CN111774536A - 快速开发气缸盖铸件的3d打印砂芯结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,该结构的两个下侧边砂芯连接为一体,并与底板砂芯、进气道砂芯的周边芯头、排气道砂芯的周边芯头、下水套砂芯的周边芯头连接为一体构成第一砂芯组;两个上侧边砂芯连接为一体,并与顶盖砂芯、上水套砂芯的周边芯头连接为一体构成第二砂芯组;底板砂芯和顶盖砂芯上设置观察孔砂芯;底板砂芯上设置用于浇注铸件时排气的排气结构。本发明采用3D打印砂芯技术,将部分砂芯组合到一起,主体采用二个砂芯成型,减少了砂芯的数量,加快了制芯速度,降低了铸件的开发难度,加快了铸件的开发速度,适用于多种气缸盖铸件的开发,能够实现气缸盖类的铸件的制造难度低和周期短。
Description
技术领域
本发明属于气缸盖铸造技术领域,涉及一种快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构及其制作方法。
背景技术
气缸盖类的铸件,由于产品结构复杂,砂芯数量多,需要的工装相应也多。砂芯结构复杂,由此带来工装设计、制造难度大,周期长。一些复杂的砂芯(例如水套砂芯),在生产时砂芯废品高;铸件的工艺复杂,需要考虑砂芯的定位精度、砂芯的排气、铸件的浇注系统等多种因素;铸件的调试过程复杂,开发难度大。另外,由于新产品结构的不确定性,一旦产品更改,将导致一系列的工装更改,导致铸件的产品开发投入大,周期长。
气缸盖产品结构复杂,按照气缸盖铸件的结构特点,传统的工艺设计需要有顶盖芯、底板芯、上水套芯、下水套芯、进气道芯、排气道芯、侧边芯、回油孔芯和端面芯等十几种砂芯。砂芯数量多,结构复杂,需要的工装相应也多。对于气缸盖的水套芯、气道芯等复杂砂芯,需要采用金属工装和制芯设备才能实现制芯。试制投入达到几十万元以上。对于新产品开发来说,投入高,开发难度大,周期长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构。
为了解决上述技术问题,本发明的快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,包括上水套砂芯、下水套砂芯、进气道砂芯、排气道砂芯、顶盖砂芯、两个上侧边砂芯、底板砂芯、两个下侧边砂芯;其特征在于两个下侧边砂芯连接为一体,并与底板砂芯、进气道砂芯的周边芯头、排气道砂芯的周边芯头、下水套砂芯的周边芯头连接为一体构成第一砂芯组;两个上侧边砂芯、连接为一体,并与顶盖砂芯、上水套砂芯的周边芯头连接为一体构成第二砂芯组;底板砂芯和顶盖砂芯上设置观察孔砂芯;底板砂芯上设置用于浇注铸件时排气的排气结构。
所述的底板砂芯上设置四个A观察孔砂芯和B观察孔砂芯,沿圆周方向分布的四个扇形的A观察孔砂芯嵌入在底板砂芯的中部位置,并通过台阶安装定位;透过四个扇形的A观察孔砂芯的安装孔可分别观察到下水套砂芯、进气道砂芯和排气道砂芯部位。
所述的四个A观察孔砂芯的外表面设置数字序号标识,并且底板砂芯外表面对应四个A观察孔砂芯的旁边位置设置相应的数字序号标识。
所述的底板砂芯上设置B观察孔砂芯;B观察孔砂芯嵌入在底板砂芯上对应的铸件定位点的位置,并通过台阶安装定位,透过B观察孔砂芯的安装口可观察到进气道腔部位。
所述的B观察孔砂芯的外表面设置数字序号标识,并且底板砂芯外表面对应B观察孔砂芯的旁边位置设置相应的数字序号标识。
所述的在顶盖砂芯上设置三个C观察孔砂芯;沿圆周向分布的三个扇形的 C观察孔砂芯嵌入在顶盖砂芯的中部位置,并通过台阶安装定位,透过三个扇形的C观察孔砂芯的安装孔可分别观察到上水套砂芯和气缸盖铸件的喷油孔、气门导杆孔对应部位。
所述的三个C观察孔砂芯的外表面设置数字序号标识;并且顶盖砂芯外表面对应三个C观察孔砂芯的旁边位置设置相应的数字序号标识。
所述的排气结构包括设置在底板砂芯厚度较大的位置处的排气孔、设置在底板砂芯外表面中间位置并通向底板砂芯一侧表面的主气道、四个支气道、以及四个支气孔;A支气孔、B支气孔、C支气孔、D支气孔的一端分别通过A支气道、B支气道、C支气道、D支气道与主气道相通,A支气孔、B支气孔的另一端位于进气道砂芯的内部,C支气孔、D支气孔的另一端位于排气道砂芯内部。
上述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构的制作方法如下:
步骤一、利用3D打印机,使用自硬呋喃树脂材料,打印第一砂芯组和第二砂芯组;
步骤二、将第一砂芯组和第二砂芯组浸入盛放水基石墨涂料的容器中进行浸涂,并在浸涂后,将第一砂芯组和第二砂芯组在烘干炉中进行120--140℃, 60—90分钟烘干处理;将烘干后的第一砂芯组和第二砂芯组进行检查和清理;
步骤三、将第一砂芯组和第二砂芯组组装在一起,形成生产气缸盖铸件所需的砂芯结构。
有益效果:
本发明采用3D打印砂芯技术,改变原有砂芯的制作工艺及分芯方式,将部分砂芯组合到一起,主体采用二个砂芯成型,减少了砂芯的数量,加快了制芯速度。提高了砂芯的定位和组合精度,进而提高了铸件的尺寸精度。降低了铸件的开发难度,加快了铸件的开发速度。本发明应用灵活,适用于多种气缸盖铸件的开发,能够实现气缸盖类的铸件的制造难度低和周期短。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1a、图1b传统的气缸盖铸件立体图。
图2是传统气缸盖铸件砂芯剖视图。
图3是本发明的砂芯结构分解图。
图4第一砂芯组的结构示意图。
图5第二砂芯组的结构示意图。
图6a是未组装观察孔芯时的砂芯结构仰视示意图;图6b是砂芯结构的立体图;6c是图6b的A-A向剖视图。
图7是本发明的砂芯结构分解图;
图8是本发明的砂芯结构制作方法流程图。
图中1.上水套砂;11.上水套砂芯的周边芯头;2.下水套砂芯;21.下水套砂芯的周边芯头;3.进气道砂芯;31.进气道砂芯的周边芯头;4.排气道砂芯;41.排气道砂芯的周边芯头;5.顶盖砂芯;51.C观察孔砂芯;6-1、6-2. 两个上侧边砂芯;6.下侧边砂芯;7.底板砂芯;71.A观察孔砂芯;72.B观察孔砂芯;73主气道;731.A支气道;732.A支气孔;733.B支气道;734.B支气孔;735.C支气道;736.C支气孔;737.D支气道;738.D支气孔;74.排气孔;8-1、8-2.下侧边砂芯。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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。
如图2所示,传统的气缸盖铸件的成型,需要至少采用8种砂芯,上水套砂芯1、下水套砂芯2、进气道砂芯3、排气道砂芯4、顶盖砂芯5、上侧边砂芯6-1和上侧边砂芯6-2、底板砂芯7、下侧边砂芯8-1和下侧边砂芯8-2。其中上水套砂芯1、下水套砂芯2、进气道砂芯3、排气道砂芯4形状复杂,尺寸精度要求高,需要采用制芯机制砂芯。顶盖砂芯5、上侧边砂芯6-1和上侧边砂芯6-2、底板砂芯7、下侧边砂芯8-1和下侧边砂芯8-2可以采用简易工装,采用自硬砂手工制芯。工装投入多,开发投入大。砂芯之间需要有定位,会产生铸件尺寸的累积误差,影响整体铸型的尺寸精度;铸造工艺难度大,试制废品率高。整个铸件的开发周期长,一般在三个月以上。另外,由于新产品结构的不确定性,一旦产品更改,将导致一系列的工装更改,导致铸件的产品开发投入大,周期长。
如图3、4所示,本发明由第一砂芯组和第二砂芯组组合在一起构成;其中,下侧边砂芯8-1、下侧边砂芯8-2、底板砂芯7、进气道砂芯3的周边芯头31、排气道砂芯4的周边芯头41、下水套砂芯2的周边芯头21连接为一体,构成第一砂芯组;上侧边砂芯6-1、上侧边砂芯6-2、顶盖砂芯5、上水套砂芯1的周边芯头11连接为一体构成第二砂芯组。
通过这种组合式的结构,具有如下优势:
1.减少了砂芯数量,消除多个砂芯之间的装配误差,提高了铸件的尺寸精度;
2.由于砂芯之间没有了装配间隙,也减少了铸件芯头的毛刺,提高了铸件的表面质量;
3.可以在砂芯内部设置排气道,发挥3D打印砂芯的优势,排气结构可以设置带有分支形状,更有利于利于砂芯的排气。
本发明由于第一砂芯组和第二砂芯组由多个砂芯连接为一体构成,使砂芯的结构非常复杂,底板砂芯7、下水套砂芯2、进气道砂芯3和排气道砂芯4 之间形成了多层结构,上侧边砂芯6-1、上侧边砂芯6-2、顶盖砂芯5和上水套砂芯1之间形成了多层结构,不利于砂芯的清理和涂料。为了便于清理和检查砂芯的复杂内腔,在底板砂芯7设置了四个A观察孔砂芯71和B观察孔砂芯 72,在顶盖砂芯5上设置了三个C观察孔砂芯51。
如图6b、图7所示,沿圆周方向分布的四个扇形的A观察孔砂芯71嵌入在底板砂芯7的中部位置,并通过台阶安装定位;四个A观察孔砂芯71的外表面设置数字序号标识1、2、3、4,并且底板砂芯7外表面对应四个A观察孔砂芯71的旁边位置设置相应的数字序号标识1、2、3、4;透过四个扇形的A观察孔砂芯71的安装孔可分别观察到下水套砂芯、进气道砂芯、排气道砂芯部位; B观察孔砂芯72嵌入在底板砂芯7上对应铸件定位点的位置,并通过台阶安装定位,透过B观察孔砂芯72的安装口可观察到进气道腔部位;B观察孔砂芯72 的外表面设置数字序号标识8,并且底板砂芯7外表面对应B观察孔砂芯72的旁边位置设置相应的数字序号标识8。
如图3、图7所示,沿圆周向分布的三个扇形的C观察孔砂芯51嵌入在顶盖砂芯5的中部位置,并通过台阶安装定位,透过三个扇形的C观察孔砂芯51 的安装孔可分别观察到上水套砂芯、气缸盖铸件的喷油孔和气门导杆孔对应部位;三个C观察孔砂芯51的外表面设置数字序号标识5、6、7;并且顶盖砂芯 5外表面对应三个C观察孔砂芯51的旁边位置设置相应的数字序号标识5、6、 7。
观察孔砂芯采用此结构的优点,一是可以充分观察到芯组内部的情况,在砂芯的清理和浸涂料过程中,保证砂芯清理质量,芯组内部无清理死角;二是观察孔砂芯定位准确,不影响铸件的尺寸精度;三是砂芯的装配过程中,由于砂芯的形状不同,且有标号,避免砂芯装配错误。
如图6a、图6c所示,底板砂芯7上设置用于浇注铸件时排气的排气结构;排气结构包括设置在底板砂芯7厚度较大的位置处的排气孔74、设置在底板砂芯7外表面中间位置并通向底板砂芯7一侧表面的主气道73、四个支气道、以及四个支气孔;A支气孔732、B支气孔734、C支气孔736、D支气孔738的一端分别通过A支气道731、B支气道732、C支气道733、D支气道734与主气道73相通,A支气孔732、B支气孔734的另一端位于进气道砂芯3的内部, C支气孔736、D支气孔738的另一端位于排气道砂芯4内部,用于整个砂芯的排气。
本发明的砂芯结构利用3D打印机打印,第一砂芯组作为一个整体打印,第二砂芯组作为一个整体打印。整个砂芯结构制作方法如下:
步骤一、利用3D打印机,使用自硬呋喃树脂材料,打印第一砂芯组和第二砂芯组;
步骤二、将第一砂芯组和第二砂芯组浸入盛放水基石墨涂料的容器中进行浸涂,并在浸涂后,将第一砂芯组和第二砂芯组在烘干炉中进行120--140℃, 60—90分钟烘干处理;将烘干后的第一砂芯组和第二砂芯组进行检查和清理;
步骤三、将第一砂芯组和第二砂芯组组装在一起,形成生产气缸盖铸件所需的砂芯结构。
利用上述砂芯结构进行浇注处理,即可得到所需气缸盖铸件。
本发明不限于上述结构形式,其中在底板砂芯7上设置的A观察孔砂芯71、 B观察孔砂芯72,顶盖砂芯5上设置的C观察孔砂芯51还可以采用梯形、矩形或者其他形状,只要能够满足砂芯内部结构的观察和清理即可;所述的排气结构还可以采用其他有利于排气的结构形式。可以合理预见,所属技术领域的技术人员根据需要还可以设计出多种结构形式的观察孔砂芯和排气结构。因此凡是在上述结构基础上做出的任何简单变形形式,均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,包括上水套砂芯(1)、下水套砂芯(2)、进气道砂芯(3)、排气道砂芯(4)、顶盖砂芯(5)、两个上侧边砂芯、底板砂芯(7)、两个下侧边砂芯;其特征在于两个下侧边砂芯(8-1)、(8-2)连接为一体,并与底板砂芯(7)、进气道砂芯(3)的周边芯头(31)、排气道砂芯(4)的周边芯头(41)、下水套砂芯(2)的周边芯头(21)连接为一体构成第一砂芯组;两个上侧边砂芯(6-1)、(6-2)连接为一体,并与顶盖砂芯(5)、上水套砂芯(1)的周边芯头(11)连接为一体构成第二砂芯组;底板砂芯(7)和顶盖砂芯(5)上设置观察孔砂芯;底板砂芯(7)上设置用于浇注铸件时排气的排气结构。
2.根据权利要求1所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的底板砂芯(7)上设置四个A观察孔砂芯(71)和B观察孔砂芯(72),沿圆周方向分布的四个扇形的A观察孔砂芯(71)嵌入在底板砂芯(7)的中部位置,并通过台阶安装定位;透过四个扇形的A观察孔砂芯(71)的安装孔可分别观察到下水套砂芯、进气道砂芯和排气道砂芯部位。
3.根据权利要求2所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的四个A观察孔砂芯(71)的外表面设置数字序号标识,并且底板砂芯(7)外表面对应四个A观察孔砂芯(71)的旁边位置设置相应的数字序号标识。
4.根据权利要求2所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的底板砂芯(7)上设置B观察孔砂芯(72);B观察孔砂芯(72)嵌入在底板砂芯(7)上对应的铸件定位点的位置,并通过台阶安装定位,透过B观察孔砂芯(72)的安装口可观察到进气道腔部位。
5.根据权利要求4所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的B观察孔砂芯(72)的外表面设置数字序号标识,并且底板砂芯(7)外表面对应B观察孔砂芯(72)的旁边位置设置相应的数字序号标识。
6.根据权利要求1所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的在顶盖砂芯(5)上设置三个C观察孔砂芯(51);沿圆周向分布的三个扇形的C观察孔砂芯(51)嵌入在顶盖砂芯(5)的中部位置,并通过台阶安装定位,透过三个扇形的C观察孔砂芯(51)的安装孔可分别观察到上水套砂芯和气缸盖铸件的喷油孔、气门导杆孔对应部位。
7.根据权利要求6所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的三个C观察孔砂芯(51)的外表面设置数字序号标识;并且顶盖砂芯(5)外表面对应三个C观察孔砂芯(51)的旁边位置设置相应的数字序号标识。
8.根据权利要求1所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构,其特征在于所述的排气结构包括设置在底板砂芯(7)厚度较大的位置处的排气孔(74)、设置在底板砂芯(7)外表面中间位置并通向底板砂芯(7)一侧表面的主气道(73)、四个支气道、以及四个支气孔;A支气孔(732)、B支气孔(734)、C支气孔(736)、D支气孔(738)的一端分别通过A支气道(731)、B支气道(732)、C支气道(733)、D支气道(734)与主气道(73)相通,A支气孔(732)、B支气孔(734)的另一端位于进气道砂芯(3)的内部,C支气孔(736)、D支气孔(738)的另一端位于排气道砂芯(4)内部。
9.一种如权利要求1所述快速开发气缸盖铸件的3D打印砂芯结构的制作方法,包括下述步骤:
步骤一、利用3D打印机,使用自硬呋喃树脂材料,打印第一砂芯组和第二砂芯组;
步骤二、将第一砂芯组和第二砂芯组浸入盛放水基石墨涂料的容器中进行浸涂,并在浸涂后,将第一砂芯组和第二砂芯组在烘干炉中进行120--140℃,60—90分钟烘干处理;将烘干后的第一砂芯组和第二砂芯组进行检查和清理;
步骤三、将第一砂芯组和第二砂芯组组装在一起,形成生产气缸盖铸件所需的砂芯结构。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201016 |