CN110918939B - 一种具有悬筋的铝合金产品成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金铸造的技术领域，尤其是涉及一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，包括从下至上依次设置的下底板、下模、上模、上底板，上模与上底板相对固定，下模与下底板相对固定，下模的底部设有通至型腔的浇口，上底板背对上模的一侧设有活动的压板，压板上竖直固定顶针，上模内设有通至型腔的通孔，顶针插于通孔内，所述上模与下模之间设有第一模块和第二模块，第一模块固定于下模的上表面，第二模块固定于上模的下表面，第一模块的侧面与第二模块的侧面拼接，上模与第一模块围成的型腔的顶部，型腔的中部位于第二模块内，型腔的底部位于下模的上表面。本发明具有产品悬筋处不易断裂及产品方便脱模的优点。

Description

一种具有悬筋的铝合金产品成型模具及成型方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸造的技术领域，尤其是涉及一种具有悬筋的铝合金产品成型模具及成型方法。

背景技术

在铸造合金中，铸造铝合金的应用最为广泛，是其它合金所无法比拟的。由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。

缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一，产生的原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发现，铸造铝合金凝固范围越小，越容易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越容易形成散性缩孔。因此，在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则，即铸件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充，使缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。

图1为一种铝合金产品，具有蜗形通道1、第一圆环壁2及第二圆环壁3，第一圆环壁2位于第二圆环壁3内，第一圆环壁2的外侧与第二圆环壁3的内侧连接有一圈悬筋32，悬筋32上方和下方都是空的，这种铝合金产品用传统方法（从中心浇铸）成型时有两大难点：1.浇铸时铝水从第一圆环壁2向第二圆环壁3扩散，悬筋32处氧化断裂严重，原因是悬筋32处铝水的流速难以控制；2.由于悬筋32上方和下方都是空的，所以铝合金产品成型后无法脱模。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有悬筋的铝合金产品成型模具及成型方法，具有悬筋处不易断裂及产品方便脱模的优点。

本发明的上述技术效果是通过以下技术方案得以实现的：一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，包括从下至上依次设置的下底板、下模、上模、上底板，上模与上底板相对固定，下模与下底板相对固定，下模的底部设有通至型腔的浇口，上底板背对上模的一侧设有活动的压板，压板上竖直固定顶针，上模内设有通至型腔的通孔，顶针插于通孔内，所述上模与下模之间设有第一模块和第二模块，第一模块固定于下模的上表面，第二模块固定于上模的下表面，第一模块的侧面与第二模块的侧面拼接，上模与第一模块围成型腔的顶部，型腔的中部位于第二模块内，型腔的底部位于下模的上表面；第二模块内的型腔中竖直插有圆筒状的外砂芯，外砂芯与型腔内壁所围的空间用于成型第二圆环壁，外砂芯的内壁上设有环形凸起，外砂芯内竖直地插有内砂芯，内砂芯与环形凸起上方的外砂芯内壁配合，环形凸起下方的外砂芯与内砂芯所围的空间用于成型第一圆环壁，环形凸起下方的外砂芯的壁上设有用于成型悬筋的孔洞；上模处设有用于定位及释放外砂芯的连接机构；型腔内于第二圆环壁外侧设有蜗形砂芯，蜗形砂芯位于第二模块与下模之间，第二圆环壁外壁与蜗形砂芯及型腔内壁围成的空间用于成型蜗形通道，蜗形砂芯、外砂芯和内砂芯均与第二模块相对固定。

通过采用上述技术方案，采用低压铸造工艺从型腔底部注入铝液，由于低压铸造工艺可以控制铝液注入型腔的速度，所以能够使铝液缓慢地充满外砂芯上的孔洞而成型出悬筋，并且悬筋内部质量好，基本无氧化断裂现象。

由于成型出的悬筋插于外砂芯上的孔洞内，因此产品与外砂芯无法分离，而开模后顶针向下顶产品，外砂芯随产品一起被顶出模具，最后震动除砂使外砂芯与产品分离，解决了具有悬筋的铝合金产品难以脱模的难题。

优选的，所述连接机构包括固定于上模侧壁的气缸，气缸的活塞杆连接有水平的推杆，外砂芯的侧面设有供推杆插入的插槽。

通过采用上述技术方案，利用气缸的活塞杆推动推杆，使推杆插入插槽从而定位外砂芯，使外砂芯在型腔内的位置固定，避免了型腔中注入铝液时将外砂芯位置碰歪而导致产品报废；而脱模后需要顶出产品和外砂芯时，气缸的活塞杆拉回推杆，使推杆与外砂芯分离，顶针推产品时，产品即可带着外砂芯一起离开型腔。

优选的，所述第一模块的上表面设有嵌槽，蜗形砂芯的下表面嵌入嵌槽内。

通过采用上述技术方案，当上模与第一模块合模（上模的下表面压于第一模块的上表面）时，嵌槽将蜗形砂芯定位，使蜗形砂芯在型腔内固定不动，从而配合型腔内壁成型出包围蜗形通道的厚薄均匀的壁。

优选的，所述蜗形砂芯上成型有挡块，型腔顶部设有冒口成型腔，挡块用于挡住冒口成型腔。

通过采用上述技术方案，型腔内的铝液固渣上浮至冒口成型腔内，使型腔中的固渣含量大大减少，从而提高了产品质量。

优选的，所述上模内设有竖孔，竖孔内可拆卸连接有压块，压块底部抵于内砂芯顶部。

通过采用上述技术方案，压块用于定位内砂芯，使内砂芯在竖直方向固定不动；设计压块与上模可拆卸连接，可方便更换不同高度的压块，或方便在压块与内砂芯之间铺设垫层，从而保证内砂芯能够被压紧。

优选的，所述竖孔和压块均呈T型，压块与上模通过螺钉连接。

通过采用上述技术方案，当内砂芯做得较高时，可通过旋转螺钉使压块适当上升来配合内砂芯的高度；当内砂芯做得较矮时，可通过旋转螺钉使压块适当下降来配合内砂芯的高度。

优选的，所述外砂芯侧面的顶部呈锥形，且锥尖朝上，上模的下表面设有圆台形凹槽，外砂芯的外壁与圆台形凹槽的内壁配合。

通过采用上述技术方案，外砂芯从下向上插入第二模块的型腔中时，圆台形凹槽与外砂芯锥形顶的配合对外砂芯具有导向作用，使外砂芯能够快速无阻地插入圆台形凹槽，以便推杆连接外砂芯。

优选的，所述第二模块的上表面设有用于封住型腔的环形盖板，顶针贯穿环形盖板，外砂芯同轴地插于环形盖板内，且环形盖板套于外砂芯锥形顶的根部。

通过采用上述技术方案，环形盖板不仅用于封住型腔顶部，还能阻止外砂芯晃动，防止推杆磨损外砂芯的插槽内壁（推杆与插槽的配合间隙变大）而导致的外砂芯晃动。

优选的，所述压板上固定竖直的导柱，导柱贯穿上模及第二模块。

通过采用上述技术方案，开模后，第二模块远离下模，导柱即可戳出第二模块底部，相对于导柱固定的压板和顶针即可相对于第二模块竖直移动，从而顶出型腔中的产品。

本发明的上述技术效果还通过以下技术方案得以实现：一种具有悬筋的铝合金产品成型模具的成型方法，步骤如下：

Step1.第二模块与下模合模之前，将内砂芯插入外砂芯，接着在第二模块的型腔内从下向上插入外砂芯，然后利用连接机构定位外砂芯；

Step2.上底板下行使第二模块与下模合模、上模与第一模块合模、第一模块与第二模块合模；

Step3.采用低压铸造工艺从浇口处向型腔内注入铝水；

Step4.待型腔内产品成型后，上抬上底板使上模和第二模块上行；

Step5.先利用连接机构释放外砂芯，再下压压板使顶针向下顶第二模块内的产品；

Step6.将产品置于震砂机中除去产品中的外砂芯、内砂芯、蜗形砂芯。

通过采用上述技术方案，利用气缸和推杆的配合来定位外砂芯、释放外砂芯，定位外砂芯后方便合模并成型产品，释放外砂芯后方便开模并顶出产品；顶出的产品内含有外砂芯、内砂芯、蜗形砂芯，利用震砂机快速除砂得到干净的产品，提高了生产效率。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.采用低压铸造工艺从型腔底部注入铝液，使铝液注入型腔的速度可控，从而能够使铝液缓慢地充满外砂芯上的孔洞而成型出悬筋，具有悬筋内部质量好、基本无氧化断裂的优点；

2.开模后顶针向下顶产品，外砂芯随产品一起被顶出模具，最后震动除砂使外砂芯与产品分离，解决了具有悬筋的铝合金产品难以脱模的难题。

附图说明

图1是背景技术中铝合金产品的结构示意图；

图2是一种具有悬筋的铝合金产品成型模具的正视图；

图3是图2的A-A向剖视图；

图4是外砂芯的结构示意图；

图5是一种具有悬筋的铝合金产品成型模具的立体图；

图6是图5隐藏上底板、压板、上模后的结构示意图；

图7是图6隐藏蜗形砂芯后的结构示意图。

图中，1、蜗形通道；2、第一圆环壁；3、第二圆环壁；4、下底板；5、下模；6、上模；7、上底板；8、第一模块；9、第二模块；10、产品；11、型腔；12、浇口；13、压板；14、顶针；15、通孔；16、外砂芯；17、内砂芯；18、环形凸起；19、蜗形砂芯；20、气缸；21、推杆；22、插槽；23、嵌槽；24、挡块；25、冒口成型腔；26、竖孔；27、压块；28、螺钉；29、圆台形凹槽；30、环形盖板；31、导柱；32、悬筋；33、孔洞；34、垫块；35、滑槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图2，为本发明公开的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，包括从下至上依次布置的下底板4、下模5、上模6、上底板7，上模6与下模5之间还具有第一模块8和第二模块9，第一模块8固定于下模5的上表面，第二模块9固定于上模6的下表面，第一模块8的侧面与第二模块9的侧面拼接，上模6固定于上底板7的下表面，下模5固定于下底板4的上表面。

如图2、图3所示，模具的型腔11由上模6、下模5、第一模块8、第二模块9这四个部分共同围成，其中上模6、下模5、第一模块8仅表面上成型一部分型腔11，而型腔11直接贯穿第二模块9的上下两侧面；上模6与第一模块8围成型腔11的顶部（见图7），型腔11的中部位于第二模块9内（见图3），型腔11的底部位于下模5的上表面（见图3）。下模5的底部嵌有通至型腔11底部的浇口12，第二模块9的上表面嵌有环形盖板30，环形盖板30用于封闭型腔11顶部。

如图3所示，第二模块9内的型腔11中竖直插有圆筒状的外砂芯16，外砂芯16与型腔11内壁所围的空间用于成型第二圆环壁3。外砂芯16的内壁上一体成型有环形凸起18，外砂芯16内竖直地插有内砂芯17，内砂芯17与环形凸起18上方的外砂芯16内壁配合。环形凸起18下方的外砂芯16与内砂芯17所围的空间用于成型第一圆环壁2，环形凸起18下方的外砂芯16的壁上具有孔洞33（见图4），孔洞33用于成型悬筋32。

如图3所示，型腔11内于第二圆环壁3外侧定位有蜗形砂芯19，蜗形砂芯19位于第二模块9与下模5之间，第二圆环壁3的外壁与蜗形砂芯19及型腔11内壁围成的空间用于成型蜗形通道1。

结合图6与图7，第一模块8的上表面成型有嵌槽23，蜗形砂芯19顶部的下表面嵌入嵌槽23内。

结合图5与图6，当上模6与第一模块8合模（上模6的下表面压于第一模块8的上表面）时，嵌槽23将蜗形砂芯19定位，使蜗形砂芯19在型腔11内固定不动，从而配合型腔11内壁成型出包围蜗形通道1的厚薄均匀的壁。

结合图6与图7，上模6与第一模块8还围成冒口成型腔25，冒口成型腔25位于型腔11顶部的正上方。蜗形砂芯19上一体成型有挡块24，挡块24挡于冒口成型腔25外侧。型腔11内的铝液固渣上浮至冒口成型腔25内，使型腔11中的固渣含量大大减少，从而提高了产品10质量。

如图3所示，上模6内具有竖孔26，竖孔26内配合地插有压块27，压块27呈T型圆柱状。压块27位于内砂芯17的正上方，压块27底部水平，内砂芯17顶部也水平，压块27底部压于内砂芯17顶部。压块27与上模6通过一圈螺钉28可拆卸连接，当内砂芯17做得较高时，可通过旋转螺钉28使压块27适当上升来配合内砂芯17的高度；当内砂芯17做得较矮时，可通过旋转螺钉28使压块27适当下降来配合内砂芯17的高度。

结合图5与图6，上模6的侧面固定有气缸20，气缸20的活塞杆呈水平状插入上模6与第二模块9的间隙中。第二模块9的上表面固定有垫块34，垫块34上表面具有滑槽35，滑槽35与气缸20的活塞杆同轴，滑槽35内滑动配合有圆柱形的推杆21，推杆21一端连接气缸20的活塞杆，推杆21另一端指向外砂芯16（外砂芯16的顶部凸出于第二模块9上表面）。上述推杆21共两根，气缸20也两个，两根推杆21的中轴线经过外砂芯16的同一根直径。外砂芯16的侧面设有供推杆21插入的插槽22，推杆21插入插槽22的顶端为锥形，且推杆21顶端与插槽22配合。

如图3所示，外砂芯16侧面的顶部也呈锥形，且锥尖朝上，上模6的下表面成型有圆台形凹槽29，外砂芯16的外壁与圆台形凹槽29的内壁配合。外砂芯16同轴地插于环形盖板30内，且环形盖板30套于外砂芯16锥形顶的根部。环形盖板30不仅用于封住型腔11顶部，还能阻止外砂芯16晃动，防止推杆21磨损外砂芯16的插槽22内壁（推杆21与插槽22的配合间隙变大）而导致的外砂芯16晃动。

如图3所示，上底板7背对上模6的一侧设有活动的压板13，压板13上竖直固定若干根顶针14，上模6内成型有通至型腔11的通孔15，顶针14插于通孔15内并贯穿环形盖板30。压板13上固定若干根竖直的导柱31，（见图6）导柱31贯穿上模6和第二模块9。

上述模具成型具有悬筋32的铝合金产品10的方法为：

在第二模块9与下模5合模之前，先将内砂芯17插入外砂芯16，然后在第二模块9下方将外砂芯16插入第二模块9的型腔11，使外砂芯16顶部凸出于第二模块9上表面，然后用两个气缸20的活塞杆推动两根推杆21，使两根推杆21插入外砂芯16上的插槽22，从而使外砂芯16定位；然后驱动上底板7下行，使第二模块9与下模5合模、上模6与第一模块8合模、第一模块8与第二模块9合模；再采用低压铸造工艺，从浇口12处向型腔11内注入铝水，待型腔11内产品10成型后，驱动上底板7上行，使上模6和第二模块9上行（开模）；开模后，先利用气缸20拉回推杆21，使推杆21释放外砂芯16，再下压压板13使顶针14向下顶第二模块9内的产品10；最后将产品10（内含外砂芯16、内砂芯17、蜗形砂芯19）置于震砂机中除砂。

上述方法采用低压铸造工艺从型腔11底部注入铝液，由于低压铸造工艺可以控制铝液注入型腔11的速度，所以能够使铝液缓慢地充满外砂芯16上的孔洞33而成型出悬筋32，并且悬筋32内部质量好，基本无氧化断裂现象。由于成型出的悬筋32插于外砂芯16上的孔洞33内，因此产品10与外砂芯16无法分离，而开模后顶针14向下顶产品10，外砂芯16随产品10一起被顶出模具，最后震动除砂使外砂芯16与产品10分离，解决了具有悬筋32的铝合金产品10难以脱模的难题。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，包括从下至上依次设置的下底板（4）、下模（5）、上模（6）、上底板（7），上模（6）与上底板（7）相对固定，下模（5）与下底板（4）相对固定，下模（5）的底部设有通至型腔（11）的浇口（12），上底板（7）背对上模（6）的一侧设有活动的压板（13），压板（13）上竖直固定顶针（14），上模（6）内设有通至型腔（11）的通孔（15），顶针（14）插于通孔（15）内，其特征在于：

所述上模（6）与下模（5）之间设有第一模块（8）和第二模块（9），第一模块（8）固定于下模（5）的上表面，第二模块（9）固定于上模（6）的下表面，第一模块（8）的侧面与第二模块（9）的侧面拼接，上模（6）与第一模块（8）围成型腔（11）的顶部，型腔（11）的中部位于第二模块（9）内，型腔（11）的底部位于下模（5）的上表面；

第二模块（9）内的型腔（11）中竖直插有圆筒状的外砂芯（16），外砂芯（16）与型腔（11）内壁所围的空间用于成型第二圆环壁（3），外砂芯（16）的内壁上设有环形凸起（18），外砂芯（16）内竖直地插有内砂芯（17），内砂芯（17）与环形凸起（18）上方的外砂芯（16）内壁配合，环形凸起（18）下方的外砂芯（16）与内砂芯（17）所围的空间用于成型第一圆环壁（2），环形凸起（18）下方的外砂芯（16）的壁上设有用于成型悬筋（32）的孔洞（33）；

上模（6）处设有用于定位及释放外砂芯（16）的连接机构；

型腔（11）内于第二圆环壁（3）外侧设有蜗形砂芯（19），蜗形砂芯（19）位于第二模块（9）与下模（5）之间，第二圆环壁（3）外壁与蜗形砂芯（19）及型腔（11）内壁围成的空间用于成型蜗形通道（1），蜗形砂芯（19）、外砂芯（16）和内砂芯（17）均与第二模块（9）相对固定。

2.根据权利要求1所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述连接机构包括固定于上模（6）侧壁的气缸（20），气缸（20）的活塞杆连接有水平的推杆（21），外砂芯（16）的侧面设有供推杆（21）插入的插槽（22）。

3.根据权利要求1所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述第一模块（8）的上表面设有嵌槽（23），蜗形砂芯（19）的下表面嵌入嵌槽（23）内。

4.根据权利要求3所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述蜗形砂芯（19）上成型有挡块（24），型腔（11）顶部设有冒口成型腔（25），挡块（24）用于挡住冒口成型腔（25）。

5.根据权利要求1所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述上模（6）内设有竖孔（26），竖孔（26）内可拆卸连接有压块（27），压块（27）底部抵于内砂芯（17）顶部。

6.根据权利要求5所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述竖孔（26）和压块（27）均呈T型，压块（27）与上模（6）通过螺钉（28）连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述外砂芯（16）侧面的顶部呈锥形，且锥尖朝上，上模（6）的下表面设有圆台形凹槽（29），外砂芯（16）的外壁与圆台形凹槽（29）的内壁配合。

8.根据权利要求7所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述第二模块（9）的上表面设有用于封住型腔（11）的环形盖板（30），顶针（14）贯穿环形盖板（30），外砂芯（16）同轴地插于环形盖板（30）内，且环形盖板（30）套于外砂芯（16）锥形顶的根部。

9.根据权利要求1所述的一种具有悬筋的铝合金产品成型模具，其特征在于：所述压板（13）上固定竖直的导柱（31），导柱（31）贯穿上模（6）及第二模块（9）。

10.一种根据上述权利要求1-9任意一项所述的铝合金产品成型模具的成型方法，其特征在于，步骤如下：

Step1.第二模块（9）与下模（5）合模之前，将内砂芯（17）插入外砂芯（16），接着在第二模块（9）的型腔（11）内从下向上插入外砂芯（16），然后利用连接机构定位外砂芯（16）；

Step2.上底板（7）下行使第二模块（9）与下模（5）合模、上模（6）与第一模块（8）合模、第一模块（8）与第二模块（9）合模；

Step3.采用低压铸造工艺从浇口（12）处向型腔（11）内注入铝水；

Step4.待型腔（11）内产品（10）成型后，上抬上底板（7）使上模（6）和第二模块（9）上行；

Step5.先利用连接机构释放外砂芯（16），再下压压板（13）使顶针（14）向下顶第二模块（9）内的产品（10）；

Step6.将产品（10）置于震砂机中除去产品（10）中的外砂芯（16）、内砂芯（17）、蜗形砂芯（19）。

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