CN112846096A - 管型芯、管型芯的制备方法、横梁管的制备方法和横梁管 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种管型芯、管型芯的制备方法、横梁管的制备方法和横梁管，涉及铸件制造的技术领域。本申请的管型芯包括相互配合连接的两个半芯壳，半芯壳的材质包括宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂。每个半芯壳的壁厚为均匀不变的。故本申请通过宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂制造梁管型芯，在利用梁管型芯制造横梁管的过程中，在浇注高温钢水的作用下，梁管型芯中的温芯盒树脂不断产生性状变化，在横梁管铸件的收缩冷却阶段，本梁管型芯能够自动溃散，从而能够降低梁管型芯对横梁主管主管收缩的影响，减少裂纹的产生，甚至，本梁管型芯没有机会产生阻碍收缩的应力，使得生产的横梁管铸件内腔美观，经整体磁粉检测可知完全没有裂纹缺陷。
Description
技术领域
本申请涉及铸件制造的技术领域，具体而言，涉及一种管型芯、管型芯的制备方法、横梁管的制备方法和横梁管。
背景技术
横梁一方面连接主体支撑结构，另一方面要支撑摇臂的固定和摇动，是工程机械机械传动部分主要构成部件。由于在使用过程中横梁需要承受频繁的高应力作用，若横梁在铸造过程产生应力和裂纹，则会影响机械的正常运行。且横梁在安装在工程机械之前，一般将管状的横梁部件通过焊接等方式将两端封闭，从而造成检测裂纹缺陷较为困难。而未检测到的裂纹缺陷，在工程机械频繁的应力作用下会进一部分扩散，使用者在外侧完全观测不到，极容易造成安全隐患。
横梁结构较为复杂，按照浇注工艺通常可将横梁分解为横梁主体、横梁两端的焊接坡口、横梁与前伸臂的连接部分、前伸臂和前伸臂法兰。其中，横梁主体为椭圆管状，内部热节分布不均。
在铸造横梁主体时，一般采用手工自硬砂或冷芯工艺制备。但是现有技术中，在横梁主体的铸件冷却收缩的过程中，自硬砂芯或冷芯具有较强的刚性来阻碍横梁主体的收缩，同时由于横梁主体为椭圆管状，内部热节分布不均，横梁主体的内腔在高温状态下会受到高强度拉应力的作用，极容易产生裂纹，且横梁主体铸件冷却后，残留有高应力。由于裂纹是产生在横梁主体的内表面上，不仅难以检测、难以焊修，而且在装机使用时可能存在安全风险。
发明内容
本申请的目的是提供一种管型芯、管型芯的制备方法、横梁管的制备方法和横梁管，其能够降低梁管型芯对横梁主管主管收缩的影响，减少裂纹的产生。
本申请的实施例是这样实现的：
一方面，本申请实施例提供一种管型芯，包括：相互配合连接的两个半芯壳，所述半芯壳的材质包括宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂。
于一实施例中，所述温芯盒树脂重量为所述宝珠砂重量的1％，所述固化剂重量为所述温芯盒树脂重量的15％。
于一实施例中，每个所述半芯壳的壁厚为均匀不变的，且为15-20mm。
于一实施例中，每个所述半芯壳的壁厚为15mm。
于一实施例中，每个所述半芯壳的内表面上均设有至少一个沿所述半芯壳长度方向设置的横向筋以及至少一个沿所述半芯壳宽度方向设置的纵向筋。
于一实施例中，横向筋设有一个，纵向筋设有三个，三个纵向筋相互平行。横向筋与纵向筋相互垂直。
于一实施例中，当两个半芯壳连接配合时，两个半芯壳的横向筋相互抵住，两个半芯壳的纵向筋相互抵住。
于一实施例中，管型芯的外表面与横梁管内腔的内表面相适应，横梁管内腔的内表面上设有两个凸起，管型芯的外表面上设有两个与凸起对应的凹槽。
一方面，本申请实施例提供一种管型芯的制备方法，用于制造上述的管型芯，所述管型芯的制备方法包括：
提供型芯模具；
提供型芯原料；
将所述型芯原料和所述型芯模具安装至射砂机；
预热所述型芯模具至第一预设温度；
使用所述射砂机制备得到两个所述半芯壳；
对两个所述半芯壳进行冷却直至第二预设温度；
将两个所述半芯壳连接在一起，形成所述管型芯。
于一实施例中，所述提供型芯模具，包括：
根据横梁管结构设计管型芯，并将其分为两个所述半芯壳；
根据两个所述半芯壳分别设计两个型芯模具；
采用砂型铸造的方法制造两个型芯模具。
于一实施例中，所述提供所述型芯原料包括：
提供宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂；
将宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂利用混砂机进行混砂得到所述型芯原料。
于一实施例中，所述温芯盒树脂重量为所述宝珠砂重量的1％，所述固化剂重量为所述温芯盒树脂重量的15％。所述混砂的时间为60-90s。
于一实施例中，所述使用所述射砂机制备得到两个所述半芯壳，包括：
在第一时间段，所述射砂机以第一预设压力进行射砂；
在第二时间段，所述射砂机射砂结束，进行保温。
于一实施例中，所述第一时间段为4-6s，所述第二时间段为300-360s，所述第一预设压力为0.4-0.6Mpa。
于一实施例中，所述将两个所述半芯壳连接在一起，形成所述管型芯，包括：
在两个所述半芯壳上涂覆铸工胶；
将两个所述半芯壳对齐并粘结在一起，形成所述管型芯。
于一实施例中，所述第一预设温度为110-160℃，所述第二预设温度为20-28℃。
一方面，本申请实施例提供一种横梁管的制备方法，包括：
采用上述的管型芯的制备方法制造所述管型芯；
采用制得的所述管型芯进行铸造。
一方面，本申请实施例提供一种横梁管，采用上述的横梁管的制备方法制造。
本申请与现有技术相比的有益效果是：
本申请能够降低梁管型芯对横梁主管主管收缩的影响，减少裂纹的产生。其中，本申请通过宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂制造梁管型芯，在利用梁管型芯制造横梁管的过程中，在浇注高温钢水的作用下，梁管型芯中的温芯盒树脂不断产生性状变化，在横梁管铸件的收缩冷却阶段，本梁管型芯能够自动溃散，从而能够降低梁管型芯对横梁主管主管收缩的影响，减少裂纹的产生，甚至，本梁管型芯没有机会产生阻碍收缩的应力，使得生产的横梁管铸件内腔美观，经整体磁粉检测可知完全没有裂纹缺陷。
再者，本申请中的宝珠砂，提高了本梁管型芯的抗高温能力，抗高温能力强从而可以避免粘砂等缺陷，使得生产的横梁管铸件内腔美观，利于外观和磁粉检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请一实施例示出的横梁管的结构示意图。
图2为本申请一实施例示出的管型芯的结构示意图。
图3为本申请一实施例示出的管型芯的爆炸示意图。
图4为本申请一实施例示出的管型芯的制备方法的流程示意图。
图5为本申请一实施例示出的管型芯的制备方法的流程示意图。
图标：100-管型芯；101-管型芯的外表面；110-半芯壳；111-第二内表面；112-半槽；113-第二外表面；120-横向筋；130-纵向筋；140-凹槽；200-横梁管；210-内腔；211-第一内表面；220-凸起。
具体实施方式
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参照图1，其为本申请一实施例示出的横梁管200的结构示意图。横梁管200为椭圆管状，横梁管200具有内腔210，将内腔210的内表面称作第一内表面211，第一内表面211上设有至少一个凸起220。本实施例，在第一内表面211上设有两个凸起220。
横梁管200为横梁的一部分，称作横梁的主体部分，与横梁两端的焊接坡口、横梁与前伸臂的连接部分、前伸臂和前伸臂法兰等部件一同组成横梁。横梁可以应用于工程机械机械传动部分。
请参照图2，其为本申请一实施例示出的管型芯100的结构示意图。管型芯100可以用于制造横梁。其中，将管型芯的外表面101称作第一外表面，第一外表面与第一内表面211相适应，从而可以用于在砂型铸造的过程中辅助形成横梁管200的内腔210。
由于第一内表面211上设有至少一个凸起220，相应地，在第一外表面上设有至少一个与凸起220相配的凹槽140。本实施例中，在第一外表面上设有两个凹槽140。
管型芯100的材质包括宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂。温芯盒树脂添加的重量为宝珠砂的重量的1％，固化剂添加的重量为所述温芯盒树脂的重量的15％。故本实施例能够降低管型芯100对横梁主管主管收缩的影响，避免横梁管200内腔210在铸造过程产生裂纹和残余应力。
其中，本实施例通过宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂制造管型芯100，在利用管型芯100制造横梁管200的过程中，在浇注高温钢水的作用下，管型芯100中的温芯盒树脂不断产生性状变化，在横梁管200铸件的收缩冷却阶段，本管型芯100能够自动溃散，从而能够降低管型芯100对横梁主管主管收缩的影响，减少裂纹的产生，甚至，本管型芯100没有机会产生阻碍收缩的应力，使得生产的横梁管200铸件内腔210美观，经整体磁粉检测可知完全没有裂纹缺陷。
再者，本实施例中的宝珠砂，提高了本管型芯100的抗高温能力，抗高温能力强从而可以避免粘砂等缺陷，使得生产的横梁管200铸件内腔210美观，利于外观和磁粉检测。
于一实施例中，管型芯100的芯子长为1.2m，宽为500mm，高为300mm，总质量为270kg。
请参照图3，其为本申请一实施例示出的管型芯100的爆炸示意图。管型芯100由相互配合连接的两个半芯壳110组成，两个半芯壳110沿两个半芯壳110的连接面成对称设置。
将半芯壳110的内表面称作第二内表面111，将半芯壳110的外表面称作第二外表面113。两个第二外表面113组成第一外表面，两个第二外表面113上各设有两个半槽112，当两个半芯壳110拼接在一起时，两个半槽112可以组成一个完整的凹槽140。
本实施例通过两个半芯壳110组成管型芯100，从而可以减小管型芯100的质量，利于保证在利用管型芯100制造横梁管200的过程中，本管型芯100能够完全溃散，进一步降低管型芯100对横梁主管主管收缩的影响，减少裂纹的产生几率。
为保证在横梁管200铸件高温冷却阶段，管型芯100溃散的时间较为集中，能很好地消除管型芯100对横梁主管主管收缩的影响，本实施例中，半芯壳110的厚度为均匀不变的。
为保证在横梁管200铸件高温冷却阶段，温芯盒树脂能够完全烧逝，管型芯100完全溃散，管型芯100不产生阻碍横梁管200铸件收缩的应力，令半芯壳110的厚度较薄，每个半芯壳110的壁厚为15-20mm。进一步地，可以令每个半芯壳110的壁厚为15mm。
为提高每个半芯壳110的结构强度，避免半芯壳110变形而影响横梁管200内腔210的成型效果，在每个半芯壳110的第二内表面111上均设有至少一个沿半芯壳110长度方向设置的横向筋120以及至少一个沿半芯壳110宽度方向设置的纵向筋130。横向筋120与纵向筋130相互垂直。当两个半芯壳110连接配合时，两个半芯壳110的横向筋120相互抵住，两个半芯壳110的纵向筋130相互抵住。
本实施例中，横向筋120设有一个，设于半芯壳110相对中间的位置，纵向筋130设有三个，三个纵向筋130相互平行，且三个纵向筋130之间的间距可以是240mm-260mm，例如为250mm左右。
为保证在横梁管200铸件高温冷却阶段，管型芯100溃散的时间较为集中，能很好地消除管型芯100对横梁主管主管收缩的影响，本实施例中，横向筋120与纵向筋130的厚度与半芯壳110的壁厚相同，或者横向筋120与纵向筋130的厚度略小于半芯壳110的壁厚。
于一操作过程中，根据设计好的半芯壳110结构，制作温芯盒模具。制芯设备使用碗形混砂机和温芯盒射砂机，其中，制芯过程中，制芯用材料使用温芯盒树脂，温芯盒射砂机用砂子使用宝珠砂，分别制作两个半芯壳110。当两个半芯壳110制造完成后，从而温芯盒射砂机取出后，使用铸工胶粘合两个半芯壳110，从而得到完整的管型芯100。故本实施例的两个半芯壳110可以通过温芯盒射砂制作而成，制作简单，成本较低，且生产效率高，耗时较少，甚至制程只需要15分钟即可。
于一其他的实施例中，可以是将管型芯100掏空一部分来降低管型芯100的质量，但是如此操作，不仅材料浪费严重，而且操作复杂，耗时较长。另外掏空操作容易令管型芯100壁厚不均匀造成在横梁管200铸件高温冷却阶段，管型芯100溃散的时间较为分散，不能很好地消除管型芯100对横梁主管主管收缩的影响，效果不佳，另外掏空操作容易令管型芯100壁厚不能达到很薄，管型芯100实际有效厚度仍不会少于40mm，对减少阻碍收缩的应力的作用很有限。
于一其他的实施例中，可以是采用自硬砂工艺制备管型芯100，并在管型芯100填充泡沫，但是如此操作，不仅材料浪费，而且操作复杂，耗时较长，自硬砂工艺制程就需要30分钟左右，填充泡沫也需要一定时间。另外填充泡沫令管型芯100壁厚不能达到很薄，管型芯100实际有效厚度仍不会少于40mm，对减少阻碍收缩的应力的作用很有限。
请参照图4，其为本申请一实施例示出的管型芯100的制备方法的流程示意图。本方法可以用于制造如图2至图3所示的管型芯100。管型芯100的制备方法可以包括如下步骤：
步骤S101：提供型芯模具。
本步骤中的型芯模具是根据管型芯100设计制造的，管型芯100是根据所需制备的横梁管200设计制造的。其中，型芯模具可以是在本步骤进行制造得到的，也可以是之前制造好的，或者是购买得到的。
步骤S102：提供型芯原料。
本步骤的型芯原料可以是几种单独的材料并在本步骤进行混砂得到的，也可以是经过混砂机提前混好的原料。
步骤S103：将型芯原料和型芯模具安装至射砂机。
本步骤可以将型芯原料安装到射砂机的料斗处，将型芯模具安装至射砂机后，可以进行清洗和调试工作，为下一步骤做准备。本步骤的射砂机可以是温芯盒射砂机。
步骤S104：预热型芯模具至第一预设温度。
本步骤的第一预设温度为110-160℃，预热型芯模具可以提升之后管型芯100的成型质量。
步骤S105：使用射砂机制备得到两个半芯壳110。
本步骤中，制备两个半芯壳110，可以分步骤进行，也可以同步进行。
步骤S106：对两个半芯壳110进行冷却直至第二预设温度。
本步骤的第二预设温度为20-28℃。第二预设温度可以是常温，为下一步半芯壳110的连接做准备。本步骤的冷却可以是风冷、水冷或者自然冷却。
步骤S107：将两个半芯壳110连接在一起，形成管型芯100。
本步骤中，两个半芯壳110的连接方式可以采用粘结、焊接、卡槽连接等方式。
请参照图5，其为本申请一实施例示出的管型芯100的制备方法的流程示意图。本方法可以用于制造如图2至图3所示的管型芯100。管型芯100的制备方法可以包括如下步骤：
步骤S201：根据横梁管200结构设计管型芯100，并将其分为两个半芯壳110。
本步骤中，由于管型芯100是用于在砂型铸造的过程中辅助形成横梁管200的内部结构，则令管型芯100的内部结构根据横梁管200结构设计管型芯100的外部结构。管型芯100的内部结构为保证管型芯100在横梁管200铸造过程中及时溃散、消失，可以设计由两个半芯壳110组成，两个半芯壳110内还设有增强结构强度的横向筋120与纵向筋130。
步骤S203：采用砂型铸造的方法制造两个型芯模具。
其中，可以通过同一个型芯模具制造两个半芯壳110，也可以通过两个型芯模具分别制造两个半芯壳110。本实施例中是通过两个型芯模具分别制造两个半芯壳110。
为使型芯模具可以反复使用，降低成本，两个型芯模具的材质可以是铁等金属，并采用砂型铸造的方法。
其中在制造型芯模具的时候，为形成横向筋120与纵向筋130，可以设计拔模斜度2-3°。
步骤S204：提供宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂。
本步骤，可根据需要制造的横梁管200，确定管型芯100中各成分的比例，再购买得到相应的材料。其中，温芯盒树脂也可以是温芯盒环保树脂。
步骤S205：将宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂利用混砂机进行混砂得到型芯原料。
本步骤的混砂机可以是自动碗式混砂机。为使混砂均匀、充分，本步骤的混砂的时间为60-90s。其中，温芯盒树脂添加的重量为宝珠砂的重量的1％，固化剂添加的重量为所述温芯盒树脂的重量的15％。
步骤S206：将型芯原料和型芯模具安装至射砂机。详细参见上述实施例中对步骤S103的描述。
步骤S207：预热型芯模具至第一预设温度。详细参见上述实施例中对步骤S104的描述。
步骤S208：在第一时间段，射砂机以第一预设压力进行射砂。
本步骤中，第一时间段为4-6s，第一预设压力为0.4-0.6Mpa。
步骤S209：在第二时间段，射砂机射砂结束，进行保温。
本步骤中，第二时间段为300-360s。当第一时间段和第二时间段均结束后，可以打开射砂机，分别取下两个半芯壳110，准备进行冷却。
步骤S210：对两个半芯壳110进行冷却直至第二预设温度。详细参见上述实施例中对步骤S106的描述。
步骤S211：在两个半芯壳110上涂覆铸工胶。
本步骤中将铸工胶均匀涂覆在两个半芯壳110的连接面上。
步骤S212：将两个半芯壳110对齐并粘结在一起，形成管型芯100。
当两个半芯壳110粘结在一起后，可以对多余的铸工胶进行清理。
一种横梁管200的制备方法可以用于制造如图1所示的横梁管200。横梁管200的制备方法可以包括如下步骤：采用图4或图5所示的管型芯100的制备方法制造管型芯100；采用制得的管型芯100进行铸造。
其中采用制得的管型芯100进行铸造，可以采用砂型铸造等方式进行制造。于一操作过程中，可以将制得的管型芯100放入砂箱中，合箱后，再采用电炉熔炼铁液进行浇注获得铸件毛坯，接着清理铸件毛坯，之后可以进行防腐喷涂，经检验获得无裂纹的横梁管200成品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种管型芯，其特征在于，包括：相互配合连接的两个半芯壳，所述半芯壳的材质包括宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂。
2.根据权利要求1所述的管型芯，其特征在于，每个所述半芯壳的壁厚为均匀不变的，且为15-20mm；
每个所述半芯壳的内表面上均设有至少一个沿所述半芯壳长度方向设置的横向筋以及至少一个沿所述半芯壳宽度方向设置的纵向筋。
3.一种管型芯的制备方法，其特征在于，用于制造权利要求1或2所述的管型芯，所述管型芯的制备方法包括：
提供型芯模具；
提供型芯原料；
将所述型芯原料和所述型芯模具安装至射砂机；
预热所述型芯模具至第一预设温度；
使用所述射砂机制备得到两个所述半芯壳；
对两个所述半芯壳进行冷却直至第二预设温度；
将两个所述半芯壳连接在一起，形成所述管型芯。
4.根据权利要求3所述的管型芯的制备方法，其特征在于，所述提供型芯模具，包括：
根据横梁管结构设计管型芯，并将其分为两个所述半芯壳；
根据两个所述半芯壳分别设计两个型芯模具；
采用砂型铸造的方法制造两个型芯模具。
5.根据权利要求3所述的管型芯的制备方法，其特征在于，所述提供所述型芯原料包括：
提供宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂；
将宝珠砂、温芯盒树脂和固化剂利用混砂机进行混砂得到所述型芯原料；
其中，所述温芯盒树脂重量为所述宝珠砂重量的1％，所述固化剂重量为所述温芯盒树脂重量的15％；所述混砂的时间为60-90s。
6.根据权利要求3所述的管型芯的制备方法，其特征在于，所述使用所述射砂机制备得到两个所述半芯壳，包括：
在第一时间段，所述射砂机以第一预设压力进行射砂；
在第二时间段，所述射砂机射砂结束，进行保温；
其中，所述第一时间段为4-6s，所述第二时间段为300-360s，所述第一预设压力为0.4-0.6Mpa。
7.根据权利要求3所述的管型芯的制备方法，其特征在于，所述将两个所述半芯壳连接在一起，形成所述管型芯，包括：
在两个所述半芯壳上涂覆铸工胶；
将两个所述半芯壳对齐并粘结在一起，形成所述管型芯。
8.根据权利要求3所述的管型芯的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为110-160℃，所述第二预设温度为20-28℃。
9.一种横梁管的制备方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求3至8任一项所述的管型芯的制备方法制造所述管型芯；
采用制得的所述管型芯进行铸造。
10.一种横梁管，其特征在于，所述横梁管通过如权利要求9所述的横梁管的制备方法制备获得。
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2020
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