CN105268915B - 一种大型航天器铸镁结构件制造用设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型航天器铸镁结构件制造用设备，其包括砂箱单元、砂芯单元和浇铸单元，砂箱单元由平面砂箱、外圆砂箱、第一内圆砂箱和第二内圆砂箱组成；砂芯单元由基底砂芯、内砂芯和表层砂芯组成；浇铸单元由引流直浇道和浇口盆组成。该设备通过砂箱单元、砂芯单元和浇铸单元的有效结合，有效地利用砂箱和砂芯组合实现了一套砂箱简单、高效、占地少的目的，解决了现有技术中的问题。

Description

一种大型航天器铸镁结构件制造用设备

技术领域

本发明涉及一种大型航天器铸镁结构件制造用设备，用于制造航天器推进模块结构仪器圆盘，属于铸造技术领域。

背景技术

进入二十一世纪以来，我国的航天事业获得了长足的发展，卫星等航天器外形尺寸逐渐增大，且要求平台结构轻量化。在金属结构材料中，密度最小的镁合金以其良好的生物兼容性、最高的比刚度和比强度、优良的工艺性能、较好的耐腐蚀性能在航天器大型平台中广为应用。

随着我国航天事业的飞速发展，深究探测的进行、空间站的建立、大运载火箭的需求，对航天器铸件产品的超大型化和紧密化发展提出了更高的要求，大型铸件产品的外形尺寸将达到4000mm，二代军用中继卫星、低轨遥感、高轨电子侦察大平台卫星、货运飞船等采用的铸造结构件则将达到

目前，我国2000mm以下的超大型镁合金结构件技术较为成熟，但对于尺寸达到尤其是的超大型镁合金构件还亟待发展。现有技术中，在铸造以上超大型镁合金构件时，仍然停留在采用传统的工装设计方法上，即分别铸造同样超大尺寸的上下砂箱，而且在完成上下砂箱的铸造后还需要进行整体砂芯的铸造。

由于超大型镁合金构件的上下砂箱占地面积很大，所以对于生产场地、存放场地要求很高，该技术不适用于小型生产单位；另一方面，上下砂箱的构件铸造因尺寸太大，所以也提高了生产的难度、耗时增大，降低了生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中对于航天器铸镁结构件的制造都需要使用上下砂箱结构制作，占地面积大、生产难度大的问题，进而提供一种节约占地、技术简单、易操作的组合式砂箱系统。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大型航天器铸镁结构件制造用设备，其包括：

砂箱单元、砂芯单元和浇铸单元；

砂箱单元包括：

平面砂箱，具有圆形砂箱支架，支架包括环形嵌套的第一圆环，以及与第一圆环同心且位于所述第一圆环内部的第二圆环；在第一圆环和第二圆环之间设置有多个均匀分布的、用于连接两个圆环的径向连接件；所述平面砂箱由若干个等分的平面分砂箱组成；

外圆砂箱，为圆环形支架，所述外圆砂箱的内径等于平面砂箱第一圆环的内径；

第一内圆砂箱，为圆环形支架；设置在所述平面砂箱的第二圆环内且与第二圆环同心设置；

第二内圆砂箱，为圆环形支架，所述第二内圆砂箱的内径大于第一内圆砂箱的内径，第一内圆砂箱与第二内圆砂箱同心嵌套；所述第二内圆砂箱与平面砂箱的第二圆环内径相等；

砂芯单元包括：

基底砂芯，所述基底砂芯由若干基底分砂芯拼接组成；

内砂芯，设置在基底砂芯的表层上，和基底砂芯接触设置；

表层砂芯，设置在内砂芯的表层上，和内砂芯接触设置；

所述基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均呈圆环状且形状、大小相同；

表层砂芯由若干个表层分砂芯拼接组成，所述表层分砂芯呈扇形结构，在每个扇形表层分砂芯上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一直浇道，至少有两个贯通孔为冒口；

内砂芯在与所述表层砂芯直浇道对应的位置开设有与第一直浇道连通的第二直浇道；内砂芯由若干个内分砂芯拼接组成，并形成纵截面为“工”字形的铸件型腔，所述铸件型腔和冒口连通，与所述铸件型腔连通在靠近所述第二直浇道开设有内浇道，与所述内浇道进一步连通且进一步靠近所述第二直浇道开设有横浇道；内分砂芯经拼接后，形成环形“工”字形的铸件型腔、环形内浇道、环形横浇道；

在基底砂芯上开设有浇口涡，所述浇口涡与所述第二直浇道对应连通设置，与浇口涡连通延伸设置有底层横浇道，所述底层横浇道对应设置在内砂芯所述横浇道下方且与所述横浇道通过浇口涡连通；基底分砂芯经拼接后，形成环形底层横浇道；

所述基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均设置于所述平面砂箱第一圆环内缘和所述第二内圆砂箱外缘之间；

浇铸单元包括：

引流直浇道，与所述第一直浇道连通，所述引流直浇道的横截面呈“L”形；

浇口盆，所述浇口盆设置在所述引流直浇道的上方，与引流直浇道相连通。

在每个连接件上开设有插口，在外圆砂箱的圆环形支架上均匀分布有多个与所述插口适配可插入的插件；在第二圆环上设置有朝向第一圆环的凸起。

在所述平面砂箱上，还设置有第三圆环，所述第三圆环设置在所述第一圆环和第二圆环之间，每个所述连接件贯通所述第三圆环。

每个所述表层分砂芯由至少三个表层分砂芯微单元组成，所述表层分砂芯微单元沿径向均分所述表层分砂芯。

在表层砂芯的径向截面上，设置有一个第一直浇道和两个贯通孔，且第一直浇道位于所述两个贯通孔的中间位置。

每个内分砂芯由若干内分砂芯微单元组成，所述内分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元组成。

所述第二直浇道位于圆形微单元的中心。

每个所述基底分砂芯由若干基底分砂芯微单元组成，所述基底分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元组成，底层横浇道设置在所述圆形微单元。

第一直浇道和第二直浇道为圆柱形；冒口为梯形，且冒口上端宽度大于下端宽度。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的大型航天器铸镁结构件制造用设备，其包括砂箱单元、砂芯单元和浇铸单元，其中，砂箱单元包括平面砂箱，具有圆形砂箱支架，支架包括环形嵌套的第一圆环，以及与第一圆环同心且位于所述第一圆环内部的第二圆环；在第一圆环和第二圆环之间设置有多个均匀分布的、用于连接两个圆环的径向连接件；所述平面砂箱由若干个等分的平面分砂箱组成；外圆砂箱，为圆环形支架，所述外圆砂箱的内径等于平面砂箱第一圆环的内径；第一内圆砂箱，为圆环形支架；设置在所述平面砂箱的第二圆环内且与第二圆环同心设置；第二内圆砂箱，为圆环形支架，所述第二内圆砂箱的内径大于第一内圆砂箱的内径，第一内圆砂箱与第二内圆砂箱同心嵌套；所述第二内圆砂箱与平面砂箱的第二圆环内径相等。该结构通过独特的平面砂箱、外圆砂箱、内圆砂箱的组合设计，解决了现有技术中需要设置上下砂箱的技术难点，从而可以利用一套砂箱解决大型航天器的铸造问题，大幅节约了占地面积，降低了生产难度。

砂芯单元实现了组合式砂芯结构，该组合式砂芯包括三层砂芯结构，分别为基底砂芯、内砂芯和表层砂芯；且内砂芯设置在基底砂芯的表层上，和基底砂芯接触设置；表层砂芯设置在内砂芯的表层上，和内砂芯接触设置；基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均呈圆环状且形状、大小相同。表层砂芯由若干个扇形结构表层分砂芯拼接组成，在每个扇形表层分砂芯上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一直浇道，至少有两个贯通孔为冒口；内砂芯在与表层砂芯直浇道对应的位置开设有与第一直浇道连通的第二直浇道；内砂芯由若干个内分砂芯拼接组成，并形成纵截面为“工”字形的铸件型腔，所述铸件型腔和冒口连通，与所述铸件型腔连通在靠近所述第二直浇道开设有内浇道，与内浇道进一步连通且进一步靠近第二直浇道开设有横浇道；内分砂芯经拼接后，形成环形“工”字形的铸件型腔、环形内浇道、环形横浇道。基底砂芯同样由若干基底分砂芯拼接组成。

该组合式砂芯首次采用了分离组合式砂芯结构，即基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均为拼接模块化的砂芯结构，一方面保证了浇铸液可以通过表层砂芯、内砂芯的结构设计形成流通、独特的浇铸通道结构，保证了浇铸液的顺利流通、浇铸，同时也省去了现有技术中采用整体的上下砂箱以及对应的上下砂芯结构所带来的占地面积大、技术难度大、耗时多、生产效率低下的问题。而且在非制造状态时，组合式砂芯也可以叠加存放，大大节省了占地面积。

本发明所述的大型航天器结构件制造用设备，通过砂箱单元、砂芯单元和浇铸单元的有效结合，有效地利用砂箱和砂芯组合实现了一套砂箱简单、高效、占地少的目的，解决了现有技术中的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为平面砂箱结构示意图；

图2为外圆砂箱结构示意图；

图3为第一内圆砂箱和第二内圆砂箱结构示意图；

图4为表层砂芯结构示意图；

图5为内砂芯结构示意图；

图6为设备组合状态纵向剖视图。

图中附图标记表示为：1-平面砂箱，2-外圆砂箱，3-第一内圆砂箱，4-第二内圆砂箱，5-第一圆环，6-第二圆环，7-连接件，8-平面分砂箱，9-第三圆环，10-浇口盆，100-引流直浇道，11-表层砂芯，12-内砂芯，13-基底砂芯，14-表层分砂芯，15-第一直浇道，16-冒口，17-第二直浇道，18-内分砂芯19-铸件型，110-内浇道，111-横浇道，112-底层横浇道，114-表层分砂芯微单元，115-内分砂芯微单元，116-圆形微单元，117-外围单元，118-浇口涡。

具体实施方式

本发明所述的大型航天器铸镁结构件制造用设备，其包括砂箱单元，砂芯单元和浇铸单元。

砂箱单元包括位于底部的平面砂箱1、外圆砂箱2、第一内圆砂箱3和第二内圆砂箱4。

平面砂箱1，见图1所示，具有圆形砂箱支架，支架包括环形嵌套的第一圆环5，以及与第一圆环5同心且位于所述第一圆环5内部的第二圆环6；在第一圆环5和第二圆环6之间设置有多个均匀分布的、用于连接两个圆环的径向连接件7；作为优选的实施方式，优选平面砂箱1由若干个等分的平面分砂箱8组成，最优选由8个等分的平面分砂箱8组成；

外圆砂箱2，见图2所示，为圆环形支架，外圆砂箱2的内径等于平面砂箱1第一圆环5的内径；

第一内圆砂箱3，见图3所示，为圆环形支架；设置在所述平面砂箱1的第二圆环6内且与第二圆环6同心设置；

第二内圆砂箱4，同样见图3所示，为圆环形支架，第二内圆砂箱4的内径大于第一内圆砂箱3的内径，第一内圆砂箱3与第二内圆砂箱4同心嵌套；所述第二内圆砂箱4与平面砂箱1的第二圆环6内径相等。

在每个连接件7上开设有插口，在外圆砂箱2的圆环形支架上均匀分布有多个与所述插口适配可插入的插件；在第二圆环6上设置有朝向第一圆环5的凸起。

在所述平面砂箱1上，还设置有第三圆环9，所述第三圆环9设置在所述第一圆环5和第二圆环6之间，每个所述连接件7贯通所述第三圆环9。

本发明所述的大型航天器制造用砂箱系统设备还包括砂芯单元，砂芯单元包括基底砂芯13、内砂芯12和表层砂芯11；在组装时，基底砂芯13、内砂芯12和表层砂芯11均设置于所述平面砂箱1第一圆环5内缘和所述第二内圆砂箱4外缘之间。

其中，表层砂芯11结构见图4所示，其包括设置在内砂芯12的表层上，和内砂芯12接触设置。从形状上看，其呈圆环形。表层砂芯11由若干个表层分砂芯14拼接组成，所述表层分砂芯14呈扇形结构，在每个扇形表层分砂芯14上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一直浇道15，至少有两个贯通孔为冒口16。其中，对于表层分砂芯14的设置，可以根据实际工程需求设置其数量，从而根据数量来确定各表层分砂芯14的大小，此外，对于贯通孔的设计也要考虑工程的实际需求，但是无论贯通孔的个数设置多少，至少要保证贯通孔中一个为第一直浇道15，两个为冒口16。对于直浇道和冒口16的设置，一般第一直浇道15要设置在两个冒口16之间的位置上，作为优选的实施方式，会将第一直浇道15和两个冒口16的位置按照如下设置进行设计：即在表层砂芯11的径向截面上，第一直浇道15位于所述两个贯通孔的中间位置，也就是说，两个冒口16以第一直浇道15为中心对称设置。

内砂芯12的结构见图5所示，其设置在基底砂芯13的表层上，和基底砂芯13接触设置。从形状上看，内砂芯12同样呈圆环形，和前述表层砂芯11的形状、大小相同。从结构来看，内砂芯12在与所述表层砂芯11直浇道对应的位置开设有与第一直浇道15连通的第二直浇道17；内砂芯12由若干个内分砂芯18拼接组成，并在内砂芯12内部形成纵截面为“工”字形的铸件型腔19，在设置时，要求铸件型腔19和冒口16连通，此外，与铸件型腔19连通在靠近第二直浇道17的方向开设有内浇道110。与内浇道110进一步连通且进一步靠近第二直浇道17的方向开设有横浇道111。上述结构的内分砂芯18经拼接后，形成环形“工”字形的铸件型腔19、环形内浇道110、环形横浇道111。

基底砂芯13位于组合砂芯的最底端，基底砂芯13由若干基底分砂芯拼接组成。基底砂芯13和内砂芯12以及表层砂芯11均呈圆环状且形状、大小完全相同，如图6所示。在基底砂芯13上开设有浇口涡118，浇口涡118与第二直浇道17对应连通设置，与浇口涡118连通延伸设置有底层横浇道112，底层横浇道112对应设置在内砂芯所述横浇道111下方且与横浇道111通过浇口涡118连通；基底分砂芯经拼接后，形成环形底层横浇道。作为可以优选的实施方式，组合式砂芯，每个表层分砂芯14由至少三个表层分砂芯微单元114组成，所述表层分砂芯微单元114沿径向均分所述表层分砂芯14。在图1中给出了最优的实施方式，即每个表层分砂芯14沿径向从内到外由三个表层分砂芯微单元114组成。

作为优选的实施方式，组合式砂芯，每个内分砂芯18由若干内分砂芯微单元115组成，对于内分砂芯微单元115的数量可以根据实施需求进行设置。优选所述基底分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元116和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元117组成。作为可以变换的实施方式，优选所述第二直浇道17位于圆形微单元116的中心。

作为在上述实施方式的基础上，优选每个所述基底分砂芯由若干基底分砂芯微单元组成，对于基底分砂芯微单元的数量可以根据实施需求进行设置。优选基底分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元116和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元117组成，底层横浇道112设置在所述圆形微单元116内。

在上述实施例中，设置第一直浇道15和第二直浇道17为圆柱形；冒口16为梯形，且冒口16上端宽度大于下端宽度。

本发明所述的制造用设备还包括浇铸单元，该单元包括浇口盆10和引流直浇道100，其中，引流直浇道100与第一直浇道15连通，所述引流直浇道100的横截面呈“L”形；浇口盆10则设置在所述引流直浇道100的上方，与引流直浇道100相连通。

本发明所述的砂箱系统，在工作时，需要先将若干个等分的平面分砂箱8拼接成圆形的平面砂箱1，再将外圆砂箱2放置于平面砂箱1的上部，使得外圆砂箱2和平面砂箱1的第一圆环5重叠放置，为了提高其稳定性，可以采用固定土质进行固定或者采用插口和插件的配合固定同时辅以固定土质固定；然后将第一内圆砂箱3放置于平面砂箱1的第二圆环6内部且与第二圆环6同心设置，同时将第二内圆砂箱4和平面砂箱1的第二圆环6重叠放置，同样用固定土质对第一内圆砂箱3和第二内圆砂箱4进行固定；最后将基底砂芯13、内砂芯12和表层砂芯11依次铺设于平面砂箱1第一圆环5内缘和所述第二内圆砂箱4外缘之间，完成砂箱的组合设置。最后将引流直浇道100设置在表层砂芯上方，且将引流直浇道100的L形的交点对应第一直浇道15放置，用固定土质固定，之后再将浇口盆10放置在引流直浇道100的上方，再次用固定土质固定，完成制造用设备的组装。

之后，将浇铸液从浇口盆10倒入，经浇口盆10流动到引流直浇道100中，并在引流直浇道100中流动并向下流入表层砂芯11层，浇铸液经表层砂芯11的第一直浇道15浇口流入，流动至底层横浇道112，浇铸液在底层横浇道112内不断蓄积液面上升进而进入横浇道111内，逐渐将横浇道111充满后经横浇道111进入型腔内实现铸件的浇铸生产。在浇铸过程中，气体、杂质和多余的溶液就会进一步向上涌流通过冒口溢出来，溶液冷却体积随之缩小，冒口层溶液就用来补充满铸件型腔。

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (9)

1.一种大型航天器铸镁结构件制造用设备，其特征在于，包括：砂箱单元、砂芯单元和浇铸单元；

砂箱单元包括：

平面砂箱，具有圆形砂箱支架，支架包括环形嵌套的第一圆环，以及与第一圆环同心且位于所述第一圆环内部的第二圆环；在第一圆环和第二圆环之间设置有多个均匀分布的、用于连接两个圆环的径向连接件；所述平面砂箱由若干个等分的平面分砂箱组成；

外圆砂箱，为圆环形支架，所述外圆砂箱的内径等于平面砂箱第一圆环的内径；

第一内圆砂箱，为圆环形支架；设置在所述平面砂箱的第二圆环内且与第二圆环同心设置；

第二内圆砂箱，为圆环形支架，所述第二内圆砂箱的内径大于第一内圆砂箱的内径，第一内圆砂箱与第二内圆砂箱同心嵌套；所述第二内圆砂箱与平面砂箱的第二圆环内径相等；

砂芯单元包括：

基底砂芯，所述基底砂芯由若干基底分砂芯拼接组成；

内砂芯，设置在基底砂芯的表层上，和基底砂芯接触设置；

表层砂芯，设置在内砂芯的表层上，和内砂芯接触设置；

所述基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均呈圆环状且形状、大小相同；

表层砂芯由若干个表层分砂芯拼接组成，所述表层分砂芯呈扇形结构，在每个扇形表层分砂芯上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一直浇道，至少有两个贯通孔为冒口；

内砂芯在与所述表层砂芯直浇道对应的位置开设有与第一直浇道连通的第二直浇道；内砂芯由若干个内分砂芯拼接组成，并形成纵截面为“工”字形的铸件型腔，所述铸件型腔和冒口连通，与所述铸件型腔连通在靠近所述第二直浇道开设有内浇道，与所述内浇道进一步连通且进一步靠近所述第二直浇道开设有横浇道；内分砂芯经拼接后，形成环形“工”字形的铸件型腔、环形内浇道、环形横浇道；

在基底砂芯上开设有浇口涡，所述浇口涡与所述第二直浇道对应连通设置，与浇口涡连通延伸设置有底层横浇道，所述底层横浇道对应设置在内砂芯所述横浇道下方且与所述横浇道通过浇口涡连通；基底分砂芯经拼接后，形成环形底层横浇道；所述基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均设置于所述平面砂箱第一圆环内缘和所述第二内圆砂箱外缘之间；

浇铸单元包括：

引流直浇道，与所述第一直浇道连通，所述引流直浇道的横截面呈“L”形；

浇口盆，所述浇口盆设置在所述引流直浇道的上方，与引流直浇道相连通。

2.根据权利要求1所述的制造用设备，其特征在于，在每个连接件上开设有插口，在外圆砂箱的圆环形支架上均匀分布有多个与所述插口适配可插入的插件；在第二圆环上设置有朝向第一圆环的凸起。

3.根据权利要求1或2所述的制造用设备，其特征在于，在所述平面砂箱上，还设置有第三圆环，所述第三圆环设置在所述第一圆环和第二圆环之间，每个所述连接件贯通所述第三圆环。

4.根据权利要求3所述的制造用设备，其特征在于，每个所述表层分砂芯由至少三个表层分砂芯微单元组成，所述表层分砂芯微单元沿径向均分所述表层分砂芯。

5.根据权利要求4所述的制造用设备，其特征在于，在表层砂芯的径向截面上，设置有一个第一直浇道和两个贯通孔，且第一直浇道位于所述两个贯通孔的中间位置。

6.根据权利要求5所述的制造用设备，其特征在于，每个内分砂芯由若干内分砂芯微单元组成，所述内分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元组成。

7.根据权利要求4所述的制造用设备，其特征在于，所述第二直浇道位于圆形微单元的中心。

8.根据权利要求4所述的制造用设备，其特征在于，每个所述基底分砂芯由若干基底分砂芯微单元组成，所述基底分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元组成，底层横浇道设置在所述圆形微单元。

9.根据权利要求4所述的制造用设备，其特征在于，第一直浇道和第二直浇道为圆柱形；冒口为梯形，且冒口上端宽度大于下端宽度。