CN106825407B - 一种砂型制造组件及铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砂型制造组件及铸造方法，属于铸造领域。所述砂型制造组件包括模具主体、冷铁及固定在模具主体上表面的定位柱和多个支撑柱，所述冷铁上设有通孔，通过所述通孔，所述冷铁套设在定位柱外侧，且由所述支撑柱支撑冷铁的底部，所述冷铁与模具主体之间为形成覆砂的空间，所述覆砂用于在进行砂型铸造时，延缓冷铁的激冷速度，以实现铸造过程中气体的排出；所述定位柱的上端与冷铁的通孔口齐平或伸出通孔。本发明的砂型制造组件制造的砂型有利于在铸造过程中，同时发挥冷铁的激冷作用和冷铁上通孔的排气作用，使制造得到的铸件防止出现缩松缺陷和气孔缺陷，提高铸件的气密性和生产合格率。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，特别涉及一种砂型制造组件及铸造方法。
背景技术
砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得，作为铸造生产中的基本工艺，较之其它铸造方法具有成本低、生产工艺简单、生产周期短的优点，因此，砂型铸造在汽车零部件的铸造产业中应用越来越广泛。但是，砂型铸件在生产过程中经常会发生各种不同的铸造缺陷，例如缩松缺陷，缩松的产生与铸件的冷凝速度有关，当铸造合金结晶温度范围较宽时，在铸件表面结壳后，铸件内部有一个较宽的液、固两相共存的凝固区域，凝固后期，先生成的树枝晶相互接触，将合金液分割成许多小的封闭区域，当封闭区域内合金液凝固收缩得不到补充时，就形成了缩松。
现有技术中，解决缩松缺陷的惯用手段之一是在铸件的厚大部位表面直接使用冷铁，但是随着冷铁的使用，随之而来的是气孔问题，在使用冷铁的情况下，铸造熔液中会产生气体向上流动现象，容易造成气孔缺陷。尤其是对于一些特殊结构的涡轮壳，其缩松位置出现在铸件顶部，且铸件顶部的面积狭小，无法在铸件的上方平稳放置冷铁，目前采用的解决方式为在铸型模具中设置一个放置冷铁的凹槽，但是冷铁阻挡了由下往上的气体排出，严重降低了涡轮壳的气密性。
现有技术至少存在以下缺点：
1、特殊结构的涡轮壳的顶部狭小，无法固定冷铁；
2、涡轮壳顶部放置冷铁，阻碍气体排出，造成铸件产生气孔缺陷，影响铸件的气密性和合格率。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种砂型制造组件及铸造方法，能够有效减少涡轮壳铸件的缩松缺陷，且提高铸件的气密性和合格率。所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种砂型制造组件，包括：模具主体、冷铁及固定在模具主体上表面的定位柱和多个支撑柱，所述冷铁上设有通孔，通过所述通孔，所述冷铁套设在定位柱外侧，且由所述支撑柱支撑冷铁的底部，所述冷铁与模具主体之间为形成覆砂的空间，所述覆砂用于在进行砂型铸造时，延缓冷铁的激冷速度，以实现铸造过程中气体的排出；所述定位柱的上端与冷铁的通孔口齐平或伸出通孔。
优选地，所述定位柱竖直固定在所述模具主体上表面的中心处，所述冷铁上通孔的孔径大于所述定位柱的外径，所述定位柱用于使冷铁保持竖立。
可选地，所述定位柱为圆柱体，更优选地，所述定位柱设置为上窄下宽的锥体。
优选地，所述冷铁上通孔开设在冷铁的竖直中心轴处，所述冷铁的底面面积与模具主体的上表面面积的比例值范围为0.6-1.5。
进一步地，所述冷铁为上宽下窄结构。
可选地，所述支撑柱的长度范围为1mm-6mm，所述定位柱的长度大于或等于支撑柱长度与冷铁上通孔长度之和。
进一步地，所述模具主体的上表面面积小于10cm2。
另一方面，本发明提供了一种利用上述组件制造得到的砂型，所述砂型的型腔包括主型腔和排气通道，所述主型腔由脱模前的模具主体区域形成，所述排气通道由脱模前的定位柱区域形成，所述冷铁位于主型腔的上方，所述冷铁与主型腔相对的表面上形成有覆砂，所述排气通道将所述主型腔与冷铁的通孔连通，所述排气通道用于排出砂型铸造过程中的气体。
另一方面，本发明提供了一种铸造方法，方法流程包括：
步骤一、利用上述的组件将型砂制作成砂型；
步骤二、对砂型上由支撑柱形成的孔洞进行填平修补；
步骤三、向砂型的型腔内注入铸造熔液；
步骤四、待铸造熔液冷却后，起模得到铸件。
本发明还提供了一种铸件，所述铸件利用上述的砂型进行铸造得到。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
1)通过对模型的优化，利用在狭小的顶面设置定位柱对冷铁实现定位，防止冷铁在顶面发生偏移和掉落；
2)使用冷铁，消除铸件内部的缩松缺陷；
3)利用支撑柱在冷铁工作面上形成覆砂，有利于延缓冷铁的激冷效果，为气体排出提供了时间保障；
4)定位柱为成型后的砂型制造了排气通道，降低逐渐内部产生气孔的概率，改善产品的气密性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的用于制造砂型的模具的主视图；
图2是本发明实施例提供的用于制造砂型的模具的俯视图；
图3是本发明实施例提供的砂型制造组件的主视图；
图4是本发明实施例提供的砂型制造组件的剖视图；
图5是本发明实施例提供的砂型成品的俯视图；
图6是图5中A-A方向的剖视图；
图7是本发明实施例提供的铸造方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的制造砂型的方法流程图。
其中，附图标记如下：1-定位柱，2-支撑柱，3-模具主体，4-冷铁，5-砂型主体，6-排气通道，7-覆砂，8-主型腔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明是针对砂型铸造的改进，体现在对冷铁的使用，具体涉及对制造砂型的模具的改进及对模具上冷铁安置方式的改进，相应地，得到改进后的砂型成品，及利用砂型进行铸造的方法和铸件产品。
实施例1：在铸件过程中会产生缩松缺陷，所谓缩松，是指铸件最后凝固的区域内没有得到液态金属或合金的补缩而形成分散和细小的缩孔，缩松缺陷严重影响了成型铸件的质量，缩松一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、厚大部位、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。现有技术中，通常采用设计冒口和安置冷铁的方法来解决缩松缺陷，利用冒口来放置液态金属补充液，利用冷铁来增加铸件局部冷却速度，使整个铸件接近于同时凝固。但是，在使用冷铁的情况下，铸造熔液中会产生气体向上流动现象，因此，如果所述冷铁安放的位置为铸件的上方，由于冷铁的阻挡，导致所述气体无法从铸件熔液中排出，从而在铸件内部形成气孔，严重影响铸件的气密性和生产合格率。
在本发明的一个实施例中，针对于一些特殊结构的铸件，其顶部会出现缩松缺陷的情况，本发明提供了解决问题的技术方案，即对用于制造砂型的模具进行优化改进，参见图1，改进后的模具包括模具主体3、定位柱1和支撑柱2，所述定位柱1和支撑柱2固定设置在模具主体3的上表面，所述定位柱1的高度高于支撑柱2的高度。
所述支撑柱2的数量为一个或多个，为了提高支撑柱的支撑稳定性，优选设置为多个支撑柱2，参见图2，本实施例中所述支撑柱2的数量为三个，支撑柱2以定位柱1为中心设置在定位柱1的周围，即三个支撑柱2形成一个正三角形，所述定位柱1为该正三角形的中心，此设置仅为提高支撑稳定性的优选设置的具体例子，本发明对支撑柱2的具体数量及支撑柱2的设置位置不作特定限定。
优化后的模具与用于激冷的冷铁组成砂型制造组件，参见图3，两者配合使用来制造砂型，与所述模具相对应地，在块状的冷铁4上开设有与所述定位柱1配合的通孔，所谓配合，即为通过所述通孔，所述冷铁4套设在所述定位柱1的外侧，即所述定位柱1使冷铁4不容易从模具主体1的顶面发生偏移，且由所述支撑柱2支撑所述冷铁4的底部。
由于支撑柱2的支撑作用，所述冷铁4与模具主体3之间为形成覆砂的空间，所述覆砂为注砂造型时，在冷铁4的工作面(即冷铁4与所述模具主体3相对的侧面)上形成的一层型砂层，所述覆砂用于在进行砂型铸造时，延缓冷铁4的激冷速度，以实现铸造过程中气体的排出。
所述覆砂的厚度取决于所述支撑柱2的高度，所述覆砂的延缓冷铁4的激冷速度的效果除了取决于覆砂的厚度，还取决于覆砂的面积，而所述覆砂的面积为冷铁底面面积减去支撑柱2的面积(即取决于支撑柱2的大小和数量)，因此，所述支撑柱2的长度范围为1mm-6mm为一个可选范围，具体长度可根据实际的激冷速度需求和支撑柱的具体设置来决定。
为了实现铸造过程中气体的排出，制造得到的砂型需具有排气通孔，因此，所述定位柱1的上端与冷铁4的通孔口齐平或定位柱1的上端伸出所述通孔，即所述定位柱1的长度大于或等于支撑柱长度与冷铁4上通孔长度之和，基于此，在砂型造型成功后，脱模得到的砂型在脱模前定位柱1所在区域形成排气通道，且所述排气通道与冷铁4上通孔外部连通。
为了发挥冷铁4的作用，所述冷铁4的底面大小接近于模具主体3的上表面大小，可理解为，在本实施例中优选地，冷铁4的底面面积等于模具主体3的上表面面积，需要说明的是，此设置仅为本实施例的一个优选设置，而不得作为缩小本发明保护范围的限制，可选地，所述冷铁4的底面面积与模具主体3的上表面面积的比例值范围为0.6-1.5。
为了使冷铁4的底面正对于模具主体3的上表面，且为了使成型后砂型的排气通孔位于砂型型腔的正上方，优选地，所述定位柱1竖直固定在所述模具主体3上表面的中心处，相应地，所述冷铁4上通孔开设在冷铁4的竖直中心轴处，所述冷铁4上通孔的孔径大于所述定位柱1的外径，所述定位柱1用于使冷铁4保持竖立，由于图1与图2中的模具主体3仅为一个示意图(实际生产中的模具主体不限定于直立柱体，模具主体的上表面也不限定于规则形状)，因此，此处将定位柱1设置在模具主体3的上表面中心处仅为一个优选的实施例，即使与所述正中心有所偏差，甚至所述定位柱1稍微发生倾斜(在冷铁4的通孔与之适应配合，且能够脱模的情况下)，也同样可以实现本发明的技术方案，该设置不作为缩小本发明保护范围的限定。
所述定位柱1的形状可以为圆柱体或者椎体，将所述定位柱1设置为圆柱体，能够降低定位柱1和冷铁4的开凿通孔的工艺难度；将所述定位柱1设置为上窄下宽的椎体，则能够方便脱模(所述定位柱1从窄端向宽端方向进行脱模)。
本发明的一个实施例中，优选地，所述冷铁4为上宽下窄结构，如图3和图4所示，所述上宽下窄结构有很多形态，比如，底面具有一定面积的倒置锥台，或者倒置梯形台，等等，在此不多举例，设置上宽下窄的结构的作用在于，在注入型砂后，型砂对上宽下窄的冷铁4的侧面起到支撑作用，以防止冷铁4向下掉落。
本申请尤其解决了顶部面积过小的铸件的铸造难题，铸件顶部出现缩松缺陷，则需要在相应的砂型制作模具的顶部安置冷铁，若模具的顶部面积过小，则冷铁无法稳定地放置在其顶部(在注入型砂过程中容易掉落)，因此，上表面面积小于10cm2的模具主体尤其适用本申请的技术方案，本实施例中，模具主体的顶面面积小于3cm2，本实施例的模具用于制造涡轮增压器的核心零件涡轮壳，且所述涡轮壳具有特殊结构，体现在涡轮壳的顶部面积小于3cm2，且在不使用冷铁的情况下，顶部出现缩松缺陷。
实施例2：本发明实施例提供了一种利用实施例1中的砂型制造组件制造得到的砂型，在铸造生产中用原砂、黏结剂及其他辅料做成的铸件型腔叫砂型，参见图5和图6，所述砂型的型腔包括主型腔8和排气通道6，所述主型腔8由脱模前的模具主体3区域形成，所述排气通道6由脱模前的定位柱1区域形成，所述冷铁4位于主型腔8的上方，所述冷铁4与主型腔8相对的表面上形成有覆砂7，所述排气通道6将所述主型腔8与冷铁4的通孔连通，所述排气通道6用于排出砂型铸造过程中的气体。
所述砂型上在脱模前的支撑柱2区域形成有孔洞，需要用修补膏填平所述孔洞。
本发明实施例提供的砂型结构，有利于在砂型铸造过程中，同时发挥冷铁4的激冷作用和排气通道6的排气作用，使制造得到的铸件防止出现缩松缺陷和气孔缺陷。
实施例3：本发明实施例提供了一种铸造方法，方法流程包括：
S1、制作砂型，具体步骤包括：
S101、型砂制备。
具体地，所述型砂制备过程为：将石英砂、皓砂、镁砂、粘土、煤粉、淀粉和水混合，搅拌均匀；然后再加入粘结剂和硬化剂混合，搅拌均匀得到待用的型砂；
S102、将型砂填入砂箱，将上述组件放入砂箱中，再对所述型砂进行压实操作。
具体地，可采用震击压实式造型机压实砂箱中的型砂，所述震击压实式造型机的工作频率为700-900次/分钟，振幅为10-20mm，在砂箱中填实的部分即为砂型主体5；
并且在砂箱中设置浇口和用于补缩的冒口，所述浇口为进料口，是分流道与型腔之间的狭小通口，也是最短小部分，其作用使熔融液体在进型腔时产生加速度，有利于迅速充满型腔，成型后浇口先冷凝，以封闭型腔，防止熔融液体倒流，避免型腔压力下降过快；所述冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分，在铸型中，冒口的型腔是存贮铸造熔液的空腔，在铸件形成时补给铸造金属熔液，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。
S103、将模具从所述砂箱中起模，得到砂型。
所述模具为实施例一中所述的进行优化改进的模具，即包括模具主体3、定位柱1和支撑柱2，将这三部分从所述砂箱中脱离，而冷铁与型砂一起造型凝结在砂型中。
S104、砂型修补。
由于砂型上在脱模前的支撑柱2区域形成有孔洞，利用修补膏将所述孔洞进行填补并烘干所述修补膏，最终形成平齐的表面。
S105、对所述砂型进行表面精细加工。
所述精细加工包括但不限于：在砂型表面(砂型的型腔内表面)喷涂铸造涂料，然后对所述涂料进行烘干，烘干后优选地，对涂料表面进行打磨操作，使其形成光滑的表面。
S2、向砂型的型腔内注入铸造熔液。
具体地，通过所述浇口注入铸造熔液，铸造熔液铸件填满所述砂型型腔，包括至少注满主型腔8和部分(或全部)排气通道6，在主型腔8中注满铸造熔液后，继续注入铸造熔液，液面即会上升到排气通道6中，所述冷铁4对主型腔8内上部的铸造熔液起到激冷作用，使其与其他部位的铸造熔液的冷凝速度基本保持一致，所述排气通道6中的铸造液也起到了补缩的作用过程中；在激冷过程中，由于温度发生变化，铸造熔液中产生气体流动(气体由下往上移动)，最后进入排气通道6并排出，防止在铸造熔液(最后冷凝得到的铸件)内产生气孔。
S3、待铸造熔液冷却后，起模得到铸件。
具体的起模过程包括将铸造熔液冷凝形成的铸件与砂型分离，具体可以采用将所述铸件外侧的砂型打击敲除，去除的部分包括砂型主体5、冷铁4、覆砂7及排气通道6内的铸造材料，最后得到的铸件即为主型腔8形成的部分。
S4、对铸件进行精细加工。
所述对铸件的精细加工包括对铸件的表面进行光滑打磨等加工操作。
本发明实施例还提供了一种铸件，所述铸件利用上述的砂型进行铸造得到，由于砂型上的冷铁4和排气通道6的结构特点，使得制造得到的铸件具有缩松缺陷少，无气孔的优点，产品的合格率高。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种砂型，其特征在于，所述砂型利用砂型制造组件制造而成，所述砂型制造组件包括模具主体(3)、冷铁(4)及固定在模具主体(3)上表面的定位柱(1)和多个支撑柱(2)，
所述冷铁(4)上设有通孔，通过所述通孔，所述冷铁(4)套设在定位柱(1)外侧，且由所述支撑柱(2)支撑冷铁(4)的底部，所述冷铁(4)与模具主体(3)之间为形成覆砂(7)的空间，所述覆砂(7)用于在进行砂型铸造时，延缓冷铁(4)的激冷速度，以实现铸造过程中气体的排出；
所述定位柱(1)的上端与冷铁(4)的通孔口齐平或伸出通孔；
所述砂型的型腔包括主型腔(8)和排气通道(6)，所述主型腔(8)由脱模前的模具主体(3)区域形成，所述排气通道(6)由脱模前的定位柱(1)区域形成，所述冷铁(4)位于主型腔(8)的上方，所述冷铁(4)与主型腔(8)相对的表面上形成有覆砂(7)，所述排气通道(6)将所述主型腔(8)与冷铁(4)的通孔连通，所述排气通道(6)用于排出砂型铸造过程中的气体。
2.根据权利要求1所述的砂型，其特征在于，所述定位柱(1)竖直固定在所述模具主体(3)上表面的中心处，所述冷铁(4)上通孔的孔径大于所述定位柱(1)的外径，所述定位柱(1)用于使冷铁(4)保持竖立。
3.根据权利要求2所述的砂型，其特征在于，所述定位柱(1)为圆柱体或上窄下宽的锥体。
4.根据权利要求2所述的砂型，其特征在于，所述冷铁(4)上通孔开设在冷铁(4)的竖直中心轴处，所述冷铁(4)的底面面积与模具主体(3)的上表面面积的比例值范围为0.6-1.5。
5.根据权利要求1所述的砂型，其特征在于，所述冷铁(4)为上宽下窄结构。
6.根据权利要求1所述的砂型，其特征在于，所述支撑柱的长度范围为1mm-6mm，所述定位柱(1)的长度大于或等于支撑柱长度与冷铁(4)上通孔长度之和。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的砂型，其特征在于，所述模具主体(3)的上表面面积小于10cm2。
8.一种铸造方法，其特征在于，包括：
步骤一、制作权利要求1所述的砂型；
步骤二、对砂型上由支撑柱形成的孔洞进行填平修补；
步骤三、向砂型的型腔内注入铸造熔液；
步骤四、待铸造熔液冷却后，起模得到铸件。
9.一种铸件，其特征在于，利用权利要求1所述的砂型进行铸造得到。
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