WO2022242183A1 - 一种大型砂芯的制芯方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种大型砂芯的制芯方法，其提供一吹砂机构，该吹砂机构的底端与芯盒（10）的顶部各入口配合，顶端与射砂机构底端配合；吹砂机构具有移入至射砂机构和芯盒之间的吹砂位置及从该位置移出的自由度，具有侧向入砂结构；将射砂机构上移，吹砂机构移入吹砂位置，再将射砂机构下移压迫吹砂机构；向吹砂机构中加砂并吹气，使型砂进入芯盒，吹砂压力为0.1MPa～0.2MPa，吹砂量为砂芯质量的80～90％；射砂机构上移，吹砂机构移出吹砂位置，再将射砂机构下移并压紧芯盒；将剩余型砂通过射砂机构射入芯盒，同时完成砂芯的紧实，射砂压力为0.4MPa～0.5MPa；对砂芯进行吹气固化，完成制芯。以及一种包括吹砂机构和射砂机构的制芯装置。采用该方法和装置实现了对大型砂芯的制芯。

Description

一种大型砂芯的制芯方法及装置 技术领域
本发明涉及一种铸造用砂芯的制芯方法，具体涉及一种采用冷芯工艺制备大型砂芯的方法以及装置。
 背景技术
在制备具有空心结构的铸件时，通常采用砂型铸造方法，需要制备与铸件空心结构对应的砂芯。制备砂芯的设备为射芯机，通常在顶部设置射砂筒，射砂筒下方连通射头，射头底板设置射砂板，射砂板上开设有通孔并对应设置射嘴，在芯盒顶部对应设置开口。在冷芯工艺中，通常包括射砂流程，利用气流带动射砂筒内的芯砂，使其经射头从射嘴喷出，进入芯盒并均匀密实；固化流程，吹入例如三乙胺气体，使芯砂固化成型。
然而，对于高度大于1米的大型砂芯，采用上述顶部射砂的方法由于气流行程较长，芯盒容腔较大，导致气砂比控制困难，射砂射程短，难以使砂芯均匀密实。因此现有技术中，对于大型砂芯，一般采用水平射砂，以降低射砂高度。但是，从铸造工艺角度分板，对大型砂芯采用水平射砂方法，造成砂芯上下密实度差异大、砂芯表面浮砂多、严重影响砂芯表面质量，进而影响铸件精度及表面质量，特别是当砂芯上平面超过2平方米时，将难以完成砂芯的制造。对于质量在1000L（约1400kg）及以上的砂芯，现有技术中在制备时均会遇到类似的困难。
因此，需要提供一种改进的制芯方法，以适应大型砂芯的制备需求。
 技术解决方案
本发明的发明目的是提供一种大型砂芯的制芯方法，解决大型垂直砂芯的制芯问题。本发明的另一发明目的是提供一种用于实现大型砂芯制芯的装置。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种大型砂芯的制芯方法，包括以下步骤：
(1) 提供一吹砂机构，所述吹砂机构底端与芯盒的顶部各入口配合，吹砂机构的顶端与射砂机构底端配合；吹砂机构具有移入至射砂机构和芯盒之间的吹砂位置及从该位置移出的自由度；吹砂机构具有侧向入砂结构。
(2) 将射砂机构上移，吹砂机构移入吹砂位置，再将射砂机构下移压迫吹砂机构，使吹砂机构的底端压紧芯盒。
(3) 吹砂：向吹砂机构中加砂并吹气，使芯砂进入芯盒，吹砂压力为0.1MPa～0.2MPa，吹砂量为砂芯质量的80-90%。
(4) 射砂机构上移，吹砂机构移出吹砂位置，再将射砂机构下移并压紧芯盒。
(5) 射砂：将剩余芯砂通过射砂机构射入芯盒，同时完成砂芯的紧实，射砂压力为0.4MPa～0.5MPa。
(6) 对砂芯进行吹气固化，完成制芯。
进一步的技术方案，在射砂机构的射砂筒上方设置一上压头，所述步骤(2)中，由上压头压紧射砂机构、射砂机构压紧吹砂机构、吹砂机构压紧芯盒提供锁模力，所述步骤(4)中，由上压头压紧射砂机构、射砂机构压紧芯盒提供锁模力。
上述技术方案中，所述吹砂机构中，由吹砂支撑筒及吹砂支撑筒底部的吹砂板进入吹砂位置，吹砂板上设置等压射嘴，所述等压射嘴，吹砂时芯盒内部气压波动小于0.02MPa；射砂机构的射砂板上设置射嘴。等压射嘴的作用是在吹砂时（一般时间大于30秒），芯砂低速平稳进入芯盒，无紊流；射砂板上的射嘴作用是在射砂时，使芯砂高速进入芯盒，紧实砂芯。
吹砂时，从吹砂支撑筒的侧面引入芯砂和气流。
优选的技术方案，所述等压射嘴为多个圆形射嘴板，每个圆形射嘴板上分布有多个上大下小的射砂孔。
为实现本发明的另一发明目的，提供一种大型砂芯的制芯装置，包括射砂机构，所述射砂机构具有上下运动的自由度，射砂机构主要由射砂筒、射头、射砂板和设置在射砂板上的多个射嘴构成，设有吹砂机构，所述吹砂机构包括吹砂支撑筒、吹砂板、设置在吹砂板上的多个等压射嘴、吹砂储存腔，所述吹砂储存腔位于吹砂支撑筒一侧并与吹砂支撑筒经侧壁连通，吹砂储存腔的顶部设有顶盖，由此构成吹气封闭腔，所述顶盖上连接有吹砂阀和加砂阀门；吹砂时，所述射砂机构上移，和芯盒之间构成吹砂位置，所述吹砂支撑筒及吹砂板位于吹砂位置；射砂时，吹砂机构移出吹砂位置，射砂机构下移压紧在芯盒上。
进一步的技术方案，设有上压头，所述上压头位于射砂机构的上方并具有上下运动的自由度，吹砂和射砂时，所述上压头压紧在射砂筒上。
优选的技术方案，所述顶盖上设有2个吹砂阀和1个加砂阀门。
优选的技术方案，所述等压射嘴为多个圆形射嘴板，每个圆形射嘴板上分布有多个上大下小的射砂孔。
 有益效果
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明将芯砂填充过程分为吹砂和射砂两个步骤，吹砂时气压较低，以填充芯盒的大部分，降低气砂比，减小芯盒排气要求，射砂时气压较高，以完成芯砂填充和紧实，由此实现了对大型砂芯的制芯。
2、本发明提供了独立的吹砂机构，主体为吹砂支撑筒，在吹砂时移入，射砂时移出，由此，较低压力的吹砂过程中不会在射头产生堆积，采用等压射嘴，减小芯砂由吹入芯盒的阻力，吹砂压力低，芯砂有序填充芯盒，同时能减少芯盒磨损。
3、吹砂板上的等压射嘴和射砂板上的射嘴，能方便在吹砂和射砂变更过程中与芯盒的配合。
 附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是等压射嘴的俯视示意图。
图3是图2的A-A剖视示意图。
图4是吹砂过程的工作示意图。
图5是吹砂完成时的状态示意图。
图6是射砂准备状态示意图。
图7是射砂时的示意图。
其中：10、芯盒；11、吹砂储存腔；12、顶盖；13、吹砂阀；14、加砂阀门；15、上压头；16、射砂筒；17、射头；18、射砂板；19、吹砂支撑筒；20、吹砂板；21、等压射嘴、22、射嘴。
 本发明的实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种大型砂芯的制芯装置，包括射砂机构和吹砂机构。
参见图1所示，射砂机构主要由射砂筒16、射头17、射砂板18和设置在射砂板18上的多个射嘴22构成，射砂筒16、射头17、射砂板18构成射砂通道。
吹砂机构包括吹砂支撑筒19、吹砂板20、设置在吹砂板20上的多个等压射嘴21、吹砂储存腔11，所述吹砂储存腔11位于吹砂支撑筒19一侧并与吹砂支撑筒19经侧壁连通，吹砂储存腔11的顶部设有顶盖12，由此构成吹气封闭腔，顶盖12上连接有2个吹砂阀13和1个加砂阀门14。
射砂筒16的上方设有上压头15。
吹砂板20上的等压射嘴和射砂板18上的射嘴，等压射嘴21为多个圆形射嘴板，参见附图2和附图3，每个圆形射嘴板上分布有多个上大下小的射砂孔。
参见附图4，吹砂时，所述射砂机构上移，和芯盒之间构成吹砂位置，所述吹砂支撑筒19及吹砂板20位于吹砂位置；上压头15压紧射砂筒16并经整个射砂机构压紧在吹砂支撑筒19上，提供锁模力。定量芯砂由加砂阀门14加入，2个吹砂阀13打开，芯砂吹入芯盒10，吹砂量为砂芯质量的80～90%，完成吹砂时如图5所示。
参见附图6，射砂时，吹砂机构移出吹砂位置，射砂机构下移压紧在芯盒上。射砂阀（图中未示出）打开，芯砂射入芯盒，同时完成砂芯的紧实。射砂量一般为砂芯质量的10～20%，完成射砂，如图7所示。
为验证本实施例的方法，对不同容量的砂芯进行制芯试验，试验过程描述如下。
(1) 垂直射砂制芯试验
选用砂芯高度1.2米，采用垂直射砂，砂芯底部芯砂未射实；砂芯缺陷明显。
选用砂芯高度1米，采用垂直射砂，砂芯底部芯砂局部未射实，砂芯下部紧实，上部疏松，砂芯有缺陷。
选用砂芯高度0.8米，采用垂直射砂，砂芯接近均匀密实，砂芯上部有少量浮砂。
(2) 水平射砂制芯试验
选用大型砂芯：2.4米×2米×0.6米，砂芯质量：2000L（约2800kg），按厚度0.6米方向水平射砂试验，砂芯上平面达4.8平方米。
试验结果：砂芯下部紧实，上部疏松，上平面有大量浮砂，砂芯有缺陷明显。
(3) 先吹砂、后射砂的制芯方法试验
选用大型砂芯：2.4米× 2米×0.6米，砂芯质量：2000L（约2800kg），按高度2米方向垂直射砂试验，试验数据见下表。
  吹砂量（L) 吹砂压力(MPa) 吹砂时间(s) 射砂量(L) 射砂压力(MPa） 射砂时间（s)
第1轮 1600 0.1 62 400 0.4 10
第2轮 1700 0.1 68 300 0.4 8
第3轮 1800 0.1 78 200 0.4 6
第4轮 1600 0.15 48 400 0.45 10
第5轮 1700 0.15 52 300 0.45 8
第6轮 1800 0.15 58 200 0.45 6
第7轮 1600 0.2 32 400 0.5 10
第8轮 1700 0.2 35 300 0.5 8
第9轮 1800 0.2 39 200 0.5 5
试验表明：
采用垂直射砂方式制备大型砂芯，砂芯高度超过1米时，因气砂比原因造成砂芯下部紧实，上部疏松，砂芯不能均匀密实，砂芯缺陷明显。
采用水平射砂方式制备大型砂芯，砂芯上平面超过2平方米时，因气砂比原因造成上平面浮砂多，砂芯不能均匀密实，砂芯缺陷明显。
采用本发明的先吹砂、后射砂方式制备大型砂芯，吹砂方式能有效解决进入芯盒的气砂比，实现芯砂的有序填充，此时砂芯未完全紧实；射砂方式将填充芯盒余留芯砂，同时用高气压紧实砂芯，砂芯均匀密实。
分析试验数据，吹砂：等压射嘴在吹砂过程有效控制了进入芯盒的气砂比，吹砂量、吹砂压力与吹砂时间的数据接近于线性关系。射砂：不同高气压射砂，射砂时间接近一致。
结论：用传统的射砂方式制备大型砂芯，均存在技术上缺陷，而采用本实施例的先吹砂、后射砂方式制备大型砂芯，能有效解决技术缺陷，获得符合要求的大型砂芯。

Claims (9)

  1. 一种大型砂芯的制芯方法，其特征在于，包括以下步骤：
    (1) 提供一吹砂机构，所述吹砂机构底端与芯盒的顶部各入口配合，吹砂机构的顶端与射砂机构底端配合；吹砂机构具有移入至射砂机构和芯盒之间的吹砂位置及从该位置移出的自由度；吹砂机构具有侧向入砂结构；
    (2) 将射砂机构上移，吹砂机构移入吹砂位置，再将射砂机构下移压迫吹砂机构，使吹砂机构的底端压紧芯盒；
    (3) 吹砂：向吹砂机构中加砂并吹气，使芯砂进入芯盒，吹砂压力为0.1MPa～0.2MPa，吹砂量为砂芯质量的80～90%；
    (4) 射砂机构上移，吹砂机构移出吹砂位置，再将射砂机构下移并压紧芯盒；
    (5) 射砂：将剩余芯砂通过射砂机构射入芯盒，同时完成砂芯的紧实，射砂压力为0.4 MPa～0.5MPa；
    (6) 对砂芯进行吹气固化，完成制芯。
  2. 根据权利要求1所述的大型砂芯的制芯方法，其特征在于：在射砂机构的射砂筒上方设置一上压头，所述步骤(2)中，由上压头压紧射砂机构、射砂机构压紧吹砂机构、吹砂机构压紧芯盒提供锁模力，所述步骤(4)中，由上压头压紧射砂机构、射砂机构压紧芯盒提供锁模力。
  3. 根据权利要求1所述的大型砂芯的制芯方法，其特征在于：所述吹砂机构中，由吹砂支撑筒及吹砂支撑筒底部的吹砂板进入吹砂位置，吹砂板上设置等压射嘴，所述等压射嘴，吹砂时芯盒内部气压波动小于0.02MPa；射砂机构的射砂板上设置射嘴。
  4. 根据权利要求3所述的大型砂芯的制芯方法，其特征在于：吹砂时，从吹砂支撑筒的侧面引入芯砂和气流。
  5. 根据权利要求3所述的大型砂芯的制芯方法，其特征在于：所述等压射嘴为多个圆形射嘴板，每个圆形射嘴板上分布有多个上大下小的射砂孔。
  6. 一种大型砂芯的制芯装置，包括射砂机构，所述射砂机构具有上下运动的自由度，射砂机构主要由射砂筒、射头、射砂板和设置在射砂板上的多个射嘴构成，其特征在于：设有吹砂机构，所述吹砂机构包括吹砂支撑筒、吹砂板、设置在吹砂板上的多个等压射嘴、吹砂储存腔，所述吹砂储存腔位于吹砂支撑筒一侧并与吹砂支撑筒经侧壁连通，吹砂储存腔的顶部设有顶盖，由此构成吹气封闭腔，所述顶盖上连接有吹砂阀和加砂阀门；吹砂时，所述射砂机构上移，和芯盒之间构成吹砂位置，所述吹砂支撑筒及吹砂板位于吹砂位置；射砂时，吹砂机构移出吹砂位置，射砂机构下移压紧在芯盒上。
  7. 根据权利要求6所述的大型砂芯的制芯装置，其特征在于：设有上压头，所述上压头位于射砂机构的上方并具有上下运动的自由度，吹砂和射砂时，所述上压头压紧在射砂筒上。
  8. 根据权利要求6所述的大型砂芯的制芯装置，其特征在于：所述顶盖上设有2个吹砂阀和1个加砂阀门。
  9. 根据权利要求6所述的大型砂芯的制芯装置，其特征在于：所述等压射嘴为多个圆形射嘴板，每个圆形射嘴板上分布有多个上大下小的射砂孔。
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