第五章 铸件结构设计

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图 2
52 顶 盖 的 设 计
检查铸件壁厚的均匀性时，必须将铸件 的加工余量考虑在内。因为有时不包括加工 余量时似较均匀，但包括加工余量之后，热 节却很大。
对于某些难以做到壁厚均匀的铸件，若 合金的缩孔倾向较大，则应使其结构便于实 现定向凝固，以便安置冒口、进行补缩。
3．铸件壁的联接
(1)铸件的结构圆角 (2)避免锐角联接 (3)厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡
本章完
图 2-56 防裂筋的应用
5．减缓筋、辐收缩的阻碍
图2—57a为常见的轮形铸件，其轮辐为直 线形、偶数。这种轮辐容易制造模样，当采用 刮板造型时，等分轮辐较为简便。它的缺点是 轮缘、轮辐、轮毂间若比例不当，常因收缩不 一致，内应力过大，使铸件产生裂纹。为防止 上述裂纹，可改用图2—57b所示的奇数轮辐， 此种轮辐在内应力的作用下，可通过轮缘的微 量变形自行减缓内应力。同理，也可改用图2— 57c所示的弯曲轮辐，它可借轮辐本身的微量变 形自行减缓内应力。显然，后两种轮辐适用于 抗裂性能要求较高的铸件。
1．合理设计铸件的壁厚
每种铸造合金在选用某种铸造方法铸造时， 都有其适宜的壁厚。如其壁厚选择得当，则既 能保证铸件的力学性能，又能防止某些铸造缺 陷的产生。由于铸造合金的流动性各不相同， 所以在相同的砂型铸造条件下，不同铸造合金 所能浇注出铸件的“最小壁厚”也不相同。若 所设计铸件的壁厚小于该“最小壁厚”，则容 易产生浇不足、冷隔等缺陷。铸件的“最小壁 厚”主要取决于合金的种类和铸件的大小。
必须指出，由于各类合金的铸造性能不同，
因而它们的结构也各有其特点。灰铸铁因其缩孔、 缩松、热裂倾向均小，所以对铸件壁厚的均匀性、 壁间的过渡等要求均不像铸钢那样严格，但其壁 厚对力学性能的敏感性大，故以薄壁结构最为适 宜。另一方面，也要防止极薄的截面，以防出现 硬脆的白口组织。钢的铸造性能差，要严格要求 铸钢件的结构工艺性。由于其流动性差、收缩率 高，因此，铸钢件的壁厚不能过薄，热节要小， 并便于通过定向凝固来补缩。为防止裂纹，筋、 辐的布置要合理。
(1)铸件的结构圆角
铸件壁间转角处一般应具有结构圆角。这是由于：
①直角联接处形成了金属的积聚，而内侧散热条 件差，较易产生缩松和缩孔；
②在载荷的作用下，直角处的内侧产生应力集中， 使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加；
③一些合金的结晶过程中，将形成垂直于铸件表 面的柱状晶。若采用直角联接，则因结晶的方 向性，在转角的分角线上形成整齐的分界面， 在此分界面上集中了许多杂质，使转角处成为 铸件的薄弱环节使铸件转角处力学性能下降， 较易产生裂纹。当铸件采用圆角结构时，可克 服上述之不足。
第五章 铸件结构设计
第一节 铸件结构与铸造工艺的关系 第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系
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第一节 铸件结构与铸造工艺的关系
第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系
设计铸件时，必须考虑如下几个方面：
1．合理设计铸件的壁厚 2．铸件的壁厚应尽可能均匀 3．铸件壁的联接 4．防裂筋的应用 5．减缓筋、辐收缩的阻碍
图 2-57 轮辐的设计
图2—58为筋的几种布置形式。图 中a为交叉接头，这种接头因交叉处热 节较大，内部容易产生缩孔或缩松，内 应力也难以松弛，故较易产生裂纹。图 中b的交错接头和图中c的环状接头的热 节均较前者小，且可通过微量变形来缓 解内应力，因此抗裂性能均较交叉接头 好。
图 2-58 筋的几种布置形式
表 2-13 砂型铸造条件下铸件的最小壁厚 表2-14 为灰铸铁件的壁厚参考值。
图 2-51 导架构件的结构实例
为了充分发挥合
金的效能，使之既能 避免厚大截面，又能 保证铸件的强度和刚 度，应当根据载荷性 质和大小，选择合理 的截面形状，如丁字 形、工字形、槽形或 箱形结构，并在脆弱 部分安置加强筋。为 了减轻铸件的重量， 便于型芯的固定、排 气和铸件的清理，常 在铸件的壁上开设窗 口。图2—51为导架铸 件的结构实例。
2．铸件的壁厚应尽可能均匀
若铸件各部分的壁厚差别过大，则在厚壁 处形成金属聚集的热节，致使厚壁处易于产生 缩孔、缩松等缺陷。同时，由于铸件各部分的 冷却速度差别较大，还将形成热应力，这种热 应力有时可使铸件薄厚联接处产生裂纹(图2— 52a)。如果铸件的壁厚均匀，则上述缺陷常可 避免(图2—52b)。必须指出，所谓铸件壁厚的 均匀性是使铸件各壁的冷却速度相近，并非要 求所有的壁厚完全相同。例如，铸件的内壁因 散热慢，故应比外壁薄些，而筋的厚度则应更 薄(参见表2—14)。
表 2-15 铸造内圆角半径R值
(2)避免锐角联接
为减小热节和内应力，应避免铸件 壁间锐角联接。若两壁间的夹角小于90， 则应考虑图2—55所示的过渡形式。
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图
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55 锐 角 的 联 接
(3)厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡
厚壁与薄壁间的联接要逐步过 渡铸件各部分的壁厚往往难以做到 均匀一致，甚至存有很大差别。为 了减少应力集中现象，应采用逐步 过渡的方法，防止壁厚的突变。
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此外，外圆角还可美化铸件的外形，避免划伤
人体；铸造内圆角还可防止金属液流将型腔尖角冲 毁。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应。通 常应使转角处内接圆直径小于相邻壁厚的1.5倍，过 大则增大了转角处缩孔倾向。铸造内圆角的具体数 值可参阅表。
4．防裂筋的应用
为防止热裂，可在铸件易裂处增设防 裂筋，如图2—56所示。为使防裂筋能起 应有的防裂效果，筋的方向必须与机械应 力方向相一致，而且筋的厚度应为联接壁 厚的1／4～1／3。由于防裂筋很薄，故在 冷却过程中优先凝固而具有较高的强度， 从而增大了壁间的联接力。防裂筋常用于 铸钢、铸铝等易热裂合金。