CN112743049A - 一种适用于缸体砂型的快速改型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于缸体砂型的快速改型方法，该改型方法是利用现有废弃的批产缸体砂型作为基体砂型，对预设目标砂型和基体砂型的结构进行比对并标记需切削和/或需增补部位，对于基体砂型上需切削部位采用无模数字化减材切削的方式进行切削；对于基体砂型上需增补部位，先采用无模数字化减材切削的方式将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状，然后根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点设计砂型增补块，将砂型增补块镶嵌至基体砂型上即可。即通过切削或增补的方式，将基体砂型改造成为可以再次用于铸造生产的新砂型，使用该改型方法可大幅度降低新产品铸件开发过程中的砂型制作成本，大大缩短新产品的研发周期。

Description

一种适用于缸体砂型的快速改型方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体的说是一种适用于缸体砂型的快速改型方法。

背景技术

在缸体产品的研发过程中，对于铸件的制造往往先使用模具翻砂造型、无模数字化精密成型技术制备砂型（芯）（以下均简称砂型），而后将金属液浇注入砂型中形成铸件。上述两种制备砂型的方法各具特点，其中：1）模具翻砂造型需要事先准备一套木模或金属模，而后翻砂制备砂型，导致新产品开发周期长、成本高；2）无模数字化精密成型技术省去了制备木模或金属模的制备过程，可直接通过加工切削过程得到目标砂型，但是由于其减材加工的特性，使得无模数字化精密成型技术对于具有特别复杂曲面结构的砂型的制造难度偏大，在制备特别复杂曲面结构的砂型时需要长时间的精加工过程，往往需要使用别的造型技术来进行技术弥补。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种适用于缸体砂型的快速改型方法，利用现有废旧的批产缸体砂型，通过切削加工或砂型增补块增补的方式，将原有砂型改造成为可以再次用于铸造生产的新砂型，具有修改砂型周期短，造型成本低廉，设计方式灵活多变等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种适用于缸体砂型的快速改型方法，选用与预设目标砂型形状和尺寸均相差不大的批产废旧缸体砂型作为基体砂型，基体砂型的改型方法主要包括如下步骤：

步骤一、在三维设计软件上导入基体砂型的三维图数据，并对其进行结构特征分析；

步骤二、在三维设计软件上导入预设目标砂型的三维图数据，比对分析并确定预设目标砂型和基体砂型的结构不同之处，标记需切削和/或需增补部位；

步骤三、确定所需要的改型特征后，对于基体砂型上需切削部位，直接采用无模数字化减材切削的方式对基体砂型上需切削部位进行切削，即得到实际目标砂型；

对于基体砂型上需增补部位，先采用无模数字化减材切削的方式将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状，然后根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点在三维设计软件上设计砂型增补块的形状，确定砂型增补块的镶嵌位置和装配精度，之后根据设计的形状制备砂型增补块，最后将砂型增补块镶嵌至基体砂型处理后的需增补部位，即得到实际目标砂型；

步骤四、使用三维扫描设备对步骤三得到的实际目标砂型外形轮廓数据进行扫描，生成三维图数据，然后将生成的三维图数据导入三维设计软件与预设目标砂型的三维图数据进行比对，若比对结果完全一致，则制备的实际目标砂型合格；若对比结果不一致，则重复上述步骤直至对比结果完全一致。

进一步地，步骤三中，采用无模数字化减材切削的方式对基体砂型上需切削部位进行切削或需增补部位进行处理的方法为：

（1）、对基体砂型需切削或需增补部位进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

（2）、将基体砂型放置在切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将基体砂型的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

（3）、通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

（4）、切削加工设备在加工程序的驱动下，对标记的需切削或增补部位进行切削即可。

进一步地，采用粘接剂将砂型增补块粘贴至基体砂型上处理后的需增补部位。

进一步地，所使用的粘结剂为水玻璃粘接剂。

进一步地，所述砂型增补块的制备方法为：

（a）、将双组份树脂、芯砂和固化剂混合均匀，制备强度为1.8~2.1MPa、发气量≤12ml/g的长方体砂块；

（b）、根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点，在三维设计软件上设计砂型增补块的形状结构，确定砂型增补块的镶嵌位置和装配精度，对长方体砂块进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

（c）、将制备的长方体砂块置于切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将长方体砂块的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

（d）、对长方体砂块进行切削，即得到砂型增补块。

进一步地，步骤（a）中，制备长方体砂块所用的原料及各原料的加入量分别为：CPI-1600树脂的质量百分含量为1.6%、CPII-2600的质量百分含量为树脂 1.6%、固化剂的加入量为树脂总量1.2%。

进一步地，步骤（b）中，砂型增补块的装配精度为-0.2mm。

有益效果：

1、本发明利用现有废弃的批产缸体砂型作为基体砂型，对预设目标砂型和基体砂型的结构进行比对并标记需切削和/或需增补部位，对于基体砂型上需切削部位采用无模数字化减材切削的方式进行切削；对于基体砂型上需增补部位，先采用无模数字化减材切削的方式将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状，然后根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点设计并制备砂型增补块，最后将砂型增补块镶嵌至基体砂型处理后的需增补部位即可。即通过切削加工或砂型增补块增补的方式，将基体砂型改造成为可以再次用于铸造生产的新砂型，使用该改型方法可大幅度降低新产品铸件开发过程中的砂型制作成本，大大缩短新产品的研发周期。

2、本发明中将长方体砂块的强度限定为1.8MPa-2.1MPa，可有效避免切削加工过程中因砂块强度不足带来的砂块掉砂问题，确保加工后砂型增补块的结构完整性；限制长方体砂块的发气量≤12ml/g，可有效消除因铸型发气量大导致铸件出现气孔缺陷。

3、本发明的改型方法在实施过程中，具有很强的可操作性，可以保证较高的目标砂型尺寸精度，具有推广应用的价值。

下面结合实施例附图和具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明。

附图说明

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是本发明中实施例1中缸体缸筒芯第一基体砂型的示意图。

图2是本发明中实施例1中缸体缸筒芯第一预设目标砂型的示意图。

图3是本发明中实施例1中缸体缸筒芯第一基体砂型切削流程加工准备状态示意图。

图4是本发明中实施例1中缸体缸筒芯第一基体砂型切削流程加工工作状态示意图。

图5是本发明中实施例2中缸体缸筒芯第二基体砂型示意图。

图6是本发明中实施例2中缸体缸筒芯第二预设目标砂型示意图。

图7是本发明中实施例2中砂型增补块的主视图。

图8是本发明中实施例2中缸体缸筒芯第二基体砂型切削流程加工准备状态示意图。

图9是本发明中实施例2中缸体缸筒芯第二基体砂型切削流程加工准备工作示意图。

图10是本发明中实施例2中需增补部位处理后的缸体缸筒芯第二基体砂型的示意图。

图示标记：1、第一基体砂型，101、需切削部位，2、第一预设目标砂型，3、切削加工轴，4、刀具，5、平台，6、第二基体砂型，601、需增补部位，602、处理后的需增补部位，7、第二预设目标砂型，8、砂型增补块。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

一种适用于缸体铸型的快速改型方法，采用三维设计软件（如三维CAD）设计技术手段，在三维设计软件上导入基体砂型的三维图数据，并先对基体砂型进行结构特征分析，而后导入预设目标砂型的三维图数据，将基体砂型的结构特征与预设目标砂型的结构特征进行比对。确定所需要的改型特征后，对于砂型上需切削部位，直接采用数字化减材切削的方式，将基体砂型切削为目标砂型。对于砂型上需增补部位，先将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状，然后根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点设计砂型增补块，最后采用粘结剂粘贴的方式将砂型增补块固定至镶嵌部位，将基体砂型增补为目标砂型。

适用于缸体铸型的快速改型方法分为切削或增补两大步骤，其中，对基体砂型进行切削得到预设目标砂型的具体步骤如下：

步骤一：在三维设计软件上导入基体砂型的三维图数据，并对其进行结构特征分析；

步骤二：在三维设计软件上导入预设目标砂型的三维图数据，比对分析并最终确定预设目标砂型和基体砂型的结构不同之处，标记需切削部位；

步骤三：对需切削部位进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

步骤四：将基体砂型放置在切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将基体砂型的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

步骤五：通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

步骤六：切削加工设备在加工程序的驱动下，对步骤二中所标记的需切削部位进行切削；

步骤七：切削完毕，即得到实际目标砂型，使用三维扫描设备扫描实际目标砂型的外形轮廓数据，生成三维图数据；

步骤八：将步骤七生成的三维图数据导入三维设计软件与预设目标砂型三维图数据进行比对，若比对结果完全一致，砂型合格；若对比结果不一致，则重复上述步骤直至对比结果完全一致。

对基体砂型进行增补得到预设目标砂型的具体步骤如下：

步骤一：在三维设计软件上导入基体砂型的三维图数据，并对其进行结构特征分析；

步骤二：在三维设计软件上导入预设目标砂型的三维图数据，比对分析并最终确定预设目标砂型和基体砂型的结构不同之处，标记需增补部位；

步骤四：采用无模数字化减材切削的方式将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状，对基体砂型需增补部位进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

步骤五：将基体砂型放置在切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将基体砂型的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

步骤六：通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

步骤七：切削加工设备在加工程序的驱动下，将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状；步骤八：根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点，在三维设计软件上设计砂型增补块的形状结构，确定砂型增补块的镶嵌位置和装配精度，在考虑粘结剂厚度的情况下，装配精度通常为-0.2mm，这样的装配精度设计可使得砂型增补块粘贴到镶嵌位置后，保持与基体基体砂型其它部位结构的形位关系，更可保证目标砂型与其它部位砂型的装配精度，进一步有利于后期获得高结构精度和高尺寸精度的缸体铸件；

步骤九：制备一个长方体砂块，采用酚醛树脂砂工艺制备砂块，树脂CPI-1600和CPII-2600加入量各为1.6%，固化剂加入量为树脂加入量的1.2%，固化后得到强度1.8MPa-2.1MPa，发气量≤12ml/g的长方体砂块。长方体砂块强度为1.8MPa-2.1MPa，可有效避免切削加工过程中因砂块强度不足带来的砂块掉砂问题，确保加工后砂型增补块的结构完整性；长方体砂块发气量≤12ml/g可有效消除因铸型发气量大导致铸件出现气孔缺陷；

步骤十：对长方体砂块进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

步骤十一：将制备的长方体砂块放置在切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将长方体砂块的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

步骤十二：通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

步骤十三：切削完成，得到砂型增补块；

步骤十四：使用低成本的水玻璃粘结剂将砂型增补块按相对应的结构特征粘贴到基体砂型上，在较短时间内可以使粘结部位达到较高粘结强度，待粘结剂自然固化（固化时间通常为6h），即得到实际目标砂型；

步骤十五：固化完成，使用三维扫描设备扫描实际目标砂型外形轮廓数据，生成三维图数据；

步骤十六：将步骤十五生成的三维图数据导入三维设计软件与预设目标砂型三维图进行比对，若比对结果完全一致，砂型合格。

实施例1

请参考图1-图4，对第一基体砂型1进行切削得到第一预设目标砂型2的具体步骤如下：

步骤一：在三维设计软件上导入第一基体砂型1（请参考图1）的三维图数据，并对其进行结构特征分析；

步骤二：在三维设计软件上导入第一预设目标砂型2（请参考图2）的三维图数据，比对分析并最终确定第一预设目标砂型2和第一基体砂型1的结构不同之处，标记需切削部位101；

步骤三：对需切削部位101进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

步骤四：将第一基体砂型1放置在切削加工设备的平台5上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将第一基体砂型1的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

步骤五：请参考图3，通过切削加工轴3带动刀具4的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

步骤六：请参考图4，切削加工设备在加工程序的驱动下，对步骤二中所标记的需切削部位101进行切削；

步骤七：切削完毕，即得到第一实际目标砂型，使用三维扫描设备扫描第一实际目标砂型的外形轮廓数据，生成三维图数据；

步骤八：将步骤七生成的三维图数据导入三维设计软件与第一预设目标砂型2的三维图数据进行比对，比对结果完全一致，砂型合格。

实施例2

请参考图5-图10，对第二基体砂型6进行增补得到第二预设目标砂型7的具体步骤如下：

步骤一：在三维设计软件上导入第二基体砂型6（请参考图5）的三维图数据，并对其进行结构特征分析；

步骤二：在三维设计软件上导入第二预设目标砂型7（请参考图6）的三维图数据，比对分析并最终确定第二预设目标砂型7和第二基体砂型6的结构不同之处，标记需增补部位601；

步骤四：采用无模数字化减材切削的方式将第二基体砂型6需增补部位601处理成较为规则的形状，对第二基体砂型6的需增补部位601进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

步骤五：将第二基体砂型6放置在切削加工设备的平台5上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将第二基体砂型6的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

步骤六：请参考图8，通过切削加工轴3带动刀具4的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

步骤七：请参考图9-图10，切削加工设备在加工程序的驱动下，将第二基体砂型6的需增补部位601处理成较为规则的形状；

步骤八：根据第二基体砂型6上处理后的需增补部位602的结构特点，在三维设计软件上设计砂型增补块8（请参考图7）的形状结构，确定砂型增补块8的镶嵌位置（图5中虚线所示）和装配精度，在考虑粘结剂厚度的情况下，装配精度通常为-0.2mm，这样的装配精度设计可使得砂型增补块8粘贴到镶嵌位置后，保持与第二基体砂型6其它部位结构的形位关系，更可保证第二预设目标砂型7与其它部位砂型的装配精度，进一步有利于后期获得高结构精度和高尺寸精度的缸体铸件；

步骤九：制备一个长方体砂块，采用酚醛树脂砂工艺制备砂块，树脂CPI-1600和CPII-2600加入量各为1.6%，固化剂加入量为树脂加入量的1.2%，固化后得到强度1.8MPa-2.1MPa，发气量≤12ml/g的长方体砂块。长方体砂块强度为1.8MPa-2.1MPa，可有效避免切削加工过程中因砂块强度不足带来的砂块掉砂问题，确保加工后砂型增补块8的结构完整性；长方体砂块发气量≤12ml/g可有效消除因铸型发气量大导致铸件出现气孔缺陷；

步骤十：对长方体砂块进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

步骤十一：将制备的长方体砂块放置在切削加工设备的平台5上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将长方体砂块的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

步骤十二：通过切削加工轴3带动刀具4的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

步骤十三：切削完成，得到砂型增补块8；

步骤十四：使用低成本的水玻璃粘结剂将砂型增补块8按相对应的结构特征粘贴到第二基体砂型6上，在较短时间内可以使粘结部位达到较高粘结强度，待粘结剂自然固化（固化时间通常为6h），即得到第二实际目标砂型；

步骤十五：固化完成，使用三维扫描设备扫描第二实际目标砂型外形轮廓数据，生成三维图数据；

步骤十六：将步骤十五生成的三维图数据导入三维设计软件与第二预设目标砂型7三维图进行比对，发现比对结果完全一致，砂型合格。

本发明中的改型方法可明显降低砂型的制作成本，以某四缸缸体为例，其新产品结构改动仅仅体现在缸筒上，可利用原有金属模制备若干套缸筒芯，每套缸筒芯制造成本562元，用快速改型技术修改为新的目标砂型耗费制造成本350元，合计912元。若新开发模具则每套缸筒芯砂型的制造成本就高达1500元。每套缸筒芯可节约制造成本588元，降低成本39.2%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：选用与预设目标砂型形状和尺寸均相差不大的批产废旧缸体砂型作为基体砂型，改型方法主要包括如下步骤：

步骤一、在三维设计软件上导入基体砂型的三维图数据，并对其进行结构特征分析；

步骤二、在三维设计软件上导入预设目标砂型的三维图数据，比对分析并确定预设目标砂型和基体砂型的结构不同之处，标记需切削和/或需增补部位；

步骤三、确定所需要的改型特征后，对于基体砂型上需切削部位，直接采用无模数字化减材切削的方式对基体砂型上需切削部位进行切削，即得到实际目标砂型；

对于基体砂型上需增补部位，先采用无模数字化减材切削的方式将基体砂型需增补部位处理成较为规则的形状，然后根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点在三维设计软件上设计砂型增补块的形状，确定砂型增补块的镶嵌位置和装配精度，之后根据设计的形状制备砂型增补块，最后将砂型增补块镶嵌至基体砂型处理后的需增补部位，即得到实际目标砂型；

步骤四、使用三维扫描设备对步骤三得到的实际目标砂型外形轮廓数据进行扫描，生成三维图数据，然后将生成的三维图数据导入三维设计软件与预设目标砂型的三维图数据进行比对，若比对结果完全一致，则制备的实际目标砂型合格；若对比结果不一致，则重复上述步骤直至对比结果完全一致。

2.根据权利要求1所述的一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：步骤三中，采用无模数字化减材切削的方式对基体砂型上需切削部位进行切削或需增补部位进行处理的方法为：

（1）、对基体砂型需切削或需增补部位进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

（2）、将基体砂型放置在切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将基体砂型的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；

（3）、通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

（4）、切削加工设备在加工程序的驱动下，对标记的需切削或增补部位进行切削即可。

3.根据权利要求1所述的一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：采用粘接剂将砂型增补块粘贴至基体砂型上处理后的需增补部位。

4.根据权利要求3所述的一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：所使用的粘结剂为水玻璃粘接剂。

5.根据权利要求1所述的一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：所述砂型增补块的制备方法为：

（a）、将双组份树脂、芯砂和固化剂混合均匀，制备强度为1.8~2.1MPa、发气量≤12ml/g的长方体砂块；

（b）、根据基体砂型上处理后的需增补部位的结构特点，在三维设计软件上设计砂型增补块的形状结构，确定砂型增补块的镶嵌位置和装配精度，对长方体砂块进行加工刀路设计，并将程序生成数字化代码导入切削加工设备；

（c）、将制备的长方体砂块置于切削加工设备的平台上，用百分表分别沿着X轴、Y轴方向将长方体砂块的摆放位置找正，X轴、Y轴方向尺寸偏差允许范围为±0.03m/m；通过切削加工轴带动刀具的移动确定切削加工起始点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

（d）、对长方体砂块进行切削，即得到砂型增补块。

6.根据权利要求5所述的一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：步骤（a）中，制备长方体砂块所用的原料及各原料的加入量分别为：CPI-1600树脂的质量百分含量为1.6%、CPII-2600的质量百分含量为树脂 1.6%、固化剂的加入量为树脂总量1.2%。

7.根据权利要求5所述的一种适用于缸体砂型的快速改型方法，其特征在于：步骤（b）中，砂型增补块的装配精度为-0.2mm。

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