CN105436419A - 一种空间曲线型铸件防变形箱笼结构及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有空间曲线型铸件防变形的工艺方法，属于机械制造领域。本发明通过改变上导轨、下导轨铸件铸造方法，设计具有上环形空腔式拉筋，下环形空腔式拉筋，上随形空腔式拉筋，下随形空腔式拉筋与直浇道、横浇道、内浇道相连通形成箱笼结构。控制铸件成型过程中的变形次数，控制变形量在0.5mm以内。在浇注和热处理过程中，受到加热和冷却的交变应力作用，所述铸件在型壳膨胀和铸件收缩时受到不可抗拒且不能完全抵消的残留应力，产生不规则、无规律永久性塑性变形。针对变形，采用一模两件工艺，头尾相对布置，并设计成箱笼结构，减少所述铸件的变形量。通过后续热处理去除铸件残留应力，保证铸件清理后不产生过量变形。

Description

一种空间曲线型铸件防变形箱笼结构及加工方法

技术领域

本发明涉及具有空间曲线形铸件防变形的工艺方法，属于机械制造领域。

背景技术

上导轨、下导轨是军品铸钢件中典型的空间曲线形铸件。此2种铸件轮廓尺寸为上导轨：305×240×183，下导轨：325×123×132mm，主要壁厚均为8mm且按右旋螺旋线分布的空间板类铸件。由于结构原因，该2种件在生产过程中在3个阶段产生变形，即：制模过程变形、浇注过程变形、热处理过程变形，变形致使螺旋线的轴向和径向尺寸无法满足产品加工需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间曲线型铸件防变形箱笼结构及加工方法，该方法能够控制上导轨、下导轨铸件高度、径向及空间的变形，不用再多次加热进行校正后，满足铸件尺寸要求。既提高了生产效率，又降低了生产成本，解决了上导轨、下导轨铸件尺寸精度不能满足加工及使用要求的问题。

技术解决方案：

一种空间曲线型铸件防变形箱笼结构，包括：上导轨，下导轨，所述上导轨包括：上环形空腔式拉筋，下环形空腔式拉筋，上随形空腔式拉筋，下随形空腔式拉筋，所述上随形空腔式拉筋的一端与上环形空腔式拉筋相连通，另一端通过曲线型铸件型腔与下随形空腔式拉筋一端连接，下随形空腔式拉筋另一端与环形空腔式拉筋相连通，所述上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋的中部设有直浇道，直浇道通过上横浇道、上内浇道和下横浇道、下内浇道分别与上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋相连通；上环形空腔式拉筋上对称设置有冒口，冒口通过空间曲线型铸件型腔、随形空腔式拉筋与下环形空腔式拉筋连通；所述下导轨包括：上环形空腔式拉筋，下环形空腔式拉筋，上随形空腔式拉筋，所述上随形空腔式拉筋的一端与上环形空腔式拉筋相连通，另一端通过曲线型铸件型腔与下随形空腔式拉筋一端连接，下随形空腔式拉筋另一端与环形空腔式拉筋相连通，所述上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋的中部设有直浇道，直浇道通过上横浇道、上内浇道和下横浇道、下内浇道分别与上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋相连通。

一种空间曲线型铸件防变形的加工方法步骤如下：

1）上导轨置于上导轨型腔内，下导轨置于下导轨型腔内；

2）模型：模型结构为脱落式，模型尺寸精度≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤6.3μm；

3）造型、制芯、合箱：型芯砂采用铸钢专用树脂砂，经5吨连续式混砂机按工艺要求混制后，按工艺图要求人工进行造型、制芯；表面手工涂刷锆英粉醇基涂料，两遍，并进行点燃，之后进行打磨平整、光滑；然后进行组芯造型，止口定位，合箱前吹净浮砂。

4）浇注：浇注温度：1580±10℃，浇注后保温7h±30min后进行打箱。

5）热处理：去除直浇道凸出部分后，带拉筋垂直方向摆放进行热处理。

6）细清理：用角磨机或机械加工的方法去除工艺拉筋，不允许进行气割或炭弧气割热割。

7）其余按铸钢通用工艺守则的规定执行。

本发明是以学科理论基础为依据，理论力学、材料力学与铸造基础相结合，兼顾材料的屈服强度和铸造工艺，设计具有笼式拉筋结构的空间曲线型随形及环形工艺拉筋，抵消铸造收缩产生的内应力，防止铸件过量变形。

有益效果：专利特点：

1.利用树脂砂造型工艺，提高铸型强度，减少变形次数；

2.利用一次成型法代替校正法，确保产品尺寸精度；

3.以学科理论基础为依据，理论力学、材料力学与铸造基础相结合，兼顾材料的屈服强度和铸造工艺，设计具有笼式拉筋结构的空间曲线型随形及环形工艺拉筋，抵消铸造收缩产生的内应力，防止铸件过量变形。

4、消除铸件的变形缺陷，取消校正工序，提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明上导轨箱笼结构三维模型结构示意图；

图2为本发明下导轨箱笼结构三维模型结构示意图。

图中：

1—上环形空腔式拉筋

2—冒口

3—曲线型铸件型腔

4—下环形空腔式拉筋

5—下内浇道

6—下横浇道

7—下随形空腔式拉筋

8—上随形空腔式拉筋

9—上内浇道

10—上横浇道

11—直浇道

具体实施方式

所述上导轨、下导轨铸件采用空间曲线型铸件防变形箱笼结构，进行铸造成型，最终热处理后采用机械或机加的方式去除拉筋，得到合格的铸件。

本发明空间曲线型铸件防变形箱笼结构上导轨中上随形空腔式拉筋8的一端与上环形空腔式拉筋1相连通，另一端通过曲线型铸件型腔3与下随形空腔式拉筋7一端连接，下随形空腔式拉筋7另一端与下环形空腔式拉筋4相连通，所述上环形空腔式拉筋1及下环形空腔式拉筋4的中部设有直浇道11，直浇道11通过上横浇道10、上内浇道9和下横浇道6、下内浇道5分别与上环形空腔式拉筋1及下环形空腔式拉筋4相连通；上环形空腔式拉筋1上对称设置有冒口2，冒口2通过曲线型铸件型腔3、上随形空腔式拉筋8与下环形空腔式拉筋4连通；下导轨中的上随形空腔式拉筋8的一端与上环形空腔式拉筋1相连通，另一端通过曲线型铸件型腔3与下随形空腔式拉筋7一端连接，下随形空腔式拉筋7另一端与下环形空腔式拉筋4相连通，所述上环形空腔式拉筋1及下环形空腔式拉筋4的中部设有直浇道11，直浇道11通过上横浇道10、上内浇道9和下横浇道6、下内浇道5分别与上环形空腔式拉筋1及下环形空腔式拉筋4相连通。

铸造时：

1）将上导轨置于上导轨型腔，下导轨置于下导轨型腔，且两种铸件分别头尾相对布置，设计成上述空间曲线型铸件防变形箱笼结构。利于整体收缩，防止铸造、热处理时冷却不均匀时产生不同应力而产生变形。具体相关尺寸如下：

上环形空腔式拉筋：30×30mm，下环形空腔式拉筋：25×25mm，上随形空腔式拉筋30×10mm，下随形空腔式拉筋30×10mm，直浇道：Φ40mm，横浇道：30×20mm，内浇道：30×10mm。

2）模型：模型结构为脱落式，模型尺寸精度≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤6.3μm。

3）造型、制芯、合箱：型芯砂采用铸钢专用树脂砂，经5吨连续式混砂机按工艺要求混制后，按工艺图要求人工进行造型、制芯；表面手工涂刷锆英粉醇基涂料，两遍，并进行点燃，之后进行打磨平整、光滑；然后进行组芯造型，止口定位，合箱前吹净浮砂。

4）浇注：浇注温度：1580±10℃，浇注后保温7h±30min后进行打箱。

5）热处理：去除直浇道凸出部分后，带拉筋垂直方向摆放进行热处理。

6）细清理：用角磨机或机械加工的方法去除工艺拉筋，不允许进行气割或炭弧气割热割。

7）其余按铸钢通用工艺守则的规定执行。

实施例1：

以解决所述下导轨高度及径向变形为例。

根据所述下导轨铸件结构及生产实践中实际变形情况，制定改进措施如下：

第一：改变铸造方法，控制变形次数。

利用树脂砂铸造工艺代替熔模铸造工艺，树脂砂在造型过程中不会产生变形，可有效减少制模阶段的3个变形过程。树脂砂采用天然硅砂，SiO₂含量要求在98%以上，角形系数应小于1.3，粒度50～100目。

第二：设计具有空间曲线型铸件防变形箱笼结构，抵消铸造收缩产生的内应力，控制浇注过程及热处理过程的变形。

下导轨箱笼结构的上随形空腔式拉筋8的一端与上环形空腔式拉筋1相连通，另一端通过曲线型铸件型腔3与下随形空腔式拉筋7一端连接，下随形空腔式拉筋7另一端与下环形空腔式拉筋4相连通，所述上环形空腔式拉筋1及下环形空腔式拉筋4的中部设有直浇道11，直浇道11通过上横浇道10、上内浇道9和下横浇道6、下内浇道5分别与上环形空腔式拉筋1及下环形空腔式拉筋4相连通。

在铸造和热处理的高温状态下，受重力和热应力等外力的相互作用，所述下导轨在原熔模铸造工艺中轴向方向发生3~4mm变形。针对轴向方向的变形，采用增加轴向随形、高度平齐的薄壁上随形空腔式拉筋，下随形空腔式拉筋，控制变形量在0.5mm以内。

在浇注和热处理过程中，受到加热和冷却的交变应力作用，所述下导轨铸件各质点温度不同步，呈曲线分布，导致所述下导轨铸件在型壳膨胀和铸件收缩时受到不可抗拒且不能完全抵消的残留拉应力，导致所述下导轨铸件在径向方向的残留应力大于材料的屈服强度，产生永久性塑性变形，变形呈现不规则、无规律状态。针对径向的残留应力过高的情况，采用一模两件工艺，头尾相对布置，并设计成空间曲线型铸件防变形箱笼结构，转移所述下导轨铸件残余拉应力，减少铸件的变形量。后续通过回火热处理释放所述下导轨铸件及拉筋的应力，保证所述下导轨铸件热处理后清理完拉筋不产生过量变形。

Claims (4)

1.一种空间曲线型铸件防变形箱笼结构，其特性在于，包括：上导轨，下导轨，所述上导轨包括：上环形空腔式拉筋，下环形空腔式拉筋，上随形空腔式拉筋，下随形空腔式拉筋，所述上随形空腔式拉筋通过上环形空腔式拉筋、空间曲线型铸件型腔、下随形空腔式拉筋与下环形空腔式拉筋相连通，所述上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋的中部设有直浇道，直浇道通过横浇道、内浇道与上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋相连通；上环形空腔式拉筋上对称设置有冒口，冒口通过空间曲线型铸件型腔、随形空腔式拉筋与下环形空腔式拉筋连通；所述下导轨包括：上环形空腔式拉筋，下环形空腔式拉筋，上随形空腔式拉筋，所述上随形空腔式拉筋通过上环形空腔式拉筋、空间曲线型铸件型腔、下随形空腔式拉筋与下环形空腔式拉筋相连通，所述上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋的中部设有直浇道，直浇道通过横浇道、内浇道与上环形空腔式拉筋及下环形空腔式拉筋相连通。

2.一种空间曲线型铸件防变形的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）上导轨置于上导轨型腔内，下导轨置于下导轨型腔内；

2）采用砂型铸造、通用技术制备出箱笼结构的上导轨和下导轨，对上导轨及下导轨进行机加，形成空间曲线型铸件，对空间曲线型铸件进行加工成型。

3.根据权利要求2所述的一种空间曲线型铸件防变形的加工方法，其特征在于，空间曲线型铸件进行加工成型方法步骤如下：

1）上导轨置于上导轨型腔内，下导轨置于下导轨型腔内；

2）模型：模型结构为脱落式，模型尺寸精度≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤6.3μm；

3）造型、制芯、合箱：型芯砂采用铸钢专用树脂砂，经5吨连续式混砂机按工艺要求混制后，按工艺图要求人工进行造型、制芯；表面手工涂刷锆英粉醇基涂料，两遍，并进行点燃，之后进行打磨平整、光滑；然后进行组芯造型，止口定位，合箱前吹净浮砂；

4）浇注：浇注温度：1580±10℃，浇注后保温7h±30min后进行打箱；

5）热处理：去除直浇道凸出部分后，形成箱笼结构的上导轨和下导轨，将上导轨和下导轨垂直方向摆放进行热处理；

6）细清理：用角磨机或机械加工的方法去除上导轨和下导轨拉筋、横浇道及内浇道，不允许进行气割或炭弧气割热割；

7）其余按铸钢通用工艺守则的规定执行。

4.根据权利要求2或3所述的一种空间曲线型铸件防变形的加工方法，其特征在于，钢液在1580±10℃经浇口杯注入，流经直浇道、横浇道、内浇道、下环形空腔式拉筋、下随形空腔式拉筋、空间曲线型铸件型腔、冒口、上随形空腔式拉筋及上环形空腔式拉筋，并经过冷却、收缩而凝固成型；所述直浇道、横浇道及内浇道作用为钢液流动通道，保证整个铸型成型良好，所述上随形空腔式拉筋、下随形空腔式拉筋和下环形空腔式拉筋作用为支撑空间曲线型铸件型腔，防止其高度方向在重力作用下发生变形，所述直浇道、横浇道、内浇道、下环形空腔式拉筋、下随形空腔式拉筋、空间曲线型铸件型腔、冒口、上随形空腔式拉筋及上环形空腔式拉筋组成的空间曲线型铸件防变形箱笼结构，其作用为在浇注、冷却、收缩和热处理过程中支撑、连接铸件，使其受力处于平衡状态，防止内弧面发生过量变形。