件壁應(yīng)合理連接鑄件壁厚不均，厚薄相差懸殊，會(huì)造成熱量集中，冷卻不均，不僅易產(chǎn)生縮孔、縮松，而且易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋。所以要求鑄件壁厚盡量均勻，如圖1-2 (a)所示結(jié)構(gòu)中壁厚不均，在厚的部分易形成縮孔，在厚薄連接處易形成裂紋。改為1-2 (b)結(jié)構(gòu)后，由于壁厚均勻，即可防止上述缺陷產(chǎn)生。也可用薄壁加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)筋的布置應(yīng)盡量避免或減少交叉，防止習(xí)慣年成熱節(jié)。例如鉗工劃線平臺(tái)，其筋條布置如圖1-3 所示。鑄件各部分壁厚不均現(xiàn)象有時(shí)不可避免，此時(shí)應(yīng)采用逐漸過渡的方式，避免截面突

10、然變化。接頭斷面的類型大致可分為L、 V、 K、 T 和十字型五種。在接頭處，凝固速度慢,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。在接頭形式的選用中,應(yīng)優(yōu)選L 型接頭，以減小與分散熱節(jié)點(diǎn)及避免交叉連接。逐漸過渡的形式與尺寸如表1-8 所示。 由表可知，壁厚差別不很大時(shí)，采用圓弧過渡；壁厚差別很大時(shí)，采用L 型過渡，在同等情況下，鑄鋼件的過渡尺 寸比鑄鐵件要大。兩壁相交，其相交和拐彎處要作成圓角。圖1-2 均勻壁厚避免形成熱節(jié)舉例3 .結(jié)構(gòu)斜度進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)時(shí)，凡順著拔模方向的不加工表面盡可能帶有一定斜度以便于 起模，便于操作，簡化工藝。鑄件垂直度越小，斜度越大。圖377。不塔要的圓角給鑄

11、造帶來困港 C不合理b> 合理E一皺建不在轉(zhuǎn)角處9一憐帝處可能有簿的掖舞033-1-39秒芯的揭砂面和烘干支承面建名分為兩線 外魅體。芯 已）平而烘干板d）或手跳干柴 G砂哈支承牌干I一涌件 工一撒千機(jī) 3-池彬蚓 4TPB&B1宣貪剁交的雨生切吟工影如空的三餐«）在N一舉上的上4-V；R-口，i" + 6。*2/吃 c-*ZA7- '：（I + W。 ！ sy ： %7.o=Zg &TC月*K,m h>| 人二必3T7 Aff不周隹曜函靛辿F綜合以上所述，為了保證鑄件質(zhì)量，鑄件的合理結(jié)構(gòu)為:1）壁厚力求均勻，減小厚大斷面，防止形成熱節(jié)。

12、辦法是將厚大部位挖去一部分；圖1-52）內(nèi)壁厚度應(yīng)小于外壁。因?yàn)閮?nèi)壁冷卻慢，適當(dāng)減?。▓D 1-6）。3）應(yīng)有利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)順序凝固。有些鑄件鑄錠厚度較大或厚度不均。如果該件所用合金的體積收縮較大，則 很容易形成縮孔、縮松。此時(shí)應(yīng)仔細(xì)審查零件結(jié)構(gòu)，盡可能采取順序凝固方式， 讓薄壁處先凝，厚壁處后凝，使在厚壁處易于安放冒口補(bǔ)縮，以防止縮孔、縮松。圖1-74）注意防止發(fā)生翹曲變形。細(xì)長桿狀鑄件，大平板鑄件，增加加強(qiáng)筋及改變截面形狀床身一類的鑄件，其截面形狀不允許變化，為防止其變形可采用反撓度，即在模樣上采取反變形量。如果既不能設(shè)加強(qiáng)筋，又不能該變截面形狀，只好采用 人工失效方法消除應(yīng)力減少變形。5）

13、應(yīng)避免水平方向出現(xiàn)較大平面。大平面鑄件的上部型砂時(shí)間受金屬液體烘烤，容易造成夾砂。解決的辦法是傾斜澆注或設(shè)計(jì)成傾斜壁。應(yīng)避免鑄件收縮時(shí) 受到阻礙，否則會(huì)造成裂紋，對(duì)于收縮大的合金鑄件尤其要注意這一點(diǎn)。4 .鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則（1）設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)應(yīng)考慮到合金的流動(dòng)性；流動(dòng)性越好的合金，充型能力越強(qiáng)，鑄造時(shí)就不容易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷， 因此，能鑄出的鑄件最小壁厚尺寸也就越小。（2）鑄型型腔的形狀與尺寸大小是根據(jù)鑄件的形狀與尺寸決定的。不同的型腔 形狀和尺寸對(duì)液態(tài)金屬的流動(dòng)的阻力， 散熱情況是不同的，從而會(huì)導(dǎo)致液態(tài)金屬在型腔內(nèi)的流動(dòng)與填充情況不同。因此，鑄件結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免突變性的轉(zhuǎn)變、壁厚急劇的

14、變化、細(xì)長結(jié)構(gòu)、大的水平面、高度較大的凸臺(tái)等。( 3)一個(gè)鑄件在生產(chǎn)過程中是否出現(xiàn)縮孔、縮松、變形、熱裂、冷裂等收縮類鑄造缺陷，出現(xiàn)在哪個(gè)部位、嚴(yán)重程度如何，都與鑄件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。由此可以得出指導(dǎo)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則：1) 對(duì)凝固收縮大，容易產(chǎn)生集中縮孔的合金，如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅、無錫青銅、鋁硅共晶合金等，傾向于采用順序凝固方式鑄造。這時(shí)在進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使鑄件結(jié)構(gòu)形式有利于順序凝固。2) 對(duì)溶液產(chǎn)生縮松的合金，如錫青銅、磷青銅等采用冒口補(bǔ)縮效果不大，常采用同時(shí)凝固方式來使縮松更分散些；對(duì)收縮較小的合金，如鑄鐵更傾向于采用同時(shí)凝固方式鑄造。這時(shí)鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)是壁厚均勻，盡量減少

15、金屬的聚集與消除熱節(jié)。 對(duì)于一些結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的大鑄件，也可將其各部分按順序或同時(shí)凝固方式設(shè)計(jì)。3) 盡量使鑄件結(jié)構(gòu)有利于自由收縮，如盡量減少鑄件的輪廓尺寸，減少突出部分，必要時(shí)可將一個(gè)鑄件分成幾個(gè)小鑄件，然后用焊接或螺栓連接起來。4) 盡量避免產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀，如不應(yīng)有尖角、不同壁厚之間的連接要平緩。5) 應(yīng)考慮到各種鑄造方法的工藝過程、凝固特點(diǎn)、鑄型和型芯的特點(diǎn)。尤其市使用金屬鑄型和型芯的鑄造方法。如金屬型鑄造、壓力鑄造，應(yīng)便于鑄件的抽芯和出芯。二 、從生產(chǎn)工藝考慮簡化工藝便于操作角度對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)提出的要求鑄件結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)有利于保證鑄件質(zhì)量，防止和減少鑄造缺陷，而且應(yīng)保證造型、制芯、清理等操作的方便， 以利于提高生產(chǎn)率和降低成本。因此要求鑄件要：1、 便于起模。改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)、凸緣，筋板和外表面?zhèn)劝肌?、 減少和簡化分型面減少分型面的數(shù)目，既可減少砂箱數(shù)目，又能提高鑄件尺寸精度。曲面分型，工藝復(fù)雜，操作不便（制造模樣和造型不方便），應(yīng)盡量做成平直分型面。3、 改進(jìn)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，盡量減少砂芯