专利名称：一种基于坎合结构的无模组装造型方法
技术领域：
本发明涉及一种大型砂型铸件的铸型成形方法，属于铸造及数控切削技术领域。
背景技术：
制造业已发展成为国民经济的重要组成部分，其工业增加值占国内生产总值的 36%，现居世界第四位。铸造业是制造业的重要组成部分，特别是大型铸件的制造是汽车、 石化、钢铁、电力、造船、纺织和装备制造等支柱产业的基础，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要标志。随着产品的多样化、个性化，单件、小批量铸件的需求越来越多，尤其在产品开发研制阶段，并要求生产周期短、更新速度快，传统的铸型制造方法难以满足单件小批量零件的快速制造。在我国，单件、小批量大型铸件的制造仍沿用传统的制造工艺，高质量关键铸件主要依赖进口，特别是大型铸件生产过程复杂，质量要求高。与工业发达国家相比，我国在大型铸件生产过程中存在生产工序多，生产周期长；手工操作，劳动强度大；铸件加工余量大，原材料消耗多；铸型制造工艺落后，铸件成品率低；缩松、缩孔、裂纹等缺陷多，焊补修复量大问题。传统铸型生产方法的不确定性和复杂性制约了其铸件尤其大型铸件生产。在大型铸件的造型方法上，国内普遍利用木模进行地坑造型。该造型方法不仅造型时间长，而且木模成本高，重复利用率低，铸造精度低，机械性能差，不能用于复杂型面的造型。通常木模的造型周期为一个月，一套木模的使用寿命是最多制造8件铸件(中间可能还要有一次模型修理)。有时只需制造一件或两件铸件时，也必须制造一套木模，这样不仅延长了铸件的制造周期，也造成了大量优质木材的浪费。利用木模造型生产的铸件浇注冷却后还需要对其进行大量的精整工作，增加了成本，延长了铸件的制造周期，因此急需新的造型方法来改善目前的现状。组芯造型法也可以用于大型铸件铸型的成形。该方法通过手工或机器制芯方法制得砂芯后将其组装，置于砂坑中进行埋砂造型。该种造型方法不仅减少了工装木模制作的工作量，提高了安全可靠性，明显减低铸件开型、落砂之难度。但是该方法造型效率低、占地面积大，适于大批量铸件的生产制造，且对型砂质量要求高，新砂用量大，从而导致其造型成本偏高，不适于单件、小批量大型铸件的制造。同时，在现有的组芯造型技术中，砂芯之间的组合是靠砂芯之间的定位点定位并使用粘结剂粘合，容易出现定位不准确，粘合不牢固的现象。砂块与砂块间的组合采用砂胎，即凸凹的结构形式简单定位的，容易出现错位现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是为单件、小批量的大型铸件铸型的制造提供一种快速的方法，即基于坎合结构的无模组装造型方法，旨在提高大型铸件铸型的制造速度和精度，防止出现砂块错位，缩短铸件的生产周期，节省成本，实现大型铸件的无模组装过程。
本发明的技术方案如下一种基于坎合结构的无模组装造型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a)根据铸型特点，对CAD模型进行分块设计；b)针对分块砂块的定位特点，设计分块装配面凹凸坎合结构及装配方式；c)准备被加工砂块，可以在砂块中预埋紧固件；d)进行分块砂块形状以及表面坎合结构的加工；e)将分块砂块进行组装，砂块间靠加工的坎合结构相对固定，并可以根据需要采用型芯粘接剂来连接；f)整体砂型的外围固定并施加预紧力，完成砂型组装。所述坎合结构涉及多峰结构，包括矩形、三角形等锯齿形式，形状的宽度为 5-10mm，坎合结构的加工精度误差为士0. 5mm。所述外围固定并施加预紧力的方式，可采用平板在多个方面进行压紧，压紧力大小利用板间螺栓调节或者预埋入砂型中的螺栓调节，也可以由外加的汽缸为平板提供压力。所述分块设计，其特征在于，所述铸型的CAD设计有别于传统的铸造工艺设计，如简化砂芯，将砂芯与砂型作为整体来设计；分块的砂块之间的分型面可以是水平面、垂直面、阶梯面或者是圆弧面等。本发明与现有技术相比，具有以下优点1)实现了铸型的数字化设计与加工制造的一体化，提高了铸型的精度。2)在该方法中，铸型直接由数控机床加工而成，省去了模样制造工序，缩短了整个铸件的生产周期，提高了生产效率。同时节约了大量用于模样制作的木材。 3)与传统铸造工艺设计过程相比，铸型分块更加灵活，机械加工余量小，节省了大
量金属液。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明图1为用于固定组装砂型的装卡装置图2为三角形的锯齿坎合结构图3为矩形状的坎合结构图4为组装砂型的示意图附图标记1-外围夹紧螺栓 2-外围锁紧螺母 3-可调整的定位块4-定位块的锁紧螺母5-调整压板一 6-调整压板二
具体实施例方式根据铸件结构特点，进行浇注系统、冒口、排气孔、冷铁等铸造工艺方面的设计，建立铸型的CAD模型，并根据铸型特点对CAD模型进行分块设计，确定分块砂块的数量及分块的形式等。分块砂块之间的结合面可以是水平方向也可以是垂直方向。针对分块砂块的定位特点，将整个砂型分为4个部分(如图4)，其中，砂块与砂块之间的连接采用凹凸坎合结构形式，如图4中的I及II放大图；其余两个连接面分别采用斜面和阶梯的装配形式。并确定整个铸型的组装。对分块砂块进行虚拟组装，进行铸型整体关联的三维设计，对组型、下芯过程进行虚拟组装。如果虚拟装配中，出现干涉现象，需要重新调整铸型的分块及组装方式，再反复进行铸造工艺的CAE模拟实验，最终确定合适铸型分块模式和定位形式以及铸型、型芯的结构。根据铸件特点，混制单块砂块并在混制过程中可以预埋紧固件，作为单块砂块装配使用。根据分块砂块的结构特点，对于轮廓结构简单的砂型，采用专用数控切削设备进行加工；形状较复杂的砂型(芯)采用快速原型的方法进行加工制造或其二者的结合。对分块砂块进行整体组装的过程中，根据原来的CAD模型分块设计进行加工好的砂块组装，并通过装配面间的坎合结构进行相对固定。同时，采用装卡装置在组合好的整体砂型外围施加预紧力如图4箭头方向所示，进一步防止砂块间的相对错动，完成整个铸型的组装；根据组装铸型的特点，可以采用粘结剂对某些配合的局部位置或者坎合面进行粘接。以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，进行其他实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于坎合结构的无模组装造型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a)根据铸型特点，对CAD模型进行分块设计；b)针对分块砂块的定位特点，设计分块装配面凹凸坎合结构及装配方式；c)准备被加工砂块，可在砂块中预埋紧固件；d)进行分块砂块形状以及表面坎合结构的加工；e)将分块砂块进行组装，砂块间靠加工的坎合结构相对固定，并可以根据需要采用型芯粘接剂来连接；f)整体砂型的外围固定并施加预紧力，完成砂型组装。
2.根据权利要求1所述的一种基于坎合结构的无模组装造型方法，其特征在于，所述坎合结构涉及多峰结构，包括矩形、三角形等锯齿形式，形状的宽度为5-10mm，坎合结构的加工精度误差为士0. 5mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于坎合结构的无模组装造型方法，其特征在于，所述外围固定并施加预紧力的方式，可采用平板在多个方面进行压紧，压紧力大小利用板间螺栓调节或者预埋入砂型中的螺栓调节，也可以由外加的汽缸为平板提供压力。
4.根据权利要求1所述的一种基于坎合结构的无模组装造型方法，其特征在于，所述分块设计，其特征在于，所述铸型的CAD设计有别于传统的铸造工艺设计，如简化砂芯，将砂芯与砂型作为整体来设计；分块的砂块之间的分型面可以是水平面、垂直面、阶梯面或者是圆弧面等。
全文摘要
一种基于坎合结构的无模组装造型方法，属于铸造及数控切削技术领域。该方法首先是根据铸型特点，对CAD模型进行分块设计并针对分块砂块的定位特点，在装配面设计出凹凸坎合结构，确定整个砂型的装配方式；准备被加工砂块，并分块加工；将装配面具有坎合结构的砂块进行组装，砂块间可以采用型芯粘接剂来连接；整体砂型的外围固定并施加预紧力，完成砂型组装。该方法省去传统铸造模样，并根据坎合原理，将分块砂块组装成大型铸件的铸型。该方法能够快速实现砂块的组装，防止砂块分块之间发生错位。
文档编号B22C9/20GK102198487SQ20101015060
公开日2011年9月28日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者刘丰, 单忠德, 董晓丽 申请人:机械科学研究总院先进制造技术研究中心