铸造工艺设计基本原理.docx

铸造工艺设计基础铸造生产周期较长，工艺复杂繁多。为了保证铸件质量，铸造工作者应根据铸件特点，技术条件和生产批量等制定对的的工艺方案，编制合理的铸造工艺流程，在保证铸件质量的前提下,尽量地减少生产成本和改善生产劳动条件。本章重要简介铸造工艺设计的）基础知识,使学生掌握设计措施，学会查阅资料，培养分析问题和处理问题的能力。§Ll零件构造的铸造工艺性分析铸造工艺性，是指零件构造既有助于铸造工艺过程的顺利进行，又有助于保证铸件质量。还可定义为：铸造零件的构造除了应符合机器设备自身的使用性能和机械加工的规定外，还应符合铸造工艺的规定。这种对铸造工艺过程来说的铸件构造Fl勺合理性称为铸件的!铸造工艺性。另定义：铸造工艺性是指零件的构造应符合铸造生产的规定，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和减少成本。铸造工艺性不好，不仅给铸造生产带来麻烦，不便于操作，还会导致铸件缺陷。因此，为了简化铸造工艺，保证铸件质量，规定铸件必须具有合理的构造。一、铸件质量对铸件构造的规定（1） 件应有合理的壁厚某些铸件缺陷的产生,往往是由于铸件构造设计不合理而导致H勺。采用合理的铸件构造,可防止许多缺陷。每一种铸造合金，均有一种合适的壁厚范围，选择得当，既可保证铸件性能（机械性能）规定，又便于铸造生产。在确定铸件壁厚时一般应综合考虑如下三个方面：保证铸件抵达所需要的强度和刚度；尽量节省金属；铸造时没有多大困难。（I）壁厚应不不不不大于最小壁厚在一定的铸造条件下，铸造合金能充斥铸型的最小壁厚称为该铸造合金的最小壁厚。为了防止铸件的浇局限性和冷隔等缺陷，应使铸件的设计壁厚不不不不大于最小壁厚。多种铸造工艺条件下，铸件最小容许壁厚见表7-1表7-5表1-1砂型铸造时铸件最小容许壁厚（单位：三）合金种类铸件最大轮廓尺寸为下列值时三<2002(X)-4(X)4(X)-8(X)800-12501250-2023>2023碳素铸钢891114161820低合金钢8-99-1012162025高铸钢8-91()12162025不锈钢、耐热钢8-1110-1212-1616-2020-25-灰铸铁3-44-55-66-88-1010-12孕育铸铁5-66-88-1010-1212-1616-20（HT300以上）3-44-88-1010-1212-1414-16球墨铸铁铸件最大轮廓为下列值时mm<100l-200200-4004-800800-1250铸造铝合金34-55-65-8!-12表1-2熔模铸件的最小壁厚（单位：三）铸件尺寸mm最小壁厚三1碳钢高温合金铝合金铜合金10501.5-2.00.6-1.01.5-2.01.5-2.0501002.02.50.81.52.02.52.02.5100-2002.53.O1.0-2.025302.53.02003503.O3.53.O-3.53.03.5>3504.05.03.5-4.03.54.0表13金属型铸件日勺最小壁厚（单位：mm）铸件尺寸/mm最小壁厚/刖铝硅合金铝镁合金、镁合金铜合金灰铸铁铸钢50X502.232.535100×1OO2.53338225×225343.5410350X350:5-15I.?表1-4压铸件的最小壁厚（单位：mm）压铸件面积/cm2锌合金铝合金镁合金铜合金<250.7-1.00.8-1.21.5-2.0251001.0-1.61.21.82.02.5I00-4()01.6-2.01.5-2.()2.53O>4002.02.52.0-2.53.035（2） 铸件的临界壁厚在铸件构造设计时，为了充足发挥金属的潜力，节省金属，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚欧）敏感性。厚壁铸件轻易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析和松软等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。从这个方面考虑，多种铸造合金都存在一种临界壁厚。铸件In壁厚超过临界壁厚后，铸件的力学性能并不按比例地伴随铸件壁厚的增长而增长，而是明显下降。因此，铸件的构造设计应科学地选择壁厚，以节省金属和减轻铸件重量。在砂型铸造工艺条件下，多种合金铸件H勺临界壁厚可按最小壁厚的3倍来考虑。铸件壁厚应随铸件尺寸增大而对应增大，在合适壁厚的条件下，既以便铸造又能充足发挥材料的力学性能。表7-5,表7-6给出砂型铸造多种铸造合金的临界壁厚。表1-5砂型铸造多种铸造合金的临界壁厚（单位：三）合金种类与牌号当铸件重量（kg）为下列值时().1-2.52.5-10>IOHT100,HT1508-1010-1520-25灰铸铁HT200,HT25012-1512-1512-18HT3OO12-1815-1825HT35O15-2015-2025可锻铸铁KTH300-06KTH390-861012-12-KTH35O-1OKTH370-26-1010-12球墨铸铁QT400-15QT450-101015-2050QT500-7QT23O-314-1818-2060碳素铸钢ZG200-400ZG230-4501825ZG270-500ZG310-5701520ZG340-6401520铝合金6-1061210-14铁合金10-1412-18锡合金-68一表1-6碳素铸钢件砂型铸造H勺临界壁厚（单位：mm）含碳量0.100.200.300.400.50临界壁厚1113.518.52539（3） 铸件的内壁厚度砂型铸造时，铸件内壁散热条件差，虽然内壁厚度与外壁厚度相等，但由于它比外壁的凝固速度慢，力学性能往往要比外壁低，同步在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力致使铸件产生裂纹。对于凝固收缩大H勺铸造合金还易产生缩孔和缩松，因此铸件的内壁厚度应比外壁厚度薄某些。图1-1铸件内壁的合理构造a,b)不合理C)合理表1-7砂型铸造多种铸造合金件内、外壁厚相差值合金类别铸铁铸钢铸铝铸铜铸件内壁比外壁厚度应减少的相对值%10-2020-3010-2015-20注，铸件内腔尺寸大的取下限对于锻钢制造的轴类零件来说，增大直径便可提高承载能力。但对铸件来说，伴随壁厚的增长，中心部分晶粒粗大，承载能力并不随壁厚增长而成比例地增长。因此，在设计较厚铸件时，不能把增长壁厚当作提高承载能力的唯一措施。为了节省金属，减轻铸件重量，可以选择合理的截面形状，如承受弯曲载荷的铸件，可选用“r型或“工”型截面。采用加强筋也可减小铸件壁厚。一般筋厚<内壁厚外壁厚。2 .铸件壁应合理连接铸件壁厚不均，厚薄相差悬殊，会导致热量集中，冷却不均，不仅易产生缩孔、缩松，并且易产生应力、变形和裂纹。因此规定铸件壁厚尽量均匀，如图1-2(a)所示构造中壁厚不均，在厚的部分易形成缩孔，在厚薄连接处易形成裂纹。改为1-2(b)构造后，由于壁厚均匀，即可防止上述缺陷产生。也可用薄壁加加强筋构造。加强筋Fl勺布置应尽量防止或减少交叉，防止习惯年成热节。例如钳工划线平台，其筋条布置如图1-3所示。铸件各部分壁厚不均现象有时不可防止，此时应采用逐渐过渡的方式，防止截面忽然变化。接头断面的类型大体可分为L、V、K、T和十字型五种。在接头处，凝固速度慢,轻易产生应力集中、裂纹、变形、缩孔、缩松等缺陷。在接头形式的选用中,应优选L型接头，以减小与分散热节点及防止交叉连接。逐渐过渡的形式与尺寸如表7-8所示。由表可知，壁厚差异不很大时，采用圆弧过渡()；壁厚差异很大时，采用L型过渡，在同等状况下，铸钢件的过渡尺寸比铸铁件要大。两壁相交，其相交和拐弯处要作成圆角。a)防止形成尖砂位卷筋相开和胧献热节图1.2均匀壁厚防止形成热节举例限3-1-6薄光底罩饰件豆）从浇注条件看,设计得不合意b）合理C）将图a > 的Ift计用假科铸番的方法进行海注3 .构造斜度进行铸件设计时，凡顺着拔模方向的不加工表面尽量带有一定斜度以便于起模，便于操作,简化工艺。铸件垂直度越小，斜度越大。图AiT铸件翻角的作用域内簌置说明金鼠堆积情况*一运直找的俎叫我示堵吊方向图377O不必要的圆角给铸造带来困难a）.c）不合理b）.d）合理1一披籁不在转角处2-转角处可能有薄的披缝图3-1-39砂芯的捣砂面和排干支承面a）砂芯分为两块b）整体9芯C）平面烘干板d）成形烘干镂e）砂胎支承换干】一铸件*一奴千板3-成形烘干SS4一眇胎）在同一平面上的些h)宜角相交的两壁-a< 2 ； R = . r =o. ( A I Q)-> . -=iyA - a +c =A. R a，cQ成形相交的三4*c>.bJA5 ct/H I 十 2CA ； g+cA历 >3C。=4C图AlT各种不同壁厚的过渡联结.综合以上所述，为了保证铸件质量，铸件的合理构造为:1）壁厚力争均匀，减小厚大断面，防止形成热节。措施是将厚大部位挖去一部分；图7-52）内壁厚度应不不不大于外壁。由于内壁冷却慢，合适减薄（图7-6）O3）应有助于补缩和实现次序凝固。有些铸件铸锭厚度较大或厚度不均。假如该件所用合金的体积收缩较大，则很轻易形成缩孔、缩松。此时应仔细审查零件构造，尽量采用次序凝固方式，让薄壁处先凝，厚壁处后凝，使在厚壁处易于安放冒口补缩，以防止缩孔、缩松。图774）注意防止发生翘曲变形。细长杆状铸件，大平板铸件，增长加强筋及变化截面形状床身一类的铸件，其截面形状不容许变化，为防止其变形可采用反挠度，即在模样上采用反变形量。假如既不能设加强筋，又不能该变截面形状，只好采用人工失效措施消除应力减少变形。5）应防止水平方向出现较大平面。大平面铸件的上部型砂时间受金属液体烘烤，轻易导致夹砂。处理的措施是倾斜浇注或设计成倾斜壁。应防止铸件收缩时受到阻碍，否则会导致裂纹，对于收缩大的合金铸件尤其要注意这一点。4.铸件构造设计原则（1）设计铸件壁厚时应考虑到合金的流动性；流动性越好的合金，充型能力越强，铸造时就不轻易产生浇局限性、冷隔等缺陷，因此，能铸出的铸件最小壁厚尺寸也就越小。（2）铸型型腔的形状与尺寸大小是根据铸件的形状与尺寸决定的。不同样的型腔形状和尺寸对液态金属的流动的阻力，散热状况是不同样H勺，从而会导致液态金属在型腔内H勺流动与填充状况不同样。因此，铸件构造