铸件结构工艺性

2.1.4　铸件结构工艺性

1．合金铸造性能对铸件结构的要求

（1）铸件的壁厚应合理。铸件的壁厚越大，金属液流动时的阻力越小，而且保持液态的时间也越长，因此有利于金属液充满型腔。而铸件壁厚减小时，很容易在铸件上出现冷隔和浇不足等缺陷。常用合金砂型铸造的最小壁厚如表2-2所示。

表2-2　常用合金砂型铸造的最小壁厚

（2）铸件各处壁厚力求均匀。铸件各处的壁厚如果相差太大，必然会在壁厚处产生冷却较慢的热节，热节处则容易形成缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，如图2-11（a）所示。同时，由于不同壁厚的冷却速度不一样，因而会在厚壁和薄壁之间产生热应力，就有可能导致产生热裂纹。如图2-11（b）所示则是改进后的铸件结构。

图2-11　铸件的壁厚

（3）壁间连接要合理。壁间连接应注意以下三点：

①要有结构圆角。在铸件的转弯处要有结构圆角，如图2-9所示。

②壁的厚薄交界处应合理过渡。注意避免厚壁与薄壁连接处的突变，应当使其逐渐地过渡，如图2-12所示。

图2-12　厚薄壁连接

③壁间连接应避免交叉和锐角。两个以上铸件壁相连接处往往会形成热节，如果能避免交叉结构和锐角相交，即可防止缩孔缺陷。图2-13中示出了几种壁间连接结构的对比。

（4）铸件应尽量避免大的水平面。铸件上大的水平面不利于金属液的充填，同时，平面上方也易掉砂而使铸件产生夹砂等缺陷。图2-14示出了铸件结构的对比方案。

图2-13　几种壁间连接结构的对比

图2-14　铸件防止大平面的措施

（5）避免铸件收缩时受阻。在铸件最后收缩的部分，如果不能自由收缩的话，则会产生拉应力。由于高温下的合金抗拉强度很低，因此铸件容易产生热裂缺陷。图2-15中的轮子，当其轮辐为直线和偶数时，就很容易在轮辐处产生裂纹。如果轮辐设计成奇数且呈弯曲状时，由于收缩时的应力可以借助于轮辐的变形而有所减小，从而可避免热裂。

图2-15　轮辐的设计

（6）尽量避免壁上开孔而降低其承载能力。铸件壁上开孔，往往会造成应力集中，降低承载能力。在不得已的情况下，为了增强壁上开孔处的承载能力，一般均在开孔处设置凸台，如图2-16所示。

图2-16　增强开孔处承载能力的凸台

（7）铸件结构应防止铸件变形。平板类和细长形铸件，往往会因冷却不均匀而产生翘曲或弯曲变形。如图2-17（a）所示的三种铸件就容易发生变形。在平板上增加比板厚尺寸小的加强肋，或者改不对称结构为对称结构，均可有效地防止铸件变形，如图2-17（b）所示。

图2-17　防止铸件变形的铸件结构

2．铸造工艺对铸件结构的要求

（1）简化铸件结构，减少分型面。如图2-18（a）所示的铸件，固有两个分型面，必须采用三箱造型方法生产，生产效率低，而且易产生错型缺陷。在不影响使用性能的前提下，改为如图2-18（b）所示的结构后，只有一个分型面，可采用两箱造型法。

图2-18　减少铸件分型面的结构

（2）尽量采用平直的分型面。铸型的分型面若不平直（如图2-19（a）所示），造型时必须采用挖砂造型或其他造型，这种造型方法的生产效率较低。如果把铸件结构改为如图2-19（b）所示的结构，分型面就位于铸件端面上，而且是一个平面，这就简化了造型操作过程，从而提高了生产效率。

图2-19　使分型面平直的铸件结构

（3）尽量少用或不用型芯。减少型芯或不用型芯，可节省造芯材料和烘干型芯的费用，也可减少造芯、下芯等操作过程。如图2-20（a）所示的铸件，因内腔出口处尺寸较小，必须用型芯才能铸出。若将内腔形状改为如图2-20（b）所示的结构后，则可用砂垛代替型芯。

图2-20　减少型芯的铸件结构

（4）尽量不用或少用活块。铸件侧壁上如果有凸台，可采用活块造型（如图2-21（a）所示）。但活块造型法的造型工作量较大，而且操作难度也大。如果把离分型面不远的凸台延伸到便于起模的地方（图2-21（b）所示），即可免去或减少取活块操作。

图2-21　避免活块的铸件结构

（5）垂直壁应考虑结构斜度。垂直于分型面的非加工表面，若具有一定的结构斜度，则不但便于起模，而且也因模样不需要较大的松动而提高了铸件的尺寸精度。如图2-22所示是考虑到铸件结构斜度的实例。

图2-22　考虑结构斜度铸件结构

（6）型芯的设置要稳固并有利于排气与清理。型芯在铸型中只有固定牢靠才能避免偏芯；只有出气孔道通畅才能避免产生气孔；只有清理时出砂方便，才能减少清理工时。图2-23（a）中，铸件有两个型芯，型芯处于悬壁状；只靠一端排气，气体排出比较困难；2#型芯也不便于清理。若将铸件结构改为如图2-23（b）所示的结构后，则工艺性大为改善。

图2-23　便于型芯固定、排气与清理的铸件结构