CN1010192B - 铸造砂型机械加工工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种用机械加工的方法直接切削加工砂型成型的工艺及设备。它解决了传统铸造工艺中用木模造型生产周期长、成本高的工艺方法，采用机械加工直接制出砂型，并解决了砂型切削刀具和排砂系统的技术难题。它能适用于80%以上的铸件，尤其对于大件小批量或单件生产的铸件，可大大提高效率，节约资金。

Description

本发明属于一种用机械加工的方法，直接切削加工砂型的工艺及设备。

现有技术中所采用的一般方法是用木模造型，制造木模要消耗大量的木材，而且生产周期长，成本高，为了改进传统工艺，提高效率降低成本，日本《JACT N

WS》1981年第293期P25～34上刊载了（日）大桥又信、井上静夫的文章提出了切削造型法的工艺思想，并对切削造型法进行了一些基础实验，提出了切削造型机实用化设计的一些基本设想，并在此基础上设计了两种两轴式和四轴式的切削造型机，该造型机主要用于异型管的砂型制造，其切削方式主要是采用类似刮板的片状刀具作回转运动，该设备没有单独的排砂系统，而且产品范围很窄，技术发展也不成熟，还处在试制阶段。

英国专利号1532698，介绍了日本人申请的利用切削工艺方法制造铸型的内容，该专利系程序控制的机床，其刀具简单，刀具也有中空槽，用来充注分型剂或排砂，主要缺点是刀具简单，只能加工形状简单的半圆形的圆柱体和管件之铸型，不能适合机械工业铸件形状复杂之要求，因而应用受到了限制。

本发明的目的是要提供一种铸造砂型机械加工工艺和设备，它可以克服上述之不足，完全不用制造木模，利用本工艺及设备以及各类刀具，可以制造各种形状铸件之砂型，效率高，成本低，能保证铸件之质量。

本发明的目的是这样实施的，它是利用中空的刀具在捣固椿实好的坚硬而细 均匀的砂箱或制备泥芯型用的坯块上，利用切削工 艺方法直接加工出砂型的形状，本工艺使用了具有中空主轴的切削设备，该设备主要有龙门式和悬臂式两种机床，主要由龙门架、主轴箱工作台、横梁和主轴箱等组成，工作台既可作直线运动也可作迥转运动，主轴箱可沿横梁作水平方向的直线运动，中空的主轴既可以作旋转进给运动，也可以作不旋转的进给运动，在中空的主轴上，选配由铸件形状及尺寸所决定的合适刀具可以对置于工作台上的砂箱或制备泥芯型用的坯块实现铣钻镗车刨切压等综合加工过程，完成铸件所需的外砂型和芯型的制造，切削下来的余砂由中空刀具以及与之相通的中空主轴，连接于一个真空源构成的真空排砂系统排出。本发明的工艺过程，按照铸造另件图纸以一定比例制备铸件图形投影底片，（如果利用数控砂型机床加工砂型，需要按图形编制加工程序，并输入数控砂型机床）先椿平砂箱，制备泥芯型用坯块分别加工制造砂型和泥芯型，利用投影仪将底片上图形以与实际要求的铸件尺寸以1∶1的比例投射在砂箱上，利用砂型机床的坐标性能按照投影线型，进行加工制造，如果是数控砂型机床就将按输入程序自动进刀加工，获得所需要之砂型。

本发明的设备，是在机床上方装有投影仪，其光学部份装在一个悬臂上面，沿悬臂之导轨可以左右移动，悬臂后部装有控制悬臂沿立柱导轨上下升降之电动机，立柱装在台板上面，台板上有一透孔，光学部份根据图纸形状直接把铸件之形状通过此透孔投射于置于工作台上面之砂箱，选用合适之刀具和利用机床主轴之运动来完成砂型之加工，对于形状简单的砂型，可以用座标法完成加工。

本设备采用空心主轴与中空刀具相结合，在加工过程中，切下之砂由空心主轴吸入装在主轴箱上部的排砂胶皮管，使余砂排入横置之排砂主管道，由此落入园筒形之卸料器中，由于气流在卸料器 中是螺旋的，使砂和气分离，砂子由卸料器下部的锥形漏斗落入下部的储砂箱中，而空气却从卸料器上部之管道和离心通风机向外排泄出去。

使用中空主轴和中空刀具可以排砂，如果不用此中空刀具，切下余砂无法清除，否则必须另有一套复杂的排砂系统才能实现排砂过程。

龙门式机床的横梁两端都装有传动电机，左端之电机通过变速箱与光杠相连，可以控制主轴箱主轴之迥转运动，右边电机通过变速箱与一个丝杠和一个光杠相连接，丝杠旋转可使主轴箱左右移动，如接通光杠旋转，可使主轴箱内主轴作上下之直线运动。

本发明与现有技术相比所具有的优点：

1、缩短了生产周期，提高生产率，尤其是对于大件、小批量生产的铸件具有明显的效果。

2、节约了大量木材，降低产品成本。

3、本发明所提出的工艺及设备可适用于全部铸件的80%以上。

4、提高了产品质量，采用该工艺及设备加工出的铸造砂型及型芯形状准确，轮廓清晰表面光洁。

5、由于机械加工砂型可不必做木模，也就谈不上拔模斜度，这样铸件可以均匀地留出机械加工余量，从而减轻铸件重量，节省金属材料。

6、本发明的工艺及设备减轻了工人的劳动强度，可以使铸件的单件小批量生产向机械化、自动化迈进一步。

7、由于本发明采用了完整的排砂系统，加工砂型时所排出的造型砂可以继续使用，减少浪费。

8、铸造厂家不需宠大的木模仓库，减少了占地面积，有利于工厂扩大再生产。

附图1、龙门式砂型机床示意图

附图2、悬臂式砂型机床示意图

附图3-1、3-2、3-3、普通砂型铣刀

附图4-1、4-2、4-3、双刃可更换刀头式铣刀

附图5-1、5-2、5-3、刀身与刀柄连在一体的双刃铣刀

附图6-1、6-2、砂型成型铣刀

附图7、直臂式双头砂型镗刀

附图8-1、8-2、曲臂式双头环柱砂型镗刀

附图9-1、9-2、直筒式双刃砂型镗刀

附图10-1、10-2、可调式板架镗刀

图11-1、11-2、砂型钻刀

图12-1、12-2、砂型刨刀

图13-1、13-2、砂型切插刀

图14、梯形三面刃刀片

图15、双外圆弧刀片

图16、凸三角形边刃刀片

图17、对称双铲式三面刃刀片

图18、横浇口专用刀片

图19、凸形半圆弧刀片

附图20、凹三角刃面刀片

附图21、凹形内圆弧刃面刀片

附图22、凸形两段圆弧刃面刀片

附图23、折边梯形镗刀片

附图24、凹弧形冒口刀片

附图25、圆芯头凸缘梯形刀片

附图26、带前倾角的铣刀片

附图27、铲式三面刃镗刀片

附图1所示为龙门式砂型机床。

机床横梁（01-09）可沿立柱（01-10）作上下升降的调整，用以适合外型分型面（砂箱高度面）深度面和芯型高度面的变化，主轴箱（01-08）可沿其横梁导轨（01-09）作横向进给运动，主轴可沿其轴线作进给运动，主轴有旋转进给和不旋转进给两种形式，主轴做旋转进给时可进行铣钻、镗车的加工，在不旋转进给时，可做车刨切压的加工，主轴可以立镗加工，如装配镗头，可进行卧镗的加工和对砂型（外砂型和芯型）进行侧面加工。工作台可沿落地导轨（未注图号）作纵向进给运动，工作台（01-14）旋转时可进行车加工，机床横梁左端配有马达和变速箱（01-12）控制主轴的回转运动，主轴可实现旋转和不旋转两种形式，横梁右端的变速箱（01-11）实现主轴箱的横向运动和主轴的进给运动。

投影仪的悬臂（01-02）可在立柱（01-05）上做升降的调整。

龙门式砂型加工机床配有排砂装置，实现切削加工，自动排除余砂。

龙门式砂型加工机床配用数控装置，可实现砂型的自动加工。

附图2是悬臂式砂型加工机床。该机床悬臂梁（02-09）可沿卧式床身导轨（02-11）作纵向运动，主轴箱（02-08） 可沿悬臂导轨作横向运动，主轴可沿其轴线送进，主轴具有旋转进给和不旋转进给两种运动，以实现铣、钻、镗、车、刨、切、压的加工，主轴装配镗头可进行卧镗的加工和对砂型进行侧面形状的加工。悬臂式砂型机床的工作台（02-13）可进行旋转车加工。

该机配有投影仪，用来配合机床进行砂型的加工制造。

悬臂式砂型机床配有排砂系统。

该机床配用数控装置，可实现砂型的自动加工。

附图3-1、3-2、3-3所示为普通砂型铣刀。中空的刀柄（03-01）上套接着滑配合的管状刀身（03-02），在刀身上开有竖刃（03-05），竖刃向外倾斜一定角度形成一进砂口（03-03），刀身的切削部份截面是一种螺旋线形状，刀具的横刃（03-06）用刀身端部本身材料制成，刀身和刀柄之间用调整螺钉（03-04）固定，竖刃完成立面的砂型加工，横刃完成底面的加工。

利用该刀具钻削可以完成砂型圆柱型穴，进行铣削可以完成方型穴，及各种轮廓和形状的加工。

附图4-1、4-2、4-3可更换刀头或双刃铣刀。在中空的刀柄（04-01）上套接着管状刀身（04-02），在刀身（04-02）下部两侧分别开有一窄缝，两刃刀片插装在窄缝中，两侧用螺钉（04-03）把刀片（04-06）固定，切削面前端排砂口的刀身侧面上装有可防止积砂的进砂罩（04-07）。

该刀具根据需要可更换不同形状的刀片。

附图5-1、5-2、5-3是刀身与刀柄形成一体的双刃铣刀。

在中空的刀体（05-01）上，开有一条窄缝，在窄缝中装 有一铣刀刀片（05-02），铣刀刀片两侧形成侧刃（05-06），底部形成横刃（05-07），在刀片两侧的刀身部份穿过固定螺钉（05-03），此螺钉穿过刀片上的孔，将刀片与刀体紧定，在刀片的前面，安装一防止积砂的进砂罩（05-04）用螺钉（05-05）与刀体紧定。

该刀具可根据需要更换各种刀片，在加工中采用不同的切削方法完成各种型穴及型体。

附图6-1、6-2是砂型成型铣刀，刀身（06-01）与刀柄联为一体，在刀身的下部开一窄缝，将刀片（06-03）插入，刀身下部套入一固定箍（06-02）然后用螺钉（06-04）穿过刀身和刀片联为一体。

该刀具可铣削各种曲面型穴及柱体，根据需要，可使用内圆弧铣刀，外圆弧铣刀，V型铣刀等，可以钻加工出凹形球穴，凸球形状，锥体、锥台等，对于基本的几何形体，可做到一刀加工成型，如果选用尺寸规格较大的刀片时，应配进砂罩以利于排砂，图中双点划线部分为进砂罩轮廓线。

图7直臂式双头砂型镗刀，它有与中空刀柄（07-01）相连接的类似三通管形状的刀体（07-02），三通管构成涡形型腔，有利排砂，在刀体两侧对称的空心管口部分联接着管状的刀身（07-03），刀身上套有刀箍（07-04），利用调整螺栓（07-06）把刀箍刀片和刀身固定在一起。

镗刀可加工出各种形状的圆弧孔穴，也可用来扩孔。可根据需要更换各种刀片，以完成各种凹槽的加工和轮廓形状的加工。

图8-1、8-2是曲臂式环柱砂型镗刀，刀体（08-02）呈三通管的形状，与中空的刀柄（08-01）配接，在刀体两端 各套装一直角形弯管状的刀身（08-03），用固定螺钉（08-06）把刀身固定在刀体上面，刀身可以向外延伸以调正其长度，刀身之另一端也装有刀箍（08-04）和刀片（08-05）也用定位螺钉（08-07）加以固定。

刀片的两侧刃加工成圆柱体和环形穴的最大和最小立面，其底刃用来加工砂型底面，可加工出各种形状和大小的环型穴。

图9-1、9-2是直筒式双刃砂型镗刀，在中空的刀身（09-05）下端部铣开一窄缝，将刀片（09-03）放入，在刀身与刀片之间，加一紧固箍（09-02），用穿过三者的螺钉（09-04）将三者联为一体。

该刀具可加工环状型穴，根据环形型穴的截面形状，可更换不同形状的刀片。

图10-1、10-2是可调式板架镗刀，在中空刀柄的下端装有紧固箍（10-03），装有两把刀片（10-04）的刀板架（10-05）按装在刀柄和紧固箍内，用紧固螺栓（10-02）把三者固定为一体，刀板架有两个横向槽（10-07）刀片上也有竖槽，因此刀片可在纵向调正其长度，又可在横向调整两个刀片之间的间距，适应不同范围之加工，尤其适用于狭窄的圆环型穴和圆柱体的加工。

本刀具不能完全排砂，刀具旋转镗削时，余砂排出型穴后，由真空源引伸的吸管吸除，接近空心刀身的余砂随气流进入空心主轴排出。

附图11-1、11-2是钻削刀具。在中空的刀柄（11-01）内配合一刀柄填块（11-02）刀身（11-04）滑配 装于刀柄填块内，用紧固螺钉（11-02）紧固，在刀身的下端铣一窄缝，将刀片（11-05）插入此缝，刀身外部套一刀箍，再用螺钉（11-07）将刀片、刀箍和刀身固定成一体。

该刀具竖刃较短，可用于深孔钻削，也可铣削较浅的砂型轮廓和形状。

附图12-1、12-2是一种砂型刨刀，其中空的刀柄（12-01）内插装一个刀身（12-2），刀身下端右部向左弯曲，其上设有长槽形的进气口（12-03）刀身下端形成一切削刃（12-05）和进砂口（12-04），从图12-2可以看到刀身中部是一中空之锥形。

该刀具可刨加工砂型的平面，及斜面。

附图13-1、13-2是一种砂型切插刀，其中空之刀柄（13-01）插装一个刀身（13-02），刀身上部与刀柄相连部分是圆柱形，刀身中部是一个锥形，刀身下部是一个四方形，其上有一长槽之进气口（13-04），下部边缘形成切削刃（13-03）其四方形之形状尺寸随所要加工之形状改变，因此，切插刀可分为直面切插刀，内圆弧切插刀，外圆弧切插刀，方形切刀，齿形切刀等。

附图13-1、13-2可用来切加工立平面和直角轮廓形状。实心体压刀，可对砂型中的微小形状，如各种字体较小的方、圆形穴以及较浅的凹槽，包括芯骨架上的直柱芯骨都可用压的方法加工成型。

附图14是梯形三面刃刀片，该刀片具有两个侧刃及一个底刃。

钻削可获得一个锥台形穴，铣削可铣削斜面，车削可获得一个截面成锥台的环形空穴。

附图15双外圆弧刀片，该刀片由两个园弧刃及一个底刃组成，利用该刀片钻削，可形成外园弧型穴，铣削可形成园弧形体，车削可 获得截面为双外园弧的环型穴。

附图16凸V形刃面刀片，该刀片具有一个V型刃，可以钻成锥形穴，车削V型环穴，铣斜面和V型槽。

附图17对称双铲式三面刃刀片

该刀片具有两个相同的梯形刀刃，利用该刀片钻削可加工与刀具尺寸相同截面为梯形的环穴，车削可以获得截面同刀具梯形的系列圆环型穴。

附图18带园角的梯形刀

该刀片具有两个竖刃，两个在同一底面上的横刃，用该刀具可以钻削锥台形穴，可以切削截面为梯形的环型穴，横浇口可用此刀加工。

附图19凸形半圆弧刀

该图由两个前后面上的刀刃构成凸形半圆弧刃，用该刀具钻削可加工成半球形型穴，车削可成截面为半圆的环形型穴，也可铣削复杂的曲面形状。

附图20凹三角形刃面刀片

该刀片由两个不同面上的梯形刃相交构成中间凹三角，用该刀片可钻削锥体，也可钻成截面与刀具相同的含有锥形体的圆柱形型穴，车削可形成截面与刀具相同的含有凸三角环形体的圆环型穴。

附图21凹形内圆弧刃面刀片

该刀片刀刃在前后面上，中心成一内圆弧利用该刀片钻削，可用来加工半球体，也可加工成截面与刀片相同含有一个半球体的圆柱型穴，车削可成含有一个半圆回转体的环形型穴。

附图22凸形两段圆弧式刃面刀片

该刀片由两段圆弧刃构成，可车加工截面与刀具相同的圆环型穴。

附图23折边梯形刀片

该刀片具有两个侧刃，底面刃由形成一定角度的两折段刃组成，用该刀片车削可以形成含有两个折面的环型穴，使用该刀片可以铣削芯型的芯头轮廓形状。

附图24凹弧形刀片

该刀片由两个侧刃及一个凹弧形底刃，用该刀片钻削，可形成一个底面有一凸形体的圆柱型穴，可用来加工冒口型穴。

附图25圆芯头凸缘梯形刀片

该刀片在前后面上形成两竖刃，底刃在同一底面上。

利用该刀片可以钻削底面圆弧清根的圆锥型穴，用该刀具车削可形成截面为刀片形状的环型穴，该刀具用于加工园柱芯头型穴。

附图26-1、26-2带前倾角的刀片

该刀片两侧刃与刀体形成一定角度，两段底刃在同一底面内。

利用该刀片可以钻削成圆柱型穴，铣削可以加工各种轮廓形状。图中剖视表示厚度及刃形。

附图27-1、27-2铲式三面刃刀片

该刀具三面刃均与刀板面形成一定角度，图中剖视为剖面视图。

利用该刀片可以镗削圆柱型穴，车削环形型穴及元柱体。

附图14-27是各种可更换的刀片形状，使用该砂型机床配以合适的刀具，可实现如下切削方法：

1、主轴旋转进给，工件不动的钻削镗削方法。

2、主轴不旋转进给，工件旋转的车削方法。

3、主轴旋转进给，工件直线运动配以刀具直线运动的铣削方法。

4、主轴不旋转进给，所实现的压插切方法。

使用以上工艺方法，配以合适的刀具，可以加工各种形状铸件 所需的砂型。

本发明的铸造砂型机械加工工艺及设备的构思是发明人最早于1958年提出的，并于1972年提出过完整的设计方案，早于日本的现有资料十年多，而且在技术上比日本现有技术先进。

Claims (16)

1、一种铸造砂型机械加工工艺，它是利用中空刀具，在椿好的坚硬而细緻均匀的砂箱或制备泥芯型用的坯块上，用切削的方法直接加工出砂型的形状，其特征在于该加工工艺使用了具有中空主轴的切削设备，该设备包括横梁、主轴箱、工作台部件，工作台既可作直线运动，也可作回转运动，主轴箱可沿横梁作直线运动，中空的主轴既可作旋转进给运动，也可作不旋转进给运动，在中空的主轴上，选配由铸件形状及尺寸所决定的合适刀具，可以对置于工作台上的砂箱或制备泥芯型用的坯块实现铣、钻、镗、车、刨、切压的综合加工过程，完成铸件所需的外砂型和芯型的制造，切下的余砂经包括中空刀具和与之相连的中空主轴的真空排砂系统排出。

2、一种加工铸造砂型的设备，包括中空的刀具，其特征在于该加工设备包括横梁、主轴箱、工作台，工作台既可作直线运动，也可作回转运动，沿横梁直线运动的主轴箱内的中空主轴，既可作旋转进给运动，也可作不旋转进给运动，中空的刀具通孔与中空的主轴相通，再与一个真空源相连，从而构成一个排砂系统。

3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于其排砂系统是在空心主轴的上端连接一个排砂胶皮管，胶皮管之另一端通过一排砂支管与排砂主管道相连接，主管道连接于园筒形卸料器，卸料器下部是锥形之漏斗位于储砂箱之上方，卸料器上部与离心鼓风机相连之排砂管相连接。

4、根据权利要求2所述的设备，其特征在于该设备具有一套位于主机上方的可将铸件形状投射在砂型上的投影仪。

5、根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述的中空刀具是砂型铣刀，其中空刀柄（03-01）套接一管状刀身（03-02），刀身上面有竖刃（03-05），竖刃向外倾斜形成进砂口（03-03），刀身切削截面呈螺旋线形状，刀具有横刃（03-06），刀身和刀柄用螺钉（03-04）固定。

6、根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述的中空刀具是双刃可更换刀头式铣刀，其中空刀柄（04-01）套接刀身（04-02），刀身下部两侧开有狭缝可插装刀片（04-06），两侧用螺钉（04-03）把刀片固定，切削面前端排砂口装有防止积砂之进砂罩（04-07）。

7、根据权利要求2所述之设备，其特征在于中空刀具是砂型成型铣刀，刀身（06-01）与刀柄联为一体，刀片（06-03）插在刀身下部的狭缝中，再套上固定箍（06-02），用螺钉（06-04）固定。

8、根据权利要求2所述的设备，其特征在于其中空刀具是直臂式双头砂型镗刀，其中空刀柄与三通管形状的刀体相连接，两端装有管状刀身，镗刀插入刀身槽内，刀身上套有刀箍，用螺钉把三者固定在一起。

9、根据权利要求2所述的设备，其特征在于中空刀具是曲臂式双头环柱砂型镗刀，其刀体（08-02）呈三通管形状与中空刀柄（08-01）相配接，刀体两端各装直角形弯管状刀身（08-03），用螺钉（08-06）固定于刀体，刀身两端各装有管状刀箍和刀片，用螺钉固定。

10、根据权利要求2所述之工艺和设备，其特征在于中空刀具是直筒式双刃砂型镗刀，其特征在于刀片（09-03）放在中空刀身（09-05）下端之狭缝中，刀身套一紧固箍（09-02），用螺钉（09-04）把刀片、刀箍刀身固定成一体。

11、根据权利要求2所述的工艺和设备，其特征在于中空刀具是可调式板架镗刀，中空刀柄下端装有紧固箍（10-03），装有两把刀片（10-04）的刀板架（10-05）装在刀柄和紧固箍内，再用螺钉（10-02）固定，刀板架有调正刀片间距之横向槽（10-07），刀片也有调整槽。

12、根据权利要求2所述的设备，其特征在于中空刀具是钻削刀具，中空的刀柄（11-01）内配装一刀柄填块（11-02），刀身装于填块内，用螺钉固定刀身下端的狭缝插有刀片（11-05），其外套有刀箍，用螺钉（11-07）固定。

13、根据权利要求2所述的设备，其特征在于中空刀具是砂型刨刀，刀身插装在中空刀柄内，刀身下端之右部向左弯曲，其上面有进气口，刀身下端形成切削刃和进砂口。

14、根据权利要求2所述的设备，其特征在于中空刀具是切插刀，其中空刀柄（13-01）内插装刀身（13-2），刀身上部之园柱形与刀柄相连接，中部是锥形，下部是四方形，它具有进气口（13-04）和切削刃（13-03）。

15、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：中空的成型刀具可以是下列刀具之一：

梯形三面刃刀片，刀片有两侧刃和一底刃;

双外园弧刀片，有两园弧刀刃和一底刃;

凸三角形刃刀片，刀片有V形刃;

对称双铲式三面刃刀片，该刀具有两相同的梯形刀刃;

带圆角的梯形刀片，具有两个竖刃和两个底刃，底刃在前后不同的面上;

凸形半园弧刀片;

凹三角形刃面刀片，由两个梯形三面刃相交成中间凹三角;

凹三角形刃面刀片;

凹形内园弧刃面刀片;

折边梯形镗刀片;

凹弧形刀片;

圆芯头凸缘梯形刀;

带前倾角的刀;

铲式三面刃刀。

16、权利要求2所述的设备，其特征在于所述的横梁可以采用龙门式或摇臂式结构。

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