一种车用箱体的砂芯安装结构及其安装方法与流程

本发明涉及砂芯制造技术领域，更具体的是涉及一种车用箱体的砂芯安装结构及其安装方法。

背景技术：

随着世界各国针对汽车尾气的排放控制越来越严格，现车用尾气处理箱体铸造升级是必然产物。由于市场车用发动机效率及动力性要求较高，公司在研发铸造车用尾气处理箱体时，着重改善金属液体在型腔内流动性，且不断对充型材料、金属模具以及砂芯进行改进，定制车用铸造专用设备。

经研发，车用尾气处理箱体采用半砂型低压铸造工艺，砂芯是铸造生产中用于制造型芯的材料，由铸造砂、型砂粘结剂等组成；芯砂按所用粘结剂不同分为粘土芯砂、水玻璃芯砂、油芯砂、合脂芯砂、树脂芯砂等。现车用尾气处理箱体采用发气量较低的树脂砂，但箱体模具结构复杂，且三个型腔相对独立、不能相互渗水，产品一次性铸造成型难度大。由于车用尾气处理箱体结构复杂，采用一体式砂芯设计难以达到产品设计精度；若将砂芯设计为分块式，可方便砂芯成型后开裂。

鉴于以上研究，本领域技术人员在分块式砂芯组装中遇到以下技术难点：一方面部分砂芯件(例如水道砂芯和小水道砂芯)结构复杂细长，在合模的过程中容易出现砂芯断裂、蹿位、偏移等情况；另一方面，砂芯重量约为箱体铸件重量的3倍，各砂芯相互独立，砂芯产气量大，铸件过程中分块式砂芯结构产生的气体若不能及时顺畅排出，容易导致铸件组织疏松以及不同部位存在不同程度的缩孔，形成铸件气孔、欠铸或轮廓不清晰等缺陷。

技术实现要素：

为了解决现有分块式砂芯结构定位不稳定，且在组装后容易出现砂芯断裂、蹿位、偏移等情况，本发明的目的在于提供一种车用箱体的砂芯安装结构及其安装方法，可有效提高砂芯定位安装的稳定性且完善分块式砂芯结构在铸造过程中的排气效果。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种车用箱体的砂芯安装结构，包括箱体模具的上模、前侧模、后侧模、左侧模、右侧模、下模以及设置在下模上的金属底座，所述金属底座上设有分流孔，砂芯结构包括主砂芯、水道砂芯、小水道砂芯、十字砂芯和搭子砂芯，所述小水道砂芯的下端设有弯折部，且小水道砂芯的上端设有轴向截面呈梯形状的第一芯头凸起，所述主砂芯上设有与第一芯头凸起对应配合的第一嵌入槽，在小水道砂芯上正对于第一芯头凸台的一侧设有锥盲孔，所述左侧模上设有与锥盲孔对应配合的销孔；所述水道砂芯的上端设有底面呈长方形的第二芯头凸起，所述主砂芯上设有与第二芯头凸起配合的第二嵌入槽，所述金属底座上设有供水道砂芯插入的凹部，所述主砂芯内设有与上模排气通道连通的空腔。

优选方案，所述水道砂芯的上端设有两个沿上模方向垂直延伸的排气芯头，两个所述排气芯头与上模内的排气通道连通。一方面排气芯头在可铸件过程中将水道砂芯产生的气体迅速引出型腔，即使水道砂芯在金属液体溢满型腔后仍然在产生气体，也不会导致模具型腔内存在大量窝气而影响铸件成型质量的问题；且水道砂芯与上模间的型腔正是箱体法兰盘成型腔室，排气芯头延伸的位置可对应箱体法兰盘预留攻丝孔设置，从而排气芯头设置不仅可提高砂芯排气效果，使得成型箱体顶部的法兰盘结构紧凑，后期攻丝螺纹丝牙饱满；且可有效减少箱体法兰盘后期钻孔工序，便于攻丝，提高箱体加工质量的同时可有效提高箱体加工效率，该结构设计巧妙合理；另一方面，上模上对应设有与排气芯头连通的排气通道，在合模过程中可用于检测主砂芯是否定位准确，提高砂芯结构的定位稳定性。

优选方案，在所述水道砂芯与主砂芯配合的第二芯头凸台上开设两个直径为12mm的排气孔。排气孔的设置可将水道砂芯内的气体沿气体蔓延方向引入至主砂芯内，其排气面积相对较大，进一步优化水道砂芯排气效果。

一种上述车用箱体砂芯安装结构的安装方法，具体安装步骤如下：

步骤(a)：利用砂芯粘接剂将小水道砂芯下端的弯折部粘接在主砂芯上进行定位；且利用小水道砂芯上端的第一芯头凸台插入主砂芯上端的第一嵌入槽内进行定位；定位后，小水道砂芯芯身与主砂芯之间的距离为5mm；

步骤(b)：将后侧模在下模上进行滑动合模，合后侧模后在金属底座上安装搭子砂芯；

步骤(c)：将十字砂芯搭接在分流孔内并与分流孔间形成大小均匀的金属液溢流间隙；

步骤(d)：将步骤(a)中与小水道砂芯粘接好的主砂芯放置于十字砂芯上，将主砂芯置于分流孔中心；

步骤(e)：将水道砂芯的下端插入金属底座的凹部内，并将水道砂芯上端的第二芯头凸台插入主砂芯上端的第二嵌入槽内，使得水道砂芯与主砂芯以及金属底座定位稳定，定位后，水道砂芯芯身与主砂芯之间的距离为5mm；

步骤(f)：合模，合模的顺序为：前侧模-左侧模和右侧模-上模，再利用插销沿左侧模上的销孔插入小水道砂芯的锥盲孔内，对小水道砂芯与箱体左侧模进行定位。

本发明基础方案的工作原理为：应用上述砂芯安装方法安装车用箱体砂芯结构，由于分块式砂芯结构中水道砂芯以及小水道砂芯结构复杂细长，即使其下端定位稳定，上端也容易在合模过程中出现断裂、蹿位、偏移的情况；而在小水道砂芯与水道砂芯的上端分别设置有与主砂芯上端第一嵌入槽和第二嵌入槽对应配合的第一芯头凸起和第二芯头凸起，通过第一芯头凸起和第二芯头凸起分别插入第一嵌入槽和第二嵌入槽内，一方面可使得小水道砂芯和水道砂芯与主砂芯相互支撑稳定、定位可靠，保持砂芯芯身与主砂芯间距为5mm；另一方面可有效将小水道砂芯、水道砂芯与主砂芯连通，将小水道砂芯和水道砂芯产生的气体引入主砂芯内，并通过中空设置的主砂芯排出模具铸件型腔，排气效果好。

关键分块式砂芯结构在安装过程中采用嵌入式和砂芯粘接剂组装，主砂芯在金属底座上定位前将小水道砂芯与水道砂芯定位稳定，安装过程结构简单，定位便捷；而将搭子砂芯定位在金属底座前进行合后侧模，后侧模可对搭子砂芯形成可靠侧向定位；进而再将与小水道砂芯粘接好的主砂芯搭接在分流孔内的十字砂芯上，按照该顺序进行砂芯结构组装，可便捷地将砂芯结构准确地安装在铸件模具内，最后将水道砂芯对应安装在主砂芯和金属底座上，发挥水道砂芯与主砂芯高精度接近并能够达到将主砂芯准确地安装在金属底座上的实用效果，有效提高砂芯定位的稳定性，防止在合模的过程中容易出现砂芯断裂、蹿位、偏移等情况。

优选方案，所述步骤(f)中合模包括两次合模，具体步骤如下：(1)第一次合模是按顺序进行前侧模-左侧模和右侧模合模，左侧模预留3-5mm间隙，用于观察砂芯结构是否产生移位/箱体模具是否合模到位，合模到位后再利用插销沿左侧模上的销孔插入小水道砂芯的锥盲孔内，利用预留间隙确认插入位置是否准确，检查所有砂芯是否断裂、蹿位、偏移；(2)确认合模准确且所有砂芯未发生断裂、蹿位、偏移，再按顺序将上模下滑合模-左侧模完全合模。在第一次合模后左侧模的预留间隙可观察沿左侧模销孔插入的插销是否对应插入小水道砂芯的锥盲孔内，一方面用于检测砂芯是否发生蹿位或偏移，保持砂芯结构定位的稳定性；另一方面通过插销可有效保持小水道砂芯与箱体模具定位的稳定性，进而保持将砂芯整体结构准确地安装于模具内等优越的实用效果。通过两次合模可便捷地确认插销插入小水道砂芯的位置是否准备，确保小水道砂芯不会发生断裂，也可确认砂芯结构未发生蹿位、偏移等情况后再进行完全合模，此关键步骤可有效保证砂芯结构在合模过程中不会发生破损以及确保砂芯结构与模具间定位的准确性，进而保证箱体铸件的正品率，从而降低箱体铸造过程中砂芯以及箱体铸件的制造成本。

优选方案，步骤(a)中所述第一芯头凸台的高度为19mm，而所述第一嵌入槽的深度为14mm。从而第一芯头凸台与第一嵌入槽底部相接触时可有效保证小水道砂芯上端与主砂芯间间距为5mm，主砂芯空腔固化层深度在15-20mm，此结构设计是根据车用尾气处理箱体设计，可保证第一芯头凸台插入主砂芯内的安装状态更加稳定，也可使得小水道砂芯产生的气体可顺利引入主砂芯空腔内进行排气，完善小水道砂芯的排气效果。

优选方案，步骤(a)中所述小水道砂芯上下两端与主砂芯之间的定位距离为340mm。

优选方案，步骤(a)中所述砂芯粘接剂为树脂粘接剂。利用树脂粘接剂粘接后的小水道砂芯与主砂芯连接部位表面光洁，强度较大，且在铸件过程中不会产生有害物质，安全环保。

如上所述，本发明相对现有技术的有益效果如下：

1.本发明结合箱体分体式砂芯结构具有细长复杂的结构特点，采用该砂芯安装方法，可使得结构复杂的砂芯结构组装快捷且定位准确；分块式砂芯件依次组装在金属底座上，组装过程中不容易发生联动错位，组装后的砂芯结构强度得到保证，减少合模过程中砂芯整体的报废率。

2.本发明小水道砂芯和水道砂芯的上端分别通过第一芯头凸起和第二芯头凸起插入主砂芯的第一嵌入槽和第二嵌入槽内进行定位，一方面用以支撑小水道砂芯与水道砂芯的上端与主砂芯进行定位，精确控制小水道砂芯和水道砂芯的芯身与主砂芯之间的间距，保证成型铸件的设计精度，提高成型铸件正品率；另一方面用以将小水道砂芯和水道砂芯分别与主砂芯连通，将小水道砂芯和水道砂芯产生的气体引入主砂芯内进行排放，排气效果好；而第一芯头凸起和第二芯头凸起的设计也代替了传统使用粘结剂的设计方式，提高砂芯排气效果的同时也可使得铸件成型后砂芯的溃散性更好。

3.本发明先组装小水道砂芯与主砂芯，并采用嵌入式和砂芯粘接剂结合的方式进行组装，两个单一砂芯件的组装简单便捷，可有效发挥水道砂芯与主砂芯高精度接近定位效果；而本发明采用最后将水道砂芯组装在主砂芯与金属底座上，可发挥水道砂芯与主砂芯高精度接近并能够达到将主砂芯准确地安装在金属底座上的实用效果，有利于提高整个砂芯定位的稳定性，避免在合模的过程中容易出现砂芯断裂、蹿位、偏移等情况。

4.本发明安装方法具有两次合模，一方面用于检测砂芯是否发生蹿位或偏移，保持砂芯结构定位的稳定性；另一方面通过插销可有效保持小水道砂芯与箱体模具定位的稳定性，进而保持将砂芯整体结构准确地安装于模具内等优越的实用效果；通过两次合模可确保小水道砂芯在合模后不会发生断裂，也可确认砂芯结构未发生蹿位、偏移等情况后再进行完全合模，此关键步骤可有效保证砂芯结构在合模过程中不会发生破损以及确保砂芯结构与模具间定位的准确性，进而保证箱体铸件的正品率，从而降低箱体铸造过程中砂芯以及箱体铸件的制造成本。

附图说明

图1是本发明一种车用箱体的砂芯安装结构中砂芯结构组装示意图；

图2是图1的爆炸示意图；

图3是本发明一种车用箱体的砂芯安装结构合模的正视剖视图；

图4是本发明一种车用箱体的砂芯安装结构合模的侧视剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：1-上模、2-前侧模、3-后侧模、4-左侧模、5-右侧模、6-下模、7-金属底座、8-分流孔、9-主砂芯、10-水道砂芯、101-第二芯头凸起、11-小水道砂芯、111-弯折部、112-第一芯头凸起、12-十字砂芯、13-搭子砂芯、14-凹部、15-排气芯头、16-排气孔、17-锥盲孔、18-销孔、19-排气通道、22-插销。

实施例1

请参考图1至图4所示，本实施例提供一种车用箱体的砂芯安装结构，包括箱体模具的上模1、前侧模2、后侧模3、左侧模4、右侧模5、下模6以及设置在下模6上的金属底座7，金属底座7上设有分流孔8，金属底座7的材质为耐高温高压金属件，优选为h13模具钢，其结构强度高，可稳定支撑其他砂型件，相对传统砂型底座具有更好的支撑稳定性，且不容易受铝水长时间高温冲刷导致底座砂易脱落的情况。

请结合图1和图2所示，砂芯结构包括主砂芯9、水道砂芯10、小水道砂芯11、十字砂芯12和搭子砂芯13，小水道砂芯11的下端设有弯折部111，用以嵌入主砂芯9下端，用以支撑小水道砂芯11下端与主砂芯9进行定位；且小水道砂芯11的上端设有第一芯头凸起112，主砂芯9上设有与第一芯头凸起112对应配合的第一嵌入槽，在小水道砂芯11上正对于第一芯头凸台的左侧设有锥盲孔17，左侧模4上设有与锥盲孔17对应配合的销孔18；用以合模后通过插销22插入锥盲孔17内，便于支撑小水道砂芯11上端与金属模具进行定位；且在锥盲孔17的底部设有金属型限位块，避免插销22插入锥盲孔17内与锥盲孔17底部产生摩擦掉砂的现象，进行产生定位松动影响产品质量。为便于小水道砂芯11第一芯头凸起112下芯操作，将第一芯头凸起112的轴向截面设计成梯形状，且第一芯头凸起112横截面的直径沿其插入主砂芯9一侧逐步递减，不仅便于下芯定位精度高，且不存在棱角棱边的结构，不易磕碰掉砂，实用性好。

在十字砂芯12搭接在分流孔8上端，在十字砂芯12的上端设有圆形凸台，主砂芯9的底部设有与圆形凸台配合的凹槽，十字砂芯12通过圆形凸台插入主砂芯9的凹槽内与其进行定位。

水道砂芯10的上端设有底面呈长方形的第二芯头凸起101，主砂芯9上设有与第二芯头凸起101配合的第二嵌入槽，金属底座7上设有供水道砂芯10插入的凹部14，用以对水道砂芯10下端进行定位，水道砂芯10芯身上端通过第二芯头凸起101插入主砂芯9的第二嵌入槽内进行定位，第二芯头凸起101沿水道砂芯10芯身呈垂直弯折状，垂直弯折的第二芯头凸起101为底面呈长方形的凸台结构。

水道砂芯10的上端设有两个沿上模1方向垂直延伸的排气芯头15，两个排气芯头15与上模1内的排气通道19连通，排气芯头15的设计有效针对铸件型腔顶部箱体法兰盘的特殊结构设计，可有效将水道砂芯10产生的气体迅速引出型腔，即使充型完成后也可达到迅速排气的效果，进一步优化铸件腔体排气系统。且两个排气芯头15与铸件型腔内待成型的箱体法兰盘预留攻丝工艺孔的位置相对应，且每个排气芯头15均为圆柱状，且排气芯头15的尺寸与箱体法兰盘的螺纹孔的尺寸相适配，进而排气芯头15的设计不仅可有效避免铸件型腔顶部箱体法兰盘的特殊结构设计导致上模1排气通道19排气效果差的问题，反而可有效地在成型的法兰盘上直接形成与箱体法兰盘的螺纹孔的尺寸相适配的预留攻丝工艺孔，可有效减少箱体法兰盘后期钻孔工序，便于攻丝，提高箱体加工质量的同时可有效提高箱体加工效率，该结构设计巧妙合理。

更重要的是，上模1上对应设有与排气芯头15连通的排气通道19，在合模过程中可用于检测主砂芯9是否定位准确，提高砂芯结构的定位稳定性。

在水道砂芯10与主砂芯9的配合第二芯头凸台上开设两个直径为12mm的排气孔16，排气孔的设置可将水道砂芯10内的气体沿气体蔓延方向引入至主砂芯9内，其排气面积相对较大，可进一步优化水道砂芯10排气效果。

主砂芯9内设有与上模1排气通道19连通的空腔，主砂芯9在制作过程中可进行掏空，主砂芯9的横截面约为100mm×122mm的长方形，主砂芯9固化层深度在15-20mm，以主砂芯9中心线，横截面积在80mm×100mm的砂是松软的没有固化的，均可掏空。

在上述的砂芯安装结构中，与现有结构不同的部分主要是砂芯，模具以及驱动模具移动的驱动机构均为现有技术，从而不作赘述。

本发明的具体实施方式为：将上述砂芯安装结构应用于车用箱体砂芯的安装，由于分块式砂芯结构中水道砂芯10以及小水道砂芯11结构复杂细长，即使其下端定位稳定，上端也容易在合模过程中出现断裂、蹿位、偏移的情况；而在小水道砂芯11与水道砂芯10的上端分别设置有与主砂芯9上端第一嵌入槽和第二嵌入槽对应配合的第一芯头凸起112和第二芯头凸起101，通过第一芯头凸起112和第二芯头凸起101分别插入第一嵌入槽和第二嵌入槽内，一方面可使得小水道砂芯11和水道砂芯10与主砂芯9相互支撑稳定、定位可靠，保持砂芯芯身与主砂芯9间距为5mm；另一方面可有效将小水道砂芯11、水道砂芯10与主砂芯9连通，将小水道砂芯11和水道砂芯10产生的气体引入主砂芯9内，并通过中空设置的主砂芯9排出模具铸件型腔，排气效果好，箱体充型完整，不存在铸件气孔、欠铸或轮廓不清晰等缺陷。

砂芯安装好后进行合模，并通过插销22沿左侧模4上的销孔18插入小水道砂芯11的锥盲孔17内，检查所有砂芯是否断裂、蹿位、偏移，铝液经十字砂芯12与分流孔8的配合间隙由下往上注入至型腔内，定位底座采用金属制成，结构强度高，可稳定支撑其他砂型件，且定位底座优化为金属座，相对传统砂型底座不容易受铝水长时间高温冲刷导致底座砂易脱落的情况。

实施例2

本实施例提供一种上述车用箱体砂芯安装结构的安装方法，具体安装步骤如下：

步骤(a)：利用树脂粘接剂将小水道砂芯11下端的弯折部111粘接在主砂芯9上进行定位；且利用小水道砂芯11上端的第一芯头凸台插入主砂芯9上端的第一嵌入槽内进行定位；第一芯头凸台的高度为19mm，而第一嵌入槽的深度为14mm，从而定位后，可有效保证小水道砂芯11芯身与主砂芯9之间的距离为5mm；而小水道砂芯11与主砂芯9之间上下两端的两个定位距离为340mm；此结构设计是根据车用尾气处理箱体设计，可保证第一芯头凸台插入主砂芯9内的安装状态更加稳定，也可使得小水道砂芯11产生的气体可顺利引入主砂芯9空腔内进行排气，完善小水道砂芯11的排气效果。

步骤(b)：将后侧模3在下模6上进行滑动合模，合后侧模3后在金属底座7上安装搭子砂芯13，合模后的后侧模3可对搭子砂芯13形成可靠侧向定位；

步骤(c)：将十字砂芯12搭接在分流孔8内并与分流孔8间形成大小均匀的金属液溢流间隙，十字砂芯12的圆形凸台朝上置于分流孔8的中心；

步骤(d)：将步骤(a)中与小水道砂芯11粘接好的主砂芯9放置于十字砂芯12上，利用主砂芯9的底部设置的凹槽与十字砂芯12上的圆形凸台定位配合，将主砂芯9置于分流孔8中心；

步骤(e)：将水道砂芯10的下端插入金属底座7的凹部14内，并将水道砂芯10上端的第二芯头凸台插入主砂芯9上端的第二嵌入槽内，使得水道砂芯10与主砂芯9以及金属底座7定位稳定，定位后，水道砂芯10芯身与主砂芯9之间的距离为5mm；

步骤(f)：合模，包括两次合模，具体步骤如下：(1)第一次合模是按顺序进行前侧模2-左侧模4和右侧模5合模，左侧模4预留3-5mm间隙，用于观察砂芯结构是否产生移位/箱体模具是否合模到位，合模到位后再利用插销22沿左侧模4上的销孔18插入小水道砂芯11的锥盲孔17内，利用预留间隙确认插入位置是否准确，检查所有砂芯是否断裂、蹿位、偏移；(2)确认合模准确且所有砂芯未发生断裂、蹿位、偏移，再按顺序将上模1下滑合模-左侧模4完全合模。上模1下滑合模过程中可进一步利用预留间隙确认水道砂芯10上端的两个排气芯头15是否沿上模1的排气通道19插入，排气芯头15与排气通道19对应准确后再进行左侧模4完全合模，完成砂芯安装。

在第一次合模后左侧模4的预留间隙可观察沿左侧模4销孔18插入的插销22是否对应插入小水道砂芯11的锥盲孔17内，一方面用于检测砂芯是否发生蹿位或偏移，保持砂芯结构定位的稳定性；另一方面通过插销22可有效保持小水道砂芯11与箱体模具定位的稳定性，进而保持将砂芯整体结构准确地安装于模具内等优越的实用效果。通过两次合模可便捷地确认插销22插入小水道砂芯11的位置是否准备，确保小水道砂芯11不会发生断裂，也可确认砂芯结构未发生蹿位、偏移等情况后再进行完全合模，此关键步骤可有效保证砂芯结构在合模过程中不会发生破损以及确保砂芯结构与模具间定位的准确性，进而保证箱体铸件的正品率，从而降低箱体铸造过程中砂芯以及箱体铸件的制造成本。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。