CN213134950U - 基于3d打印的适用于整体式多路阀的铸造系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，属于阀门铸造技术领域。铸造系统通过根据待铸造整体式多路阀的结构参数，确定多层多个内浇口，连接各层内浇口的多个横浇道，以及连接多个横浇道的直浇道，并利用3D打印技术打印整体式砂型，实现了一种多层复合式浇注铸造方法以及相应的铸造系统，可分散均衡液体充型过程中的重力和冲刷力等影响，减少砂芯断裂，内部缺陷披缝，主阀孔弯曲等铸造缺陷。且通过3D打印的整体式砂型之间的一致性较好，内部无粘接缝隙，可保障浇注完成的阀体铸件质量稳定性以及表面质量，同时能够实现整体式液压阀的快速铸造，适合批量、规格化制造，更好地支撑大型整体式液压多路阀产品快速升级。

Description

基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统

技术领域

本实用新型涉及工程机械增材制造技术领域，特别是一种基于3D打印，且适用于整体式多路阀的铸造系统。

背景技术

大型整体式液压多路阀是工程机械的核心控制元件，它位于泵和执行元件之间，用于控制液压油的流量大小和流向，从而集中控制执行元件的运动方向和速度，广泛应用于工程机械、矿山机械、港口机械等领域。大型整体式多路阀性能的好坏直接影响产品整体的工作性能，影响整机产品的口碑及销售，可见其重要性。国内大型整体式液压多路阀主要依赖进口，严重地制约了国内公司主机产品的发展。

由于整体式液压多路阀阀体的主阀孔细长，内部油道复杂，悬空结构多、油槽多、截面形状及尺寸各不相同，铸造难度大，整体式液压多路阀铸造成功率较低。目前，大型整体式液压多路阀的制造通常采用传统砂型铸造方式，根据设计模型，先制造金属模具，然后利用金属模具制造砂型，最后完成浇注，得到液压阀毛坯，传统的制造方式，模具制造周期长，模具成本较高，不利于设计阶段模型的多次修改，限制了大型整体式液压多路阀的快速更新换代。

目前砂型3D打印在铝合金铸件及厚大件上应用成功率较高，但基于砂型3D打印工艺快速制造的砂型强度远低于传动模具制造砂型，特别是在遇到内部结构复杂，细小结构、悬浮结构等特征较多的大型整体式液压多路阀，普遍存在快速铸造成功率低、成型质量差等问题，浇注过程中易出现断芯，披缝等铸造缺陷，工艺不成熟，难以满足产业化应用需求。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种适用于整体式多路阀的铸造系统，能够用于大型整体式多路阀的快速制造，铸造成功率高，质量稳定。

本实用新型采取的技术方案为：一种基于3D打印适用于整体式多路阀的铸造系统，包括砂型本体、直浇道、横浇道、内浇口和冒口；

以垂直于主阀孔砂芯轴向的方向作为砂型本体的高度方向；

所述直浇道、横浇道和内浇口设置于砂型本体的一侧；横浇道沿砂型本体高度方向设置有多个，各横浇道的延伸方向上设有多个内浇口，各横浇道通过所述多个内浇口连接砂型本体；多个横浇道分别连通直浇道，冒口设置于砂型本体的顶部。

可选的，砂型本体、直浇道、横浇道、内浇口和冒口为通过3D打印得到的一体式结构。3D打印的砂型为整体式砂型，砂型内部无粘接缝隙，砂型之间的一致性较好，可保障浇注完成的阀体铸件表面质量以及质量稳定性。

可选的，砂型本体中，对应主阀孔的砂芯中设置有贯穿式排气通道；除主阀孔之外的其它阀孔所对应的、连接砂型外围的砂芯中设置有随型排气孔。也即排气孔的路径沿阀孔的中心路径设置。排气通道和排气孔的设置可提高整体式砂芯的排气效率。

可选的，横浇道的数量为，将阀体高度L除以一预设高度间隔L0，对所得到的结果近似取整后的结果值。近似取整可为四舍五入近似，也可直接取整数部分的商。预设高度间隔L0可根据需要调整，如设置为100mm等。在具体布置各层内浇口时，最好避开与各路主阀孔相平齐的位置，比如可设置于两层主阀孔平齐位置之间。

可选的，单个横浇道所连的所有内浇口具有至少两个高度位置。也即本实用新型中同一层的内浇口可以高度不一地设置，以适应其它结构需求，如避开不宜直接冲刷的结构位置。

可选的，各内浇口远离砂型内部油道设置。可保证液体充型过程中不会直接冲刷内部油道砂芯，降低铸造过程中由于铁水冲击导致断芯、披缝等铸造缺陷。

可选的，砂型本体中，砂型外围壁厚≥25mm；

可选的，砂型本体的表面设有经浸涂和烘干处理后形成的锆英粉涂层。

可选的，冒口数量为多个；所有内浇口均设置于砂型平行于主阀孔轴向的一个侧面的侧部。

有益效果

本实用新型提供了一种采用测浇方式的多层复合式浇注铸造系统，在浇注时可分散均衡液体充型过程中的重力和冲刷力等影响，减少砂芯断裂，内部缺陷披缝，主阀孔弯曲等铸造缺陷。且通过3D打印的砂型为整体式砂型，砂型内部无粘接缝隙，砂型之间的一致性较好，可保障浇注完成的阀体铸件表面质量以及质量稳定性，同时能够实现整体式液压阀的快速铸造，适合批量、规格化制造，更好地支撑大型整体式液压多路阀产品快速升级，大幅降低试制成本，缩短试制周期，进一步实现砂型3D打印技术的产业化应用。

附图说明

图1所示为本实用新型一种实施例的内浇口、横浇道、直浇道、冒口位置示意图；

图2所示为图1实施例对应的某整体多路阀砂芯结构示意图；

图3所示为图1实施例对应的某整体多路阀内浇口分布示意图；

图4所示为图1实施例对应的某整体多路阀排气系统示意图；

图1-图4中：1-整体式多路阀，2-直浇道，3-横浇道，4-内浇口，5-冒口，6-整体多路阀砂芯，61-主阀孔砂芯，62-内部油道砂芯，71-主阀孔位置排气通道，72-随型排气孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1

参考图1所示，本实施例为一种基于3D打印适用于整体式多路阀的铸造系统，包括砂型本体、直浇道2、横浇道3、内浇口4和冒口5；

以垂直于主阀孔砂芯61轴向的方向作为砂型本体的高度方向；

所述直浇道2、横浇道3和内浇口4设置于砂型本体的一侧；横浇道沿砂型本体高度方向设置有多个，各横浇道的延伸方向上设有多个内浇口，各横浇道通过所述多个内浇口连接砂型本体；多个横浇道分别连通直浇道，冒口5设置于砂型本体的顶部。

实施例1-1

基于实施例1，本实施例具体介绍图1至图4所示的铸造系统。

本实施例的发明构思为：根据待铸造整体式多路阀的结构参数，确定多层多个内浇口，连接各层内浇口的多个横浇道，以及连接多个横浇道的直浇道，并利用3D打印技术打印整体式砂型，实现多层复合式浇注铸造方法以及相应的铸造系统，分散液体充型过程中的重力和冲刷力等影响，减少砂芯断裂，内部缺陷披缝，主阀孔弯曲等铸造缺陷，并实现快速铸造，同时保障成型阀的质量稳定性。

本实施例中：

可选的，砂型本体、直浇道、横浇道、内浇口和冒口为通过3D打印得到的一体式结构。3D打印的砂型为整体式砂型，砂型内部无粘接缝隙，砂型之间的一致性较好，可保障浇注完成的阀体铸件表面质量以及质量稳定性。

可选的，砂型本体中，对应主阀孔的砂芯中设置有贯穿式排气通道；除主阀孔之外的其它阀孔所对应的、连接砂型外围的砂芯中设置有随型排气孔。也即排气孔的路径沿阀孔的中心路径设置。排气通道和排气孔的设置可提高整体式砂芯的排气效率。

可选的，横浇道的数量为，将阀体高度L除以一预设高度间隔L0，对所得到的结果近似取整后的结果值。近似取整可为四舍五入近似，也可直接取整数部分的商。预设高度间隔L0可根据需要调整，如设置为100mm等。

在具体布置各层内浇口时，最好避开与各路主阀孔相平齐的位置，比如可设置于两层主阀孔平齐位置之间。

单个横浇道所连的所有内浇口具有至少两个高度位置。也即本实用新型中同一层的内浇口可以高度不一地设置，以适应其它结构需求，如避开不宜直接冲刷的结构位置。

各内浇口远离砂型内部油道设置。可保证液体充型过程中不会直接冲刷内部油道砂芯62，降低铸造过程中由于铁水冲击导致断芯、披缝等铸造缺陷。

砂型本体中，砂型外围壁厚≥25mm；

砂型本体的表面设有经浸涂和烘干处理后形成的锆英粉涂层。

冒口数量为多个；所有内浇口均设置于砂型平行于主阀孔轴向的一个侧面的侧部。也即内浇口所在侧面非砂型顶面或底面。

也即，参考图1至图4，本实施例铸造系统为多层复合式浇注系统，采用了侧浇方式，主阀孔水平设置，以此确定重力浇注方向，在重力浇注方向上测量阀体高度L，以N=L/100，四舍五入后取整数值，进行内浇口层数确定，如图1至图4的实施例，内浇口4的层数为两层。

内浇口4布置在浇注砂型侧面，在两层主阀孔之间，单层内浇口数量不小于3个，如图4所示，总数为5个，不同内浇口之间可高度不一，内浇口须避开邻近内部油道，保证金属液体充型过程中不直接冲刷油道砂芯，降低铸造过程中由于铁水冲击导致断芯、披缝等铸造缺陷。

随形设置冒口5，无需考虑拔模角度，可设置为方形、圆形，如图2所示设置为方形，可更好的进行零件内部的补缩不需要考虑冒口套制造的复杂度。

区别于传统射砂制芯工艺，本实用新型采用3D打印工艺制造整体式砂型，可根据待铸造阀的重量选择3D砂型打印工艺进行砂芯打印：若待铸造阀重量≤50kg，采用选择性激光烧结技术或粘接剂喷射打印技术进行砂芯3D打印；若待铸造阀重量>50kg，采用粘结剂喷射打印技术进行砂芯3D打印。可进一步保障砂芯减少断芯等情况。利用3D打印工艺制造的砂型内部无粘接缝隙，如图4所示，砂型外围壁厚≥25mm，所有主阀孔开设排气贯穿排气通道，如图4中主阀孔位置排气通道71所示，其他与外围连接阀孔均开设随型排气孔72，提高整体式砂芯排气效率。

铸造系统配合专用铸造工艺：采用锆英粉涂料，采用浸涂方式，涂料波美度设置为40~60之间，涂料浸涂次数≤3次，砂芯烘干温度：100~180℃，烘干时间设置为：1~1.5h。采用球墨铸铁进行整体式液压多路阀快速铸造，浇注温度控制在1350-1400℃之间，浇注后保温时间≥8h。

利用本实用新型铸造系统铸造整体式多路阀具有以下优点：

1 内部质量好。阀体内部油道特征弯曲复杂，传统铸造，砂型分体粘接成型，易出现披缝等铸造缺陷，本实用新型基于3D打印工艺实现砂型模具的一体化制造，避免砂芯内部粘接，减小铸造缺陷位置隐患数量，最终能够提高铸造质量；

2 成功率高。市场上采用砂型3D打印技术进行整体式液压多路阀铸造成功率普遍较低。本实用新型提出了复合式浇注系统，可根据阀体具体结构尺寸大小合理的设置内流道数量及层数，有效的降低了砂芯浇注过程中热流冲击，进一步提高了铸造成功率；

3 砂芯耐热强度进一步提高。选择陶粒砂作为砂芯3D打印用原砂，提高了砂芯的耐热强度，配合专用的锆英粉涂料，进一步提高3D打印砂芯的耐热强度，解决了3D打印砂芯因强度不足导致铸造成功率低的关键难题；

4 灵活性高。基于3D打印工艺，可不考虑打印结构的复杂性，能够进行随形设计冒口形式，冒口位置，浇注系统结构形式，实现了针对性的设计，无需考虑砂型模具制造的难度，设计灵活性得到大幅提升。

实施例1-3

本实施例介绍利用实施例1的铸造系统进行整体式多路阀的铸造方法，包括：

确定待铸造阀的结构参数，在确定待铸造阀的结构参数后，可生成待铸造整体式多路阀的本体模型1，便于更加直观的设置内浇口、横浇道、直浇道、冒口等的位置，参考图1和图2所示；

以垂直于主阀孔轴向的方向作为高度方向，确定待铸造阀的阀体高度L；

根据阀体高度L确定内浇口的层数；

根据待铸造阀的结构参数，确定各层各内浇口的位置，使得所有内浇口均位于待铸造阀体的同一侧；

根据待铸造阀的结构参数，布置相应层数、位置的各内浇口模型；

对应每层内浇口分别布置与内浇口连通的横浇道模型；

设置冒口模型以及连通各横浇道的直浇道模型；

根据待铸造阀的结构参数，以及所述内浇口模型、横浇道模型、直浇道模型、冒口模型，创建待3D打印的砂芯模型，以及包括内浇口、横浇道、直浇道和冒口的砂型模型；

根据所述砂型模型和砂芯模型进行3D打印，得到待铸造阀的砂型和砂芯；

利用3D打印得到的砂型和砂芯进行浇注式铸造，得到整体式阀体。

以上方法还可包括：

在砂型中对应主阀孔的砂芯中设置贯穿式排气通道；对于砂型中除主阀孔之外的其它阀孔，在对应的、连接砂型外围的砂芯中设置随型排气孔。也即排气孔的路径沿阀孔的中心路径设置。排气通道和排气孔的设置可提高整体式砂芯的排气效率，参考图4所示；

在浇注前，对3D打印得到的砂型采用锆英粉涂料浸涂，然后进行烘干处理。此处可采用波美度为40~60之间的锆英粉涂料浸涂，浸涂次数≤3次，烘干温度为150~180℃，烘干时间设置为：1~1.5h。

对于整体式液压多路阀，在浇注时采用球墨铸铁进行浇注式铸造，浇注温度为1350-1400℃，浇注后保温时间≥8h。

在确定内浇口层数时，根据阀体高度L确定内浇口的层数N：将阀体高度L除以一预设高度间隔L0，此处L0取100mm，对所得到的结果近似取整，即得到层数N。近似取整可为四舍五入近似，也可直接取整数部分的商。

参考图4所示，位于同一层的不同内浇口可以高度不一地设置，以适应其它结构需求，如避开不宜直接冲刷的结构位置，包括砂型内部油道等，可保证液体充型过程中不会直接冲刷油道砂芯，降低铸造过程中由于铁水冲击导致断芯、披缝等铸造缺陷。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，包括砂型本体、直浇道、横浇道、内浇口和冒口；

以垂直于主阀孔砂芯轴向的方向作为砂型本体的高度方向；

所述直浇道、横浇道和内浇口设置于砂型本体的一侧；横浇道沿砂型本体高度方向设置有多个，各横浇道的延伸方向上设有多个内浇口，各横浇道通过所述多个内浇口连接砂型本体；多个横浇道分别连通直浇道，冒口设置于砂型本体的顶部。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，砂型本体、直浇道、横浇道、内浇口和冒口为通过3D打印得到的一体式结构。

3.根据权利要求1所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，砂型本体中，对应主阀孔的砂芯中设置有贯穿式排气通道；除主阀孔之外的其它阀孔所对应的、连接砂型外围的砂芯中设置有随型排气孔。

4.根据权利要求1所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，横浇道的数量为，将阀体高度L除以一预设高度间隔L0，对所得到的结果近似取整后的结果值。

5.根据权利要求4所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，预设高度间隔L0为100mm。

6.根据权利要求1或4所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，单个横浇道所连的所有内浇口具有至少两个高度位置。

7.根据权利要求1或4所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，各内浇口远离砂型内部油道设置。

8.根据权利要求1所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，砂型本体中，砂型外围壁厚≥25mm。

9.根据权利要求1所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，砂型本体的表面设有经浸涂和烘干处理后形成的锆英粉涂层。

10.根据权利要求1所述的基于3D打印的适用于整体式多路阀的铸造系统，其特征是，冒口数量为多个；所有内浇口均设置于砂型平行于主阀孔轴向的一个侧面的侧部。

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