CN112846080B - 一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，涉及铸件铸造技术领域，大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法包括：制备用于形成铸件本体的砂型，在砂型的型腔的底部内嵌有多个冷铁，在砂型的型腔的顶部设置有用于形成多个冒口的多个冒口腔；制备用于形成铸件前表面的凹腔的凹腔砂芯；制备用于形成铸件的内孔的内孔砂芯，并在内孔砂芯的表面开设有用于形成内孔补贴块的补贴槽，其中，内孔补贴块位于内孔的孔壁靠近铸件顶部的位置；通过砂型、多个冒口腔、内孔砂芯、以及多个凹腔砂芯形成初步铸件；将初步铸件顶部的多个冒口切除以形成铸件。通过从下至上设置有的冷铁、内孔补贴块和冒口实现了铸件的顺序凝固，减小了缩孔缩松缺陷。

Description

一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体而言，涉及一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法。

背景技术

铸造成型是装备部件毛坯的重要生产方法，是制造业的基础，代表着一个国家基础装备工业水平。对于一些大型的、曲面复杂的铸件，为了减小铸造难度，通常是采用分体式铸造，然后进行组焊的方式得到该铸件。

但是在大型船舶上的一些多自由边开放式复杂曲面结构类铸件，例如大型船用舵叶铸件，为了使舵叶铸件具备更好的刚度和配合性，已经逐渐摒弃了分体式舵叶铸件的铸造方法，而是是将舵叶铸件整体式铸造出来，但是由于舵叶铸件轮廓尺寸较大，外表的凹腔多且深，且内孔形状复杂，这就导致了容易形成多个分散、各自独立的热节区，容易在局部形成缩孔缩松缺陷。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决现有的大型船用舵叶铸件在整体式铸造时容易产生局部缩孔缩松的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，包括：

制备用于形成铸件本体的砂型，在所述砂型的型腔的底部内嵌有多个冷铁，在所述砂型的型腔的顶部设置有用于形成多个冒口的多个冒口腔；

制备用于形成铸件前表面的凹腔的凹腔砂芯，其中，所述凹腔砂芯具有多个，多个所述凹腔砂芯与多个所述凹腔一一对应；

制备用于形成所述铸件的内孔的内孔砂芯，并在所述内孔砂芯的表面开设有用于形成内孔补贴块的补贴槽，其中，所述内孔补贴块位于所述内孔的孔壁靠近所述铸件顶部的位置；

通过所述砂型、多个所述冒口腔、所述内孔砂芯、以及多个所述凹腔砂芯形成初步铸件；

将所述初步铸件顶部的多个所述冒口切除以形成铸件。

进一步地，所述制备用于形成铸件本体的砂型，包括：通过分体式砂箱造型方法制备所述砂型。

进一步地，所述通过分体式砂箱造型方法制备所述砂型，包括：

制备与所述铸件本体相对应的木质实样，其中，所述木质实样为实心结构，所述木质实样的后侧面为凸出的弧面；

将所述木质实样分割为上实样和下实样；

通过上砂箱和所述上实样制备上砂型，通过下砂箱和所述下实样制备下砂型，其中，所述上砂型和所述下砂型适于组成所述砂型。

进一步地，所述冒口腔位于所述上砂型中，所述冷铁位于所述下砂型中。

进一步地，所述砂型的材质为呋喃树脂砂，所述凹腔砂芯的材质为碱性酚醛铬铁矿树脂砂，所述凹腔砂芯的棱处设置有疏松材料。

进一步地，通过改变所述凹腔砂芯的尺寸，以使所述凹腔的侧壁增加工艺补正量。

进一步地，所述将所述初步铸件顶部的多个所述冒口切除以形成铸件，包括：通过热割冒口工艺切除所述冒口。

进一步地，所述将所述初步铸件顶部的多个所述冒口切除以形成铸件之后，还包括：以所述冒口的切面朝下而将所述铸件放置在热处理炉窑内的垫铁上进行热处理。

进一步地，所述冷铁为直接外冷铁。

进一步地，至少一个所述冒口为明冒口，至少一个所述冒口为暗冒口。

与现有技术相比，本发明提供的一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，具有但不局限于以下技术效果：

通过在铸件顶部设置有冒口，内孔孔壁靠近铸件顶部的位置设置有内孔补贴以及铸件底部的冷铁，由于冷铁的存在，使得铸件底部先冷却凝固，由于内孔补贴的存在，使铸件的内孔的壁厚在竖直方向上从下至上逐渐增加，这样铸件冷却时，冷却顺序是从铸件的底部逐渐向上直至铸件的顶部，最后是冒口冷却，保证铸件冷却时，由远离冒口处(铸件底部)向冒口方向顺序地凝固，将产生的缩孔缩松转移到冒口处，大大减小了铸件中出现的缩孔缩松缺陷。同时通过在铸件顶部长度方向多个冒口，铸件底部长度方向设置多个冷铁，进而可以实现分区补缩，使整个铸件大大减小缩孔缩松的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例的铸件的示意性结构图；

图2为本发明实施例的木质实样的示意性俯视图；

图3为本发明实施例的凹腔砂芯的示意结构图；

图4为本发明实施例的多个冒口和多个冷铁的分布图；

图5为本发明实施例的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法的示意性流程图。

附图标记说明：

1-木质实样，11-上实样，12-下实样，2-铸件，21-凹腔，211-板筋，3-凹腔砂芯，31-疏松材料，4-冷铁，5-冒口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

而且，附图中Z轴表示竖向，也就是上下位置，并且Z轴的正向(也就是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向)表示下。附图中Y轴表示水平方向，并指定为左右位置，并且Y轴的正向(也就是Y轴的箭头指向)表示左侧，Y轴的负向(也就是与Y轴的正向相反的方向)表示右侧；附图中X轴表示前后位置，并且X轴的正向(也就是X轴的箭头指向)表示前侧，X轴的负向(也就是与X轴的正向相反的方向)表示后侧；同时需要说明的是，前述Z轴、Y轴及X轴的表示含义仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

参见参见图1至图5，本发明实施例提供了一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，包括：

制备用于形成铸件本体的砂型，在砂型型腔的底部内嵌有多个冷铁4，在砂型型腔的顶部设置有用于形成多个冒口5的多个冒口腔；

制备用于形成铸件前表面的凹腔21的凹腔砂芯3，其中，凹腔砂芯3具有多个，多个凹腔砂芯3与多个凹腔21一一对应；

制备用于形成铸件的内孔22的内孔砂芯，并在内孔砂芯的表面开设有用于形成内孔补贴块的补贴槽，其中，内孔补贴块位于内孔22的孔壁靠近铸件2顶部的位置；

通过砂型、多个冒口腔、内孔砂芯以及多个凹腔砂芯3形成初步铸件；

将初步铸件顶部的多个冒口5切除以形成铸件2。

需要说明的是，最终所需要得到是舵叶的铸件2，这里，对“铸件2”、“铸件本体”和“初步铸件”的区别做出说明：铸件2的前侧面沿其长度方向具有多个凹腔21，凹腔21由四个壁组成，凹腔21的这四个壁也即是板筋211，也可以说凹腔21由四个板筋211围成，最终舵叶是通过这些板筋211与船体连接的，相邻的凹腔21之间由一个板筋211隔开，凹腔21的里端面是一个弧面，铸件2的后侧面也是一个弧面，铸件2的内部沿其长度方向具有一个贯穿左右两端的内孔22，铸件2的顶部和铸件2的底部是一个平面；铸件本体相较于铸件2而言，铸件本体不具有凹腔21和内孔22，其是一个实体结构；初步铸件是没有切掉冒口5的铸件2。

这里，浇注钢液时，钢液从砂型型腔的底部逐渐上升，钢液先填满砂型(除去凹腔砂芯3和内孔砂芯所在的空间)，然后钢液再进入多个冒口腔中，从而完成钢液的浇注，由于钢液冷却凝固时，是由铸件2壁薄的地方先进行冷却凝固，其收缩可由附近较厚的部分补偿，较厚部分凝固时，又可由最厚部分得到补偿，通过在铸件2顶部设置有冒口5，内孔22孔壁靠近逐渐顶部的位置设置有内孔补贴以及铸件2底部的冷铁4，由于冷铁4的存在，使得铸件2底部先冷却凝固，由于内孔补贴的存在，使铸件2的内孔22的壁厚在竖直方向上从下至上逐渐增加，这样铸件2冷却时，冷却顺序是从铸件2的底部逐渐向上直至铸件2的顶部，最后是冒口5冷却，保证铸件2冷却时，由远离冒口5处(铸件2底部)向冒口5方向顺序地凝固，将产生的缩孔缩松转移到冒口5处，大大减小了铸件2中出现的缩孔缩松缺陷。同时通过在铸件2顶部长度方向多个冒口5，铸件2底部长度方向设置多个冷铁4(参见图4)，进而可以实现分区补缩，使整个铸件2大大减小缩孔缩松的缺陷。

可以理解的是，如果不在内孔砂芯的表面开设补贴槽，这样浇注后形成的铸件2除了铸件2的顶部、底部以及板筋211处，铸件2其余位置的壁厚比较均匀，会使得冷却补缩的补缩通道不顺畅。同时可以理解的是，内孔砂芯表面开设有的补贴槽是为了改变原本壁厚较为均匀的内孔22，原本的内孔22通过这些内孔补贴块改变其壁厚，最终配合冷铁4和冒口5形成一个顺畅的补缩通道。

可选地，制备用于形成铸件本体的砂型，包括：通过分体式砂箱造型方法制备砂型。

这里，由于铸件本体的后侧面均是突出的弧面，因此，如果一体式制备用于形成铸件本体的砂型的话，由于后侧面是突出的弧面，会出现难以出去铸件本体实样的情况。

参见图2，可选地，通过分体式砂箱造型方法制备砂型，包括：

制备与铸件本体相对应的木质实样1，其中，木质实样1为实心结构，木质实样的后侧面为凸出的弧面；

将木质实样1分割为上实样11和下实样12；

通过上砂箱和上实样11制备上砂型，通过下砂箱和下实样12制备下砂型，其中，上砂型和下砂型适于组成砂型。

这里，可以理解的是，先将上砂箱放置在造型平台上，之后以上实样11的分型面朝下将上实样11放在上砂箱中的造型平台上，之后开始向上砂箱中放砂并舂砂以形成上砂型，上砂型成型并硬化后，将上砂箱倒立，之后取出上实样11。另外，下砂型造型时，先是将下砂箱放置在造型平台上，之后以下实样12的分型面朝下放在下砂箱中的造型平台上，之后向下砂箱中放砂并舂砂以形成下砂型，注意的是，在下砂型中铺设浇注系统，待下砂型硬化后，将下砂箱倒立，之后取出下实样12，之后再以下砂型的型腔朝向放置下砂箱，之后可以将事先制备好的内孔砂芯固定在下砂型的型腔的预定位置处，同时也多个事先制备好的多个凹腔砂芯3固定在下砂型的型腔的特定位置处，之后进行合箱操作以完成上砂型与下砂型的组装。

可选地，冒口腔位于上砂型中，冷铁4位于下砂型中。

可以理解的是，冒口腔可以是在上砂型成型后，切割出来，也可以是随上砂型一体成型。冒口腔优选与上砂型一体成型，也就是：在以上实样的分型面朝下将上实样放在上砂箱中的造型平台上之后，将多个冒口实样放在上实样11的顶部并沿长度方向间隔分布，之后再进行放砂并舂砂以形成具有冒口腔的上砂型，之后也是通过倒立上砂箱的方式取出上实样11和冒口实样。

可以理解的是，冷铁4可以是在下砂型成型后，在下砂型的型腔处开设用于放置冷铁4的容纳槽，然后再将冷铁4固定在容纳槽中；当然，也可以通过第二种方式安装冷铁，即：在以下实样12的分型面朝下放在下砂箱中的造型平台上之后，将冷铁4放置在下实样12的顶部，之后在向下砂箱中放砂并舂砂以形成下砂型。

参见图3，可选地，砂型的材质为树脂砂，凹腔砂芯3的材质为树脂砂，凹腔砂芯3的棱处设置有疏松材料31。

这里，呋喃树脂砂具有较好的流动性、易紧实、脱模时间可调节、硬化后强度高、在其后的搬运及合箱过程中不变形；因树脂砂的刚度高，在浇注和凝固过程基本上无形壁位移现象，所以铸件2的尺寸精度高，它比粘土砂及油砂生产的铸件可提高1-2个级别，因此砂型和凹腔砂芯3都采用树脂砂。另外，由于砂型所用材料比例比凹腔砂芯要大的多，考虑到型砂的回收再利用，砂型的材质优选为呋喃树脂砂；又由于凹腔砂芯3是用于形成结构形状复杂的凹腔21或者说是板筋结构，所以凹腔砂型3优选为碱性酚醛铬铁矿树脂砂，这是由于碱性酚醛铬铁矿树脂砂不含氮、硫、磷，可以减小板筋结构的铸造缺陷，提高板筋结构的质量。

另外，在凹腔砂芯3的棱处设置有疏松材料31，可以使铸件2在凹腔深处且夹角狭小的位置处减小粘砂的可能。

可选地，通过改变凹腔砂芯3的尺寸，以使凹腔21的侧壁增加工艺补正量。

这里，由于凹腔21的侧壁(或者叫做板筋结构)很薄，它是要和船体连接后，如果板筋结构的壁厚比实际需要的壁厚薄的话，就很难于船体连接。因此为了避免由于各个板筋211的线收缩率选择地不合适、铸件2产生的变形以及操作中不可避免的误差而导致实际的壁厚变薄，通过增加工艺补正量而保证壁厚。

可选地，将初步铸件顶部的多个冒口5切除以形成铸件，包括：通过热割冒口工艺切除冒口。

这里，由于舵叶的铸件2尺寸较大，存在较大的内应力，为了避免切割冒口5产生裂纹，这里优选采用热割冒口工艺。

可选地，将初步铸件顶部的多个冒口切除以形成铸件之后，还包括：以冒口的切面朝下而将铸件放置在热处理炉窑内的垫铁上进行热处理，不限制其伸展，使其随温度自由伸缩。

可选地，冷铁为直接外冷铁。

这里，冷铁采用直接外冷铁，直接与铸件底部接触，保证铸件的底部能够最先冷却，同时由于舵叶的铸件要求较高，采用不与逐渐相融的外冷铁，也可以再利用。

可选地，至少一个冒口5为明冒口，至少一个冒口5为暗冒口。

可以理解的是，暗冒口设置在铸件叫细的部分，由于暗冒口不与外部的空气连通，所以暗冒口散热比明冒口散热慢些，补缩效率更高，可以节省钢液。同时通过设置明冒口，又能保证砂型中气体排除较顺畅，浇注时可以观察和判断砂型内钢液流动和注满情况，同时也往明冒口中补浇热钢液等。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，包括：

制备用于形成铸件本体的砂型，在所述砂型的型腔的底部内嵌有多个冷铁（4），在所述砂型的型腔的顶部设置有用于形成多个冒口（5）的多个冒口腔；

制备用于形成铸件前表面的凹腔（21）的凹腔砂芯（3），其中，所述凹腔砂芯（3）具有多个，多个所述凹腔砂芯（3）与多个所述凹腔（21）一一对应；

制备用于形成所述铸件的内孔（22）的内孔砂芯，并在所述内孔砂芯的表面开设有用于形成内孔补贴块的补贴槽，其中，所述内孔补贴块位于所述内孔（22）的孔壁靠近所述铸件（2）顶部的位置；

通过所述砂型、多个所述冒口腔、所述内孔砂芯以及多个所述凹腔砂芯（3）形成初步铸件；

将所述初步铸件顶部的多个所述冒口（5）切除以形成铸件（2）；

其中，所述砂型的材质为呋喃树脂砂，所述凹腔砂芯的材质为碱性酚醛铬铁矿树脂砂，所述凹腔砂芯的棱处设置有疏松材料，所述疏松材料用于使所述铸件在所述凹腔（21）内减小粘砂；所述内孔补贴块位于所述内孔（22）的孔壁靠近所述铸件（2）顶部的位置，通过所述冷铁（4）使所述铸件（2）底部先冷却凝固，通过所述内孔补贴块使所述内孔（22）的壁厚在竖直方向上从下至上逐渐增加，以使得所述铸件（2）的冷却顺序为从所述铸件（2）的底部逐渐向上直至所述铸件（2）的顶部，最后所述冒口（5）冷却；以保证所述铸件（2）的冷却是由远离所述冒口（5）处向所述冒口（5）方向顺序地凝固；所述内孔（22）通过所述内孔补贴块改变所述内孔（22）的壁厚，以配合所述冷铁（4）和所述冒口（5）形成顺畅的补缩通道。

2.根据权利要求1所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，所述制备用于形成铸件本体的砂型，包括：

通过分体式砂箱造型方法制备所述砂型。

3.根据权利要求2所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，所述通过分体式砂箱造型方法制备所述砂型，包括：

制备与所述铸件本体相对应的木质实样（1），其中，所述木质实样（1）为实心结构，所述木质实样（1）的后侧面为凸出的弧面；

将所述木质实样（1）分割为上实样（11）和下实样（12）；

通过上砂箱和所述上实样（11）制备上砂型，通过下砂箱和所述下实样（12）制备下砂型，其中，所述上砂型和所述下砂型适于组成所述砂型。

4.根据权利要求3所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，所述冒口腔位于所述上砂型中，所述冷铁（4）位于所述下砂型中。

5.根据权利要求1所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，通过改变所述凹腔砂芯（3）的尺寸，以使所述凹腔的侧壁增加工艺补正量。

6.根据权利要求1所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，所述将所述初步铸件顶部的多个所述冒口（5）切除以形成铸件（2），包括：

通过热割冒口工艺切除所述冒口（5）。

7.根据权利要求1所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，所述将所述初步铸件顶部的多个所述冒口（5）切除以形成铸件（2）之后，还包括：

以所述冒口（5）的切面朝下而将所述铸件（2）放置在热处理炉窑内的垫铁上进行热处理。

8.根据权利要求1所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，所述冷铁（4）为直接外冷铁。

9.根据权利要求1所述的大型船用舵叶铸件的整体式铸造控制方法，其特征在于，至少一个所述冒口（5）为明冒口，至少一个所述冒口（5）为暗冒口。

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