轻量型砂芯及其制备方法与流程

本发明涉及铸造技术领域，更具体地说，涉及铸造用砂芯或砂型。

背景技术：

在砂型铸造技术中，砂芯和砂型用以形成铸件的型腔，金属液在型腔中冷凝形成铸件。因型砂不参与到铸件中，在铸造行业中，将型砂分为辅材，而且型砂是用量最大的辅材，随着铸造精度和环境的要求及生产成本的压力，需要尽可能降低砂芯和砂型的生产成本，而要降低砂芯和砂型的生产成本，最直接的就是降低砂铁比，也即降低型砂的使用量，而在降低型砂使用量的时，用一个相反的影响是会降低砂芯和砂型的强度、刚度等物理特性，当砂型和/或砂芯的物理特性不能满足金属液的浇注要求时，就会铸造出不合格的铸件，进而造成资源的更多浪费。如何实现砂芯和/或砂型的低成本和足够的物理特性，是行业内在不断寻找的。

技术实现要素：

有鉴于以上砂型和/或砂芯生产用型砂量大与砂芯和/或砂型物理特性间相互冲突的问题，有必要提出一种轻量型砂型及其制备方法，所述轻量型砂型不仅实现了用砂量小，同时保证了砂芯和/或砂型的物理特性，保证了合格的铸件生产。以下的文中砂芯和砂型均表示砂质模型，可替换使用。

一种轻量型砂芯或砂型，是在所述砂芯或砂型的非铸件型腔的实体部分处设有镂空结构，所述镂空结构距离砂芯或砂型外表面及距离砂芯或砂型上型腔的最小吃砂量d满足公式一的要求。所述公式一为：d＝砂型溃散层+max公式一中，d为铸件壁厚、d1为砂型抗静水压力所需吃砂量、d2为砂型抗石墨膨胀力所需吃砂量(d2的计算公式是就球墨铸铁件而言球铁件；当铸件为灰铸铁件时，d2取值为0)、h为静水压高度、l为镂空结构的最大跨距，以上各个变量均为长度变量，单位保持一致即可，如单位均为米(符号：m)或单位均为毫米(符号：mm)。

所述砂型溃散层的厚度与铸件壁厚成线性正比例关系，也即所述砂型溃散层的厚度随着铸件壁厚的增加而增厚。

一种轻量型砂芯或砂型的制备方法为：

s001，将符合铸件结构的三维模型按照生产工序分切为砂型和/或砂芯；

s002，在砂型和/或砂芯的实体部分设置镂空结构，所述实体部分的厚度应不小于两倍的所述最小吃砂量d；

s003，采用增材制造的方式或者采用流砂造型、制芯的方式生产s002所述的砂型和/或砂芯。

本发明的有益效果：本发明通过在砂型和/或砂芯的实体部分设置镂空结构形成所述轻量型砂型，从而实现了砂型或砂芯低耗料、低成本；同时设有所述镂空结构的所述砂型或砂芯，还具有更好的导热效果，使得所述砂芯或砂型具有较好的冷却速率，缩短了铸件的打箱时间；另一方面，针对大厚的实体砂型或砂芯，通过设置所述镂空结构，还增加了所述砂芯或砂型的退让性，从而减小了铸件应力，避免了因此造成的铸件不合格。

附图说明

图1是砂型溃散层与铸件壁厚的对应关系图表；

图2是实施例一仿蜂窝夹层结构砂型示意图；

图3是实施例一蜂窝夹层结构放大示意图；

图4是实施例二仿竹节镂空结构砂型示意图；

图中，1-砂型；2-蜂窝夹层；3-型腔；4-竹节镂空结构；5-清砂通道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，将按照附图实施例进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的典型实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本文所述的砂型，在模具造型过程中，也称为造型，所述造型也即带有砂箱的砂型，砂型和砂芯是用模具流砂制成的，在结构硬化后，拆除模具形成的砂质模型。所述造型、砂型和砂芯上或带有铸件的外轮廓、或带有铸件的内轮廓、或即带有铸件的内轮廓也带有铸件的内轮廓，所述造型、砂型和砂芯经过型芯装配后即可形成完整的铸件型腔结构，也即铸件的形状结构。以下的文字描述以砂型统一替代造型和砂芯，以简化语言。

本发明设计的轻量型砂型，是通过在没有铸件型腔的实体部分设置镂空结构，且所述镂空结构的外围到整个砂型外表面和/或型腔的最小吃砂量d不小于公式一所得值，公式一：公式一中，d为铸件壁厚、d1为砂型抗静水压力所需吃砂量、d2为砂型抗石墨膨胀力所需吃砂量(d2的计算公式是就球墨铸铁件而言球铁件；当铸件为灰铸铁件时，d2取值为0)、h为静水压高度、l为镂空结构的最大跨距，以上各个变量均为长度变量，单位保持一致即可，如单位均为米(符号：m)或单位均为毫米(符号：mm)。如图1所示，所述公式一中的砂型溃散层的厚度与铸件壁厚成线性正比例关系，也即所述砂型溃散层的厚度随着铸件壁厚的增加而增厚。

实施例一：仿蜂窝夹层结构砂型

如图2所示，为一具有内部型腔的砂型，可以按照本发明的技术方案，在型腔3与砂型1的表面之间的实体部分上设置若干蜂窝夹层2的镂空结构，其中所述蜂窝夹层2的外围与砂型1的外表面之间的距离及所述蜂窝夹层2与砂型1的型腔3的距离满足公式一的要求。更具体地，为了提升所述蜂窝夹层2的抗金属液膨胀的挤压力，一方面，将所述蜂窝夹层2中的蜂窝设置为正六边形，且每个蜂窝的边长为20mm～100mm，例如，当砂型1上的型腔3(也即铸件壁厚)为50mm时，所述溃散层的厚度为0.04mm，蜂窝的边长为35mm；另一方面，将所述蜂窝夹层2中的若干蜂窝按照阵列布置，且每个所述蜂窝间设有不小于5mm的间隙，从而增强所述蜂窝夹层2自身的强度，也可提升所述蜂窝夹层2的整体抗压能力。最后，为了进一步提升所述蜂窝夹层2的抗压能力，可在每个蜂窝的棱角处设置r3～r10的圆倒角。

通过在图2所示的砂型实体部分设置若干所述蜂窝夹层，将所述砂型的重量减轻了约20％，则相应的就使得生产此砂型的成本降低了约20％。总体上来讲，通过在实体部分设置所述蜂窝夹层结构，可以将原有砂型减轻15％～30％，也即可以使砂型的生产成本降低15％～30％。此措施大幅度降低了型砂的使用量，不仅仅降低了耗材的使用量，同时也使得热法再生的型砂量减少，也减少了热法再生型砂的能耗。

实施例二：仿竹节镂空结构砂型

如图4所示为一用于形成铸件内腔结构的实体砂芯，为了减轻所述实体砂芯的重量、并节省型砂用量，可以在所述实体砂芯的实体部分设置仿竹节镂空结构。具体是在满足公式一的最小吃砂量的前提下，在所述砂芯的实体部分设置了三节结构的所述竹节镂空结构4，三节结构的所述竹节镂空结构4从所述砂芯的一端向设有型腔3的一端逐节缩小，也即所述竹节镂空结构4设置为从所述砂芯一端向设有型腔3的另一端为竹子的成长方向，从而保证了所述砂芯的整体强度。同时，为了能够顺利将所述竹节镂空结构4中的散砂清理出所述砂芯，在每节竹节之间设有若干清砂通道5。更具体地，为了增加所述竹节镂空结构4的抗挤压能力，在所述每个竹节的空腔内壁上沿周设置加强筋；同时在所述竹节空腔的高度方向上，可以每隔50mm～100mm设置一条加强筋；也可以将所述竹节空腔的转角设置为r5的圆倒角。

通过在图4所示的实体砂芯上设置所述仿竹节镂空结构，使得所述砂芯的重量减轻了约35％，也即每生产一个所述砂芯即可以节省月30％的型砂。就此技术方案，也即在实体砂芯上设置所述仿竹节镂空结构可以节省20％～40％的型砂量，从而实现了砂芯的轻量化。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。