CN107350429A - 一种混合子母组芯造型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合子母组芯造型工艺，将3D打印造型和混砂造型工艺相结合，将靠近产品部分结构特征较多的部分采用3D打印，其他结构特征较少的部分采用传统混砂造型工艺方法，从而形成母芯和子芯配合使用的装配式的砂型模具，在原有3D打印造型技术的优势下，引入传统混砂机生产工艺，将两种造型工艺相结合，进而降低了原材料成本和设备投入成本，同时将带出铸件的砂型部分与带出浇注系统、增加强度的吃砂量进行字母分芯组合，为以后多工艺结合扩展了思路；增加了单个砂箱中铸件的数量，提高了砂箱利用率和生产效率，同时降低了对人工依赖性，降低了3D打印原材料成本和设备折旧，同时避免了铁水的浪费，达到了降本增效的目的。

Description

一种混合子母组芯造型工艺

技术领域

本发明涉及及铸造技术领域，特别是涉及一种混合子母组芯造型工艺。

背景技术

以铁路机车的重要零部件调-40泵体为例，其材质为HT200，轮廓尺寸163mm×149mm×113mm，质量为5.3Kg，属于灰铁小件产品。因为属于小件产品，铸件型腔较小，其中需要铸出油管内腔直径只有15mm，砂芯要求较高，以往传统工艺常采用桐油砂做内腔芯且添加芯骨，树脂砂做外型的多种配砂混合使用的工艺；由于需单独下内腔芯，传统工艺常采用平铸平浇的方式，砂箱中铸件数量较少，并且得由手工造型经验丰富的铸工才能完成。这种方法对人工依赖性大，砂铁比高，生产效率低。

采用3D打印造型技术，可以将原有小内腔芯由外模型带出实现并模块化造型，实现无模整体造型；再加上串联浇注的工艺，能在一个砂箱中实现多件浇注，增加生产效率。但是用3D打印造型技术直接进行整块打印，不仅需要打印出带出铸件的砂型，而且也必须打出额外的吃砂量保证砂型强度，由于3D打印的型砂、树脂、固化剂等原材料价格要比传统混砂机造型的原材料价格高很多，因此难以降低生产的成本；同时整块打印砂芯，由于铸件内腔砂芯直径较小，且3D打印造型不能添加芯骨增强砂芯强度，因此在砂芯组芯和转运过程中难免损坏串浇模块砂芯中的个别铸件内腔型，不能更换也不能修补，只能接着浇注，从而造成铁水的浪费，进而增加了废品率，进一步增加了成本，３Ｄ打印串浇的优势也受到了削弱。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中存在的上述问题，提出一种混合子母组芯造型工艺，在原有3D打印造型技术的优势下，引入传统混砂机生产工艺，将两种造型工艺相结合，进而降低了原材料成本和设备投入成本，同时将带出铸件的砂型部分与带出浇注系统、增加强度的吃砂量进行字母分芯组合，为以后多工艺结合扩展了思路；增加了单个砂箱中铸件的数量，提高了砂箱利用率和生产效率，同时降低了对人工依赖性，降低了3D打印原材料成本和设备折旧，同时避免了铁水的浪费，达到了降本增效的目的。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种混合子母组芯造型工艺，将3D打印造型和混砂造型工艺相结合，将靠近产品部分结构特征较多的部分采用3D打印，其他结构特征较少的部分采用传统混砂造型工艺方法，从而形成母芯和子芯配合使用的装配式的砂型模具，具体包括以下步骤：

S1: 产品三维模型的建立：根据铸件的二维图纸要求用三维建模软件建立正确的三维产品模型；

S2:浇注工艺方案的确定：采用串联浇注方案，并呈多层多排矩阵式排布；

S3: 三维铸造工艺图的设计：在三维建模软件中根据S2步骤中的排布方式绘制图形，并且绘制出相应浇注系统和冒口，应用铸造模拟软件对所设计的工艺进行充型和凝固模拟，验证合格后即为设计的三维串联浇注铸造工艺图；

S4: 母芯的设计和切分：三维建模软件里绘制一个简单的砂坯覆盖三维铸造工艺图，将三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯逆向切割成一个整体的砂型，将砂坯切割成完整随形的铸型，尽量减少吃砂量，使整体砂芯满足工艺规范的砂铁比，根据步骤S2中的工艺方案进行浇注系统进行模块化切分；所述切分过程为：首先沿所确定的浇注系统横浇道上顶面和铸件的层数中间分别切分整体砂芯，将整体砂芯切分成若干块大的模块砂型，所述大的模块砂芯作为最初的母芯；然后将带有铸件的两块母芯沿铸件型腔周边进行切分，切分下来的若干小砂芯即为子芯，子芯与母芯接触面应有一定锥度，且切分出一个斜角面作为组芯定位面，子芯与母芯之间留型芯间隙；

S5：子芯的设计和切分：将子芯进行切分，沿所确定的分型面分别切分整体砂芯，然后对于被分型面所切分开的内腔砂芯应重新分割合并到与具有和内腔芯相连根部支点的外型上，切分成的两块子芯部分接触面应做成凹凸接触以便两部分组合固定；

S6:子芯和母芯的生产：对于子芯用3D打印直接生产，对于母芯则添加拔模斜度制作相应的木模用混砂机进行生产；

S7:模具制作和产品生产：根据设计好的工艺，制作模具、造型、清砂、施涂、烘干工序，然后对子母砂芯进行组芯，并进行芯包紧固，放入砂箱中覆盖干砂即可浇注。

本发明的一种混合子母组芯造型工艺，所述步骤S3中采用底入式浇注系统，根据浇道截面积比例选为开放式浇注系统；冒口采用一般出气冒口，冒口与直浇道截面比大于2以保证出气效果；

本发明的一种混合子母组芯造型工艺，所述步骤S4中，三维铸造工艺图的吃砂量保持在70mm以上。

本发明的一种混合子母组芯造型工艺，所述步骤S4中带有铸件的两块母芯沿铸件型腔周边切分吃砂量30mm。

本发明的一种混合子母组芯造型工艺，所述步骤S4中组芯定位面处子芯与母芯之间型芯间隙为1mm。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：提出一种混合子母组芯造型工艺，在原有3D打印造型技术的优势下，引入传统混砂机生产工艺，将两种造型工艺相结合，进而降低了原材料成本和设备投入成本，同时将带出铸件的砂型部分与带出浇注系统、增加强度的吃砂量进行字母分芯组合，为以后多工艺结合扩展了思路；增加了单个砂箱中铸件的数量，提高了砂箱利用率和生产效率，同时降低了对人工依赖性，降低了3D打印原材料成本和设备折旧，同时避免了铁水的浪费，达到了降本增效的目的。

附图说明

图1是本发明实施例中待加工产品示意图；

图2是本发明实施例中铸造工艺图；

图3是本发明实施例中由三维铸造工艺图逆求出的整体砂芯图；

图4是本发明实施例中切分完毕的砂芯示意图；

图5是本发明实施例中子芯示意图；

图6是本发明实施例中完成组芯的芯包示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-6为本发明一种混合子母组芯造型工艺的实施例，其可以适应众多复杂小件产品快速成型中的铸造方法，具体步骤如下：建立三维产品模型，根据铸件的二维图纸要求用三维建模软件建立正确的三维产品模型，如果图1中泵体

2）确定工艺方案，因为是小件，质量较轻，因而为了提高工艺出品率，同时降低砂铁比，采用的串联浇注工艺方案，具体方案为：选取泵体铸件5在砂箱中有底座平面朝下放置，金属液从底部注入型腔；选取泵体底座和油道端面的筋板中间线为分型面1，根据砂箱的空间尺寸大小和预留的吃砂量尽来确定铸件数量，此方案定为１２件；铸件分两层6件一排共5排呈矩阵式排布。

3）设计三维铸造工艺图，由于采用的是双层串联的浇注方案，压头较大，应保证充型平稳，减小对型腔的冲刷力，故采取底入式浇注系统，按浇道截面积比例选为开放式浇注系统；冒口采用一般出气冒口6，冒口与直浇道2截面比应大于2以保证出气效果，其余除与模具相关的参数无需设计外，其余相关工艺参数按照传统铸造工艺设计流程设计即可，并在三维建模软件中绘制出相应浇注系统和冒口，所述浇注系统包括直浇道2、横浇道3和内浇道4，应用铸造模拟软件对所设计的工艺进行充型和凝固模拟，验证合格后即为设计的三维串联浇注铸造工艺图，如图2所示。4）母芯的设计和切分。在三维建模软件里绘制一个简单的砂坯覆盖三维铸造工艺，将三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯逆向切割成一个整体的砂型如图3所示，三维铸造工艺图的吃砂量保持在70mm以上，将砂坯切割成完整随形的铸型，尽量减少吃砂量，使整体砂芯满足工艺规范的砂铁比。按工艺方案确定的浇注系统进行模块化切分，具体切分过程为：首先沿所确定的浇注系统横浇道3上顶面和铸件的层数中间分别切分整体砂芯，将整体砂芯切分成四块大的模块砂型，这4块大的模块砂芯作为最初的母芯8；然后将带有铸件的两块母芯沿铸件型腔周边30mm吃砂量进行切分，切分下来的12块小砂芯即为子芯7，子芯7与母芯8接触面应有一定锥度，且切分出一个斜角面作为子母组芯定位斜面10，子芯7与母芯8之间留1mm型芯间隙如图4所示，5）子芯7的设计和切分。对12块子芯7进行切分，沿所确定的分型面分别切分整体砂芯，然后对于被分型面所切分开的内腔砂芯应重新分割合并到与具有和内腔芯相连根部支点的外型上，特别是弯管状的泵体油管砂芯9，应切分出相应砂芯支点部分保证其强度，切分成的两块子芯7部分接触面应做成凹凸接触以便两部分组合固定，如图5所示，6）打印生产。对于子芯7用3D打印直接生产，对于母芯8则添加拔模斜度制作相应的木模用混砂机进行生产，由于母芯结构简单，所需的成本和制作周期也比较容易控制。

7）对于设计好的工艺交由生产部门负责制作模具、造型、清砂、施涂、烘干等工序，最后对字母砂芯进行组芯，并用螺杆进行芯包紧固，放入砂箱中覆盖干砂即可浇注。

通过在3D打印铸造工艺中运用串联浇注的工艺方式，与树脂混砂机造型相结合，与以往工艺相比，减少了了3D打印原材料用量，同时减少了设备投入和生产成本；增加了砂箱中的铸件数量,从一箱4件增加到一箱12件，提高砂箱利用率和生产效率；降低人工的技能要求，便于实现批量生产；对于类似泵体的产品，如摇臂轴座、阀体等内燃机车铸件，只需子芯更换打印，母芯可以借用，这样固化了工艺，便于质量控制，同时降低了类似产品的研发成本，最终达到了降本增效的有益效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种混合子母组芯造型工艺，其特征在于，将3D打印造型和混砂造型工艺相结合，将靠近产品部分结构特征较多的部分采用3D打印，其他结构特征较少的部分采用传统混砂造型工艺方法，从而形成母芯和子芯配合使用的装配式的砂型模具，具体包括以下步骤：

S1: 产品三维模型的建立：根据铸件的二维图纸要求用三维建模软件建立正确的三维产品模型；

S2:浇注工艺方案的确定：采用串联浇注方案，并呈多层多排矩阵式排布；

S3: 三维铸造工艺图的设计：在三维建模软件中根据S2步骤中的排布方式绘制图形，并且绘制出相应浇注系统和冒口，应用铸造模拟软件对所设计的工艺进行充型和凝固模拟，验证合格后即为设计的三维串联浇注铸造工艺图；

S4: 母芯的设计和切分：三维建模软件里绘制一个简单的砂坯覆盖三维铸造工艺图，将三维铸造工艺图作为刀具，将砂坯逆向切割成一个整体的砂型，将砂坯切割成完整随形的铸型，尽量减少吃砂量，使整体砂芯满足工艺规范的砂铁比，根据步骤S2中的工艺方案进行浇注系统进行模块化切分；所述切分过程为：首先沿所确定的浇注系统横浇道上顶面和铸件的层数中间分别切分整体砂芯，将整体砂芯切分成若干块大的模块砂型，所述大的模块砂芯作为最初的母芯；然后将带有铸件的两块母芯沿铸件型腔周边进行切分，切分下来的若干小砂芯即为子芯，子芯与母芯接触面应有一定锥度，且切分出一个斜角面作为组芯定位面，子芯与母芯之间留型芯间隙；

S5：子芯的设计和切分：将子芯进行切分，沿所确定的分型面分别切分整体砂芯，然后对于被分型面所切分开的内腔砂芯应重新分割合并到与具有和内腔芯相连根部支点的外型上，切分成的两块子芯部分接触面应做成凹凸接触以便两部分组合固定；

S6:子芯和母芯的生产：对于子芯用3D打印直接生产，对于母芯则添加拔模斜度制作相应的木模用混砂机进行生产；

S7:模具制作和产品生产：根据设计好的工艺，制作模具、造型、清砂、施涂、烘干工序，然后对子母砂芯进行组芯，并进行芯包紧固，放入砂箱中覆盖干砂即可浇注。

2.根据权利要求1所述的一种混合子母组芯造型工艺，其特征在于：所述步骤S3中采用底入式浇注系统，根据浇道截面积比例选为开放式浇注系统；冒口采用一般出气冒口，冒口与直浇道截面比大于2以保证出气效果。

3.根据权利要求1所述的一种混合子母组芯造型工艺，其特征在于：所述步骤S4中，三维铸造工艺图的吃砂量保持在70mm以上。

4.根据权利要求1所述的一种混合子母组芯造型工艺，其特征在于：所述步骤S4中带有铸件的两块母芯沿铸件型腔周边切分吃砂量30mm。

5.根据权利要求1所述的一种混合子母组芯造型工艺，其特征在于：所述步骤S4中组芯定位面处子芯与母芯之间型芯间隙为1mm。