CN111496192B - 一种组合砂芯的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种组合砂芯的成型方法，采用3D打印成型复杂结构，手工砂芯成型外轮廓，将铸件内部作为一个整体内腔砂芯进行内腔芯拆分；沿铸件外轮廓的外部砂芯进行最高面和最低面拆分；3D打印拆分砂芯形成3D砂芯并在外侧放置芯盒框；在芯盒框与3D砂芯中空处填埋树脂砂，硬化后通过设置在外轮廓上的吊运结构转运下芯进行组芯；内腔芯之间通过配合的凹凸定位结构确定位置关系，内腔砂芯通过方门结构与外部砂芯连接；设置浇注系统；合箱后装卡机构紧固后浇注。本发明具有快速制造的特点，无需传统木模模具，对于产品的快速开发和成本的降低有显著意义，单个产品用砂量大幅降低，提高3D成型铸件的能力，简化铸件分芯组芯过程，节约成本，提高铸件质量。

Description

一种组合砂芯的成型方法

技术领域

本发明涉及一种组合砂芯的成型方法，尤其涉及3D打印砂芯的铸造方法。

背景技术

传统砂型铸造成型，多通过手工或射芯成型砂芯，之后将砂芯组装形成铸造型腔，将高温液态铁液浇入，充填空腔后冷却清理后获得所需要的铸件。目前，3D打印砂芯作为一种新的铸造砂芯成型方法，正在快速发展，3D打印生产铸造砂芯方法灵活，在快速制造、生产复杂砂芯和高精度铸件方面具有明显优势。同时，在提升3D打印效率、降低打印成本方面仍有较大空间可以继续挖掘。一般3D打印砂芯为了转运、清理、组装，需要保证砂芯整体强度足够，采用增大砂芯吃砂量，增加型砂强度，通过以上办法将增大成本投入，降低生产效率，提高打印头设备负担。需要通过采取新的方式，大幅降低3D砂芯重量，提高打印效率，降低生产成本。

发明内容

本发明提供了一种组合砂芯的成型方法，使用一种特殊的3D打印结合手工树脂砂造型的方式生产铸件，采用3D打印成型复杂结构，手工砂芯成型外轮廓的方式，取消传统模具、快速成型铸造，使得铸造方法简单高效，实现快速生产铸件，质量改善明显，成本低。

一种组合砂芯的成型方法，采用3D打印成型复杂结构，手工砂芯成型外轮廓，在确定铸件浇注方向后将铸件内部看成一个整体，在3D打印机允许的打印的高度范围内，铸件内部作为一个整体砂芯为内腔砂芯；将内腔砂芯拆分为多个内腔芯并保证每个拆分内腔芯的之间有连接结构；沿铸件外轮廓设置随型的砂层，沿浇注方向在铸件侧壁外轮廓的最高面拆分出上砂芯、冒口芯，最低面拆分出下砂芯；采用3D打印方式对拆分砂芯进行打印形成3D砂芯；每个所述3D砂芯外侧放置芯盒框，芯盒框上设置吊运及装卡机构，芯盒框将3D砂芯整体包裹在内部,在需要设置浇注系统的位置，预先放置浇注系统结构；在芯盒框与3D砂芯中空处填埋树脂砂，硬化后形成一个整层砂芯，整层砂芯通过设置的吊运结构转运下芯进行组芯，内腔芯形成的整体砂芯之间通过配合的凹凸定位结构确定位置关系，内腔砂芯通过方门结构与外部砂芯形连接；组芯完成后即可通过砂芯外围的装卡机构紧固后浇注。

本发明技术方案实现的具体步骤为：

工艺设计：使用三维设计软件设计铸造工艺，浇注方向选择要保证浇注方向的侧面有足够的孔洞，此孔洞用于连通铸件内外部砂芯。

内腔砂芯拆分设计：内腔砂芯采用3D打印的方式，由于3D打印对于打印砂芯的大小要求，对内腔砂芯进行拆分。将铸件内部看成一个整体，使用三维软件将其拆分为一个整体砂芯，沿浇注方向上将内腔砂芯拆分为多个内腔芯，所述内腔芯结构中单薄的部位可以设置加强筋增强其强度，使其在吊运、施涂和下芯等操作过程中不断裂损坏，此类加强筋结构可在最后合箱必须去除的时候切割去除。内腔芯之间需设置定位结构，每2个内腔芯之间至少设置2个定位箱锥孔，保证在组芯合箱时砂芯之间可以通过凹凸结构定位，箱锥孔也需做到防错，避免由于人员误操作导致的砂芯错位。

外部砂芯拆分设计：外部砂芯采用3D打印的方式，沿浇注方向在铸件侧壁外轮廓的最高面拆分出上砂芯，同时拆分出冒口芯；在铸件侧壁外轮廓的最低面拆分出下砂芯。通过方门结构将拆分的内腔砂芯与外部砂芯相连接。

外部轮廓设计：外部砂芯需将铸件外部四周轮廓全部包裹，外部砂芯的壁厚设置在20-40mm范围内。

3D打印砂芯：进行3D打印设计的拆分砂芯，形成3D砂芯。其中，打印的下砂芯形成铸件下部的结构并与内腔砂芯形成密封框架结构，下砂芯与内腔砂芯的分芯面外层需要设计一个最高的平面，用于在将下砂芯平稳放置在造型平台上并形成密封状态，使后序流砂不会有手工树脂砂流入内部。并在下砂芯的底部或侧面预留内浇道进流位置，用于内浇道纸管的连接。上砂芯形成铸件上面的轮廓尺寸，由于上砂芯会受到后面填入的树脂砂压力，因此需要高的强度，因此上层砂芯的吃砂量在50-80mm，上砂芯上冒口芯进行冒口定位，冒口芯用于固定按照配套的冒口套。

组芯：每个砂芯在打印完成后，在3D砂芯外侧放置芯盒框，芯盒框上设置吊运及装卡机构，芯盒框将3D砂芯整体包裹在内部，芯盒框高度方向较3D砂芯低20-50mm，在需要设置浇注系统的位置，预先放置浇注系统结构。在芯盒框与3D砂芯中空处填埋手工树脂砂，使用呋喃树脂砂，其加入量在0.5-0.7％之间即可，待硬化后形成整层砂芯，通过设置的吊运结构转运下芯进行组芯。其中，浇注系统设置为浇道选择单独的通用木质浇注系统，将浇注系统横浇道放置在3D打印砂芯与芯盒框中间，保证两边有一定的吃砂量，木质横浇道与3D砂芯内浇道定位孔之间使用纸质内浇道连接并密封固定后，可流砂形成组合后下层芯，待型砂硬化后可翻转整体砂芯后取出横浇道模具，之后可以组装上砂芯，上砂芯上有之前设置好的直浇道，配合后形成完整的浇注系统。浇注系统使用底注式浇注，有利用浇注充型平稳。完成后即可通过砂芯外围的卡紧装置紧固后浇注。

本发明技术方案的有益效果主要体现在可以利用3D打印成型能力强，快速制造的特点，无需制造传统的木模模具，对于产品的快速开发和成本的降低有显著意义，相对于整个砂芯由3D打印的形式来说，单个产品用砂量大幅降低，提高3D成型铸件的能力，形成复杂的型腔结构，简化铸件分芯组芯过程，节约成本，提高铸件质量。

附图说明

图1铸件结构关系示意图

图2砂芯分块示意图

图3下砂芯分块示意图

图4内腔芯分块示意图

图5上砂芯分块示意图

图6砂芯埋箱芯盒框示意图

图7砂芯连接结构示意图

其中，1-立柱铸件；2-立柱导轨；3-下砂芯；4-内腔芯；5-冒口芯；6-上砂芯；7-浇注系统；8-内浇道纸管；9-挂砂槽；10-吊把；11-吊运槽；12-定位结构；13内腔砂芯；14-外部砂芯；15-加强筋；16-芯盒框；19-连接筋。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中，一种立柱铸件的成型方法，结合图1-图7进行详细说明，铸件结果关系如图1，立柱铸件1上有立柱导轨2，成型方法包括如下步骤：

工艺设计，使用三维设计软件设计铸造工艺，浇注方向选择将铸件导轨2重要面设计在下箱面，设置产品导轨向下的方式，浇注方向的侧面有足够的孔洞，此孔洞用于连同铸件内外部砂芯；浇注系统使用底注式浇注，有利用浇注充型平稳；保证导轨质量。

内腔砂芯13的拆分：将立柱铸件1内部看成一个整体，使用三维软件将其拆分为一个整体砂芯，沿浇注方向上，在3D打印允许的打印高度范围内，将内腔砂芯13拆分为多个内腔芯4，内腔芯4为若干层的3D打印砂芯层。内腔芯4中单薄的部位可以设置加强筋15增强其强度，使其在吊运、施涂和下芯等操作过程中不断裂损坏，此类加强筋结构可在最后合箱必须去除的时候切割去除。内腔芯4分块之间设置定位结构12，即每2块之间设置2个定位箱锥孔，保证在组芯时砂芯之间可以通过凹凸结构定位，箱锥孔也需做到防错，避免由于人员误操作导致的砂芯错位。每个内腔芯分块上还设置有1个吊运槽11。

外腔砂芯14沿浇注方向，在铸件侧壁外轮廓的最高面拆分出上砂芯3、冒口芯5；同样，在铸件侧壁外轮廓的最低面拆分出下砂芯6。内腔砂芯13利用连接筋19结构与外部砂芯14相连接。其中外部砂芯14需将外部四周铸件轮廓全部包裹，外部砂芯14的壁厚设置在40mm。

3D打印设计的拆分砂芯，打印的下砂芯3形成铸件下面的结构并与内腔砂芯13形成密封框架结构，下砂芯3与内腔砂芯14的分芯面外层设计一个最高的平面，用于在将下砂芯3平稳放置在造型平台上并形成密封状态，使后序流砂不会有手工树脂砂流入内部。并在下砂芯3的侧面预留内浇道进流位置以连接内浇道纸管8并预留挂砂槽9。下砂芯3非浇道面的两侧边上设有吊把10。

上砂芯6形成铸件上面的轮廓尺寸，由于上砂芯会受到后面填入的树脂砂压力，因此需要高的强度，因此上砂芯6的吃砂量在70mm，冒口芯5进行冒口定位。

每块砂芯在打印完成后，在砂芯外侧放置芯盒，芯盒框16上设置吊运及装卡机构，芯盒框16将砂芯整体包裹在内部，芯盒框16高度方向较砂芯低20mm，需要设置浇注系统的位置，预先放置浇注系统7，在芯盒框16与3D砂芯中间的空档处填埋手工树脂砂，使用呋喃树脂砂，其加入量在0.5％，待硬化后通过设置在外轮廓上的吊运结构转运下芯进行组芯，完成后即可通过砂芯外围的卡紧装置紧固后浇注。

其中，浇道系统7选择单独的通用木质浇注系统，将浇注系统7的横浇道放置在3D砂芯与芯盒框16中间，保证两边有一定的吃砂量，木质横浇道与3D砂芯内浇道定位孔之间使用纸质内浇道连接并密封固定后，可流砂形成组合后下层芯，待型砂硬化后可翻转整体砂芯后取出横浇道模具，之后可以组装上层砂芯，上层砂芯上有之前设置好的直浇道，配合后形成完整的浇注系统。

Claims (8)

1.一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

将铸件设置为内部一个整体砂芯的内腔砂芯、外轮廓一个整体砂芯的外部砂芯；沿浇注方向上将所述内腔砂芯拆分为多个内腔芯，每个所述内腔芯采用3D打印方式打印；

在铸件侧壁外轮廓上沿浇注方向自上而下将所述外部砂芯拆分为上砂芯、冒口芯及下砂芯，并采用3D打印方式打印；

在各所述内腔芯与外部砂芯外侧设置芯盒框；

将各所述内腔芯、外部砂芯和对应芯盒框中空处填埋树脂砂形成砂芯层；

对所述树脂砂硬化处理，将每个所述砂芯层转运下芯完成组芯。

2.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，所述内腔芯上设置有定位结构。

3.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，所述内腔砂芯设有方门，所述内腔砂芯和所述外部砂芯由所述方门连接。

4.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，所述上砂芯设有直浇道。

5.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，所述下砂芯底部或侧面预留内浇道进流口。

6.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，所述芯盒框上设置有吊运结构和装卡机构。

7.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，砂芯与芯盒框中间设置横浇道。

8.根据权利要求1所述的一种组合砂芯的成型方法，其特征在于，所述树脂砂的加入量在0.5％ -0.7％。

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