一种设有防激沟槽结构的砂型模具的制作方法

本发明涉及砂型铸造技术领域，尤其涉及一种设有防激沟槽结构的砂型模具。

背景技术：

对于砂型铸造，工艺设计会采用金属冷铁用于局部厚达部位(热节点)的快速冷却。砂型铸造采用树脂类粘结剂，砂型强度较粘土砂有很大程度提高，而由于树脂类粘结剂的使用温度为300℃左右，但实际金属液会长时间停留在400℃，这就会导致树脂砂在高温下溃散；在高温金属液与冷铁接触面，冷铁温度升高会造成冷铁尺寸膨胀。

基于以上原理，会在金属液、冷铁、树脂砂三者之间的界面处形成一种缺陷，专业上称作“激沟”。激沟的产生，是由于冷铁膨胀挤压砂型，同时砂型在高温金属液作用下溃散，碎砂会被挤压进入液态金属，进而造成金属中夹杂了碎砂。

针对上述激沟缺陷，目前行业内尚无成体系的方法。通常会在铸件上放置冷铁处周围添加补贴量，用于补贴激沟带来的缺陷。此方法可确保铸件不会因为激沟缺陷导致报废，但无法从根本上消除激沟缺陷。

现有方法试图通过补贴量补偿激沟带来的缺陷，思路上属于被动解决缺陷，并未主动隔断冷铁膨胀导致的砂型溃散进入铸件中，从实际应用效果来看，在解决激沟问题上效果也不显著。

从根本上消除激沟缺陷可减少铸件预留的补贴量，减少加工量可提高加工效率、显著降低加工成本。另外，由于激沟的尺寸无法控制，即使预留了补贴量，仍存在激沟尺寸超标的风险。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供设有防激沟槽结构的砂型模具，用以解决采用现有砂型铸造方法生产的铸件表面存在沟痕缺陷的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种设有防激沟槽结构的砂型模具，包括树脂砂砂型和多个金属冷铁；金属冷铁设于树脂砂砂型内，金属冷铁用于与高温金属液接触的一面为金属冷铁第一面；金属冷铁第一面的对立面为金属冷铁第二面，金属冷铁第二面与树脂砂接触；

与金属冷铁第一面和金属冷铁第二面相邻的面均为金属冷铁侧面；在金属冷铁侧面设有防激沟槽结构。

在一种可能的设计中，防激沟槽结构包括第一子防激沟槽结构，第一子防激沟槽结构为环形中空腔。

在一种可能的设计中，第一子防激沟槽结构通过刮板刮掉与金属冷铁侧面接触的树脂砂而形成；

刮板包括手持端部和刮板主体；手持端部为长方体状；手持端部包括平板面，平板面的一端设有第一弧形面，与第一弧形面相连接且与平板面对立的一侧为第二弧形面。

在一种可能的设计中，第一弧形面为外凸弧形面，第二弧形面为内凹弧形面。

在一种可能的设计中，第一弧形面的半径长度为15-25mm；

手持端部和刮板主体的厚度相等且均为1.5-2mm。

在一种可能的设计中，树脂砂、金属冷铁与高温金属液体接触的内表面上均涂覆有涂料；

将设有第一子防激沟槽结构的树脂砂砂型在电阻炉中加热烘烤，得到设有防激沟槽结构的砂型模具。

在一种可能的设计中，涂料为锆英粉涂料，锆英粉涂料的厚度为0.2-0.3mm。

在一种可能的设计中，第一子防激沟槽结构的底面宽度为4-6mm；

第一子防激沟槽结构的深度为4-6mm。

第二方面，本发明还提供的防激沟槽结构还包括第二子防激沟槽结构；第二子防激沟槽结构设于相邻的金属冷铁之间；第二子防激沟槽结构为中空长方体状。

在一种可能的设计中，第二子防激沟槽结构的形成过程为：

在相邻两块金属冷铁之间设置长方体状凸台，当进行砂型铸造时，长方体状凸台能够在相邻两块金属冷铁之间形成第二子防激沟槽结构，进而得到设有第二子防激沟槽结构的砂型模具。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)与现有技术相比，通过本发明设计的刮板能够形成第一子防激沟槽结构，利用设有防激沟槽结构的砂型模具进行砂型铸造时，能够有效去除砂型铸件表面的沟痕缺陷，得到表面无沟痕缺陷的铸件。

(2)本发明从根本上阻断金属冷铁膨胀导致的树脂砂砂型溃散进入铸件中，在本发明利用刮板形成第一子防激沟槽结构，将含有第一子防激沟槽结构的树脂砂砂型在电阻炉中加热烘烤，将涂料层烘烤成硬壳，得到具有防激沟槽结构的树脂砂砂型模具，向树脂砂砂型模具中浇铸高温金属液，冷却后，得到表面无沟痕缺陷的铸件，即利用该树脂砂砂型模具进行制备铸件时，能够有效阻断冷铁膨胀对砂型挤压导致砂型溃散进入铸件中，减少了铸件补焊操作，大大提高了产品一次合格率。

(3)与现有技术相比，本发明通过在树脂砂砂型上设置长方体条状凸台，形成设有第二子防激沟槽结构的树脂砂砂型，实现了标准化制作，节省了大量的劳动量。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为防激沟槽结构；

图2为刮板结构示意图；

图3为刮板的三视图；

图4为本发明提供的金属模具工装的结构示意图一；

图5为本发明提供的金属模具工装的结构示意图二；

图6为本发明提供的金属模具工装的结构示意图三；

图7为采用本发明的设有防激沟槽结构的砂型模具铸造的铝合金铸件示意图；

图8为采用现有方法铸造的表面带有激沟缺陷的铝合金铸件。

附图标记：

1-手持端部；2-刮板主体；3-第一弧形部；4-第二弧形部；5-平板面；6-金属冷铁；7-长方体状凸台；8-金属模具工装；9-第一子防激沟槽结构；10-第二子防激沟槽结构；11-树脂砂砂型；12-铸件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种设有防激沟槽结构的砂型模具，包括树脂砂砂型11和多个金属冷铁6(金属冷铁6可以为为长方体状)；金属冷铁6设于树脂砂砂型11内，金属冷铁6用于与高温金属液接触的一面为金属冷铁第一面；金属冷铁第一面的对立面为金属冷铁第二面，金属冷铁第二面与树脂砂接触；与金属冷铁第一面和金属冷铁第二面相邻的侧面均为金属冷铁侧面；在金属冷铁侧面周围(并非金属冷铁侧面上)设有防激沟槽结构。

具体地，如图1至图3所示，本发明提供了一种设有防激沟槽结构的砂型模具，包括树脂砂砂型11和多个金属冷铁6，其中，多个金属冷铁6为均为长方体状金属冷铁6，金属冷铁6设于树脂砂砂型11内，金属冷铁6用于对树脂砂砂型11内的高温金属液进行快速冷却，因此需要将金属冷铁6的一面与高温金属液接触，将该面定义为金属冷铁第一面；金属冷铁第一面的对立面为金属冷铁第二面，金属冷铁第二面与树脂砂接触且嵌于树脂砂中；金属冷铁6的其它几个侧面(即除去金属冷铁第一面和金属冷铁第二面之外的其它四个侧面)均为金属冷铁侧面，金属冷铁的侧面的周围空间设有防激沟槽结构。

现有技术的砂型铸造时，会在高温金属液、金属冷铁6、树脂砂三者之间的界面处形成一种缺陷，即“激沟”。激沟的产生，是由于冷铁膨胀挤压树脂砂砂型11，同时树脂砂砂型11在高温金属液作用下溃散，碎砂会被挤压进入液态金属，进而造成铸件12中夹杂了碎砂。

与现有技术相比，本发明提供的设有防激沟槽结构的砂型模具能够有效阻断金属冷铁6膨胀对树脂砂砂型11的挤压，进而避免受到挤压的砂型溃散后进入铸件12中，减少了铸件12补焊操作，大大提高了铸件12的合格率。

为了避免铸件12形成激沟缺陷，并为了形成防激沟槽结构，本发明的防激沟槽结构可以为第一子防激沟槽结构9，第一子防激沟槽结构9为环形中空腔；第一子防激沟槽结构9通过刮板刮掉与金属冷铁侧面接触的树脂砂而形成；刮板包括手持端部1和刮板主体2；手持端部1与刮板主体2一体成型；手持端部1为长方体状；刮板主体2包括平板面5，以平板面为基准，平板面5的一端设有第一弧形面4，与第一弧形面4相连接且与平板面5对立的一侧为第二弧形面3。

具体地，本发明的防激沟槽结构包括第一子防激沟槽结构9，第一子防激沟槽结构9为环形中空腔，该环形中空腔与两个砂型模具形成的铸件12空腔连通，第一子防激沟槽结构9设于金属冷铁侧面，即防激沟槽结构将金属冷铁侧面与树脂砂隔离开，当高温金属液进入到由两个砂型模具形成的铸件12空腔后，金属冷铁6受热膨胀，此时，第一子防激沟槽结构9用于容纳金属冷铁6受热后的膨胀量(金属冷铁6受热后的膨胀量小于等于第一子防激沟槽结构9的尺寸)。第一子防激沟槽结构9通过刮板刮掉与金属冷铁侧面接触的树脂砂而形成，该刮板包括手持端部1和刮板主体2，手持端部1与刮板主体2一体成型，手持端部1为长方体状；刮板主体2的一个侧面为平板面5，平板面5的一端设有第一弧形面4，该第一弧形面4为半圆形的外凸弧形面，与该半圆形的外凸弧形面相连接且与平板面5对立的面为第二弧形面3。

与现有技术相比，通过本发明设计的刮板能够形成第一子防激沟槽结构9，利用设有防激沟槽结构的砂型模具进行砂型铸造时，能够有效去除砂型铸件12表面的沟痕缺陷，得到表面无沟痕缺陷的铸件12。

为了使形成的第一子防激沟槽结构9能够更有效的阻止激沟的产生，上述第一弧形面4为外凸弧形面，第二弧形面3为内凹弧形面。

具体地，如图2所示，第一弧形面为渐开线，渐开线的尖端与平板面通过圆弧连接，圆弧面分别与平板面和渐开线相切，产生的两切点处的切线构成的夹角a1为10°-40°(例如，20°、35°)；第二弧形面的弧度为50°-80°。；第二弧形面3的弧度rad为50°-80°(例如60°、75°)。

与现有技术相比，本发明将外凸弧形面与平板面5的夹角及内凹弧形面的弧度控制在上述范围内能够保证刮板主体2刮出第一子防激沟槽结构9，进而在金属冷铁6周围形成有效的第一子防激沟槽结构9，阻断了金属冷铁6膨胀对周围树脂砂砂型11的影响，加强了被挤压的树脂砂的砂型强度。

需要说明的是，本申请的金属冷铁的长度为80-150mm，宽度为50-150mm，厚度为10-40mm，金属冷铁6遇高温金属液后会受热膨胀，受热产生的膨胀量小于等于第一子防激沟槽结构的尺寸。

为了保证金属冷铁的产生的膨胀量能够被第一子防激沟槽结构完全容纳，本申请的第二弧形面3(即内凹弧形面)的半径为15-25mm；另外，考虑到刮板的制作方便性以及牢固性，本申请的刮板中的手持端部1和刮板主体2的厚度相等且均为1.5-2mm。

具体地，第二弧形面3为平板面5的对立面，第二弧形面3为1/4圆，第二弧形面3的半径长度为15-25mm(例如，19mm、23mm)；手持端部1和刮板主体2的厚度相等且均为1.5-2mm(例如，1.7mm)；其中，从图2中可以看出，刮板主体2的厚度即为平板面5的宽度。

本发明将该刮板的具体尺寸进行量化，提供制作该标准化的刮板，规范了制备第一子防激沟槽结构9的流程，保证第一子防激沟槽激沟的一致性，确保了其有效性。

本发明利用刮板形成第一子防激沟槽结构9的过程包括：以金属冷铁6为中心，利用刮板主体2将与金属冷铁侧面接触的树脂砂刮掉，刮掉后在金属冷铁侧面周围形成环形中空腔的第一子防激沟槽结构9。

具体地，如图1和图2所示，当利用刮板制作第一子防激沟槽结构9时，首先，将含有铸件12空腔的树脂砂砂型11面朝下，此时，用手握住刮板的手持端部1并置于树脂砂砂型11的下方，将刮板主体2与树脂砂砂型11垂直放置，先利用刮板主体2的平板面5将金属冷铁侧面直接接触的树脂砂挂掉，再将平板面5紧贴贴在金属冷铁侧面，将刮板主体2围着金属冷铁侧面刮一周树脂砂，以与铸件12空腔连通的一面为底面，第一子防激沟槽结构9的底面与铸件12空腔连通，第一子防激沟槽结构9的顶面为半圆形面，该半圆形面是通过第一弧形面4形成的。

将设有第一子防激沟槽结构9的树脂砂砂型11在电阻炉中加热烘烤，得到设有防激沟槽结构的砂型模具。为了将树脂砂砂型11加热烘烤成硬壳，以方便制作出金属树脂砂砂型11模具；加热烘烤温度为70-90℃；加热烘烤时间为1-2h。

现有技术中，由于金属冷铁6热膨胀挤压树脂砂砂型11，同时砂型在高温金属液作用下溃散，树脂砂变成碎砂会被挤压进入高温金属液中，进而造成制备的铸件12中夹杂了碎砂，进而在高温金属液、金属冷铁6与树脂砂三者之间的界面处形成激沟缺陷。现有的解决方案是在金属冷铁6周围添加补贴量，用于补贴激沟带来的缺陷。此方法可确保铸件12不会因为激沟缺陷导致报废，但无法从根本上消除激沟缺陷。

在与现有技术相比，本发明从根本上阻断金属冷铁6膨胀导致的树脂砂砂型11溃散进入铸件12中，在本发明利用刮板形成第一子防激沟槽结构9，将含有第一子防激沟槽结构9的树脂砂砂型11在电阻炉中加热烘烤，将涂料层烘烤成硬壳，得到具有防激沟槽结构的树脂砂砂型11模具，向树脂砂砂型11模具中浇铸高温金属液，冷却后，得到表面无沟痕缺陷的铸件12，即利用该树脂砂砂型11模具进行制备铸件12时，能够有效阻断冷铁膨胀对砂型挤压导致砂型溃散进入铸件12中，减少了铸件12补焊操作，大大提高了产品一次合格率。

需要强调的是，树脂砂、金属冷铁6与高温金属液体接触的内表面上(即)均涂覆有涂料；在树脂砂、金属冷铁6和第一防激沟槽结构的内表面涂覆一层涂料能够防止冷铁受热快速变形以及防止砂型快速受热溃散，进而避免碎砂被挤压进入铸件12中。

为了防止金属冷铁6受热快速变形以及防止砂型快速受热溃散，以此降低高温金属液对树脂砂的热冲击，避免碎砂被挤压进入铸件12中，本发明的涂料为锆英粉涂料，锆英粉涂料的厚度为0.2-0.3mm。

需要说明的是，本发明的防激沟槽结构的底面宽度为4-6mm(例如4.5mm、5mm)；防激沟槽结构的深度为4-6mm(例如4.5mm、5.5mm)。

如图1和图2所示，将刮板主体2的平板面5贴在长方体状的金属冷铁侧面上，将刮板主体2沿金属冷铁侧面的周向方向刮一周树脂砂，以将金属冷铁侧面周围的树脂砂刮掉，金属冷铁侧面的树脂砂刮掉后，会在金属冷铁侧面周围形成环形中空腔(即第一子防激沟槽结构9)，该环形中空腔的底部与铸件12空腔连通，该环形中空腔(即第一子防激沟槽结构9)的深度(或者称高度)为4-6mm，该环形中空腔(即第一子防激沟槽结构9)的底面宽度为4-6mm。

将第一子防激沟槽结构9的底面宽度控制在4-6mm以及将第一子防激沟槽结构9的深度控制在4-6mm能够与金属冷铁6膨胀时产生的膨胀体积相匹配，即金属冷铁受热产生的膨胀量小于等于环形空腔的尺寸，进而保证该膨胀量完全被该环形空腔容纳，防止金属冷铁6膨胀后挤压周围树脂砂，导致树脂砂进入高温金属液中，影响铸件12的性能。

第二方面，本发明还提供了另一种设有防激沟槽结构的砂型模具，包括树脂砂砂型11和多个金属冷铁6，金属冷铁6为长方体状；金属冷铁6设于树脂砂砂型11内且均设于金属模具工装8上，金属冷铁6用于与高温金属液接触的一面为金属冷铁第一面；金属冷铁第一面的对立面为金属冷铁第二面，金属冷铁第二面与树脂砂接触；与金属冷铁第一面和金属冷铁第二面相邻的侧面均为金属冷铁侧面；在金属冷铁侧面设有防激沟槽结构。该防激沟槽结构为第二子防激沟槽结构10，该第二子防激沟槽结构10设于相邻的两块金属冷铁6之间；第二子防激沟槽结构10为长方体状空腔。需要说明的是，本申请的金属冷铁的长度为80-150mm，宽度为50-150mm，厚度为10-40mm，金属冷铁6遇高温金属液后会受热膨胀，受热产生的膨胀量小于等于第二子防激沟槽结构的尺寸，因此，为保证长方体空腔能够容纳金属冷铁6的膨胀量，长方体空腔的宽度为4-6mm，厚度为4-6mm，长度为80-150mm，即长方体空腔的长度等于金属冷铁6的长度。

第二子防激沟槽结构10的形成过程为：在树脂砂砂型11中设置多块金属冷铁6，在相邻两块金属冷铁6之间设置长方体状凸台7，当进行砂型铸造时，去掉长方体状凸台7，此时，在相邻两块金属冷铁6之间的原长方体状凸台7的位置处能够形成长方体状空腔(即第二子防激沟槽结构10)，进而得到设有第二子防激沟槽结构10的砂型模具。

与现有技术相比，本发明通过在树脂砂砂型11上设置长方体条状凸台，形成设有第二子防激沟槽结构10的树脂砂砂型11，实现了标准化制作，节省了大量的劳动量。

需要说明的是，本发明的第一子防激沟槽结构9和第二子防激沟槽结构10形成方法不同，两者的设置目的均为防止铸件12表面形成激沟缺陷，在利用砂型铸造铸件时，设置第一子防激沟槽结构9和设置第二子防激沟槽结构10中的一种即可达到防止铸件12表面产生激沟缺陷的目的。

实施例1

利用上述第一方面提供的设有第一子防激沟槽结构9的砂型模具铸造表面无沟痕缺陷的铸件12，包括以下过程：

将多块金属冷铁6设于树脂砂中的局部厚达部位(热节点部位)，利用刮板在每块金属冷铁侧面周围刮出第一子防激沟槽结构9：先利用刮板主体2的平板面5沿金属冷铁侧面的周向方向刮一圈树脂砂，达到破砂的目的；将刮板主体2的平板面5与金属冷铁6相邻，然后利用刮板沿金属冷铁侧面的周向方向刮一圈树脂砂，刮完树脂砂后会在金属冷铁侧面与树脂砂砂型之间且在周向方向上形成环形中空环腔(即第一子防激沟槽结构9)。

需要说明的是，本实施例采用的金属冷铁6的长度为90mm，宽度为80mm，厚度为15mm，金属冷铁6遇高温金属液后会受热膨胀，为保证金属冷铁6受热产生的膨胀量小于等于第一子防激沟槽结构的尺寸，本实施例中第一子防激沟槽结构9的底面宽度为4.5mm，第一子防激沟槽结构9的深度为4.5mm。

在树脂砂、金属冷铁6和第一子防激沟槽结构9的内表面涂覆一层锆英粉涂料，锆英粉涂料的厚度为0.25mm；将处理好的树脂砂砂型11在电阻炉中加热烘烤，加热烘烤温度为78℃；加热烘烤时间为1.3h，除去树脂砂砂型11中水汽，将涂料层烘烤成硬壳，得到具有第一子防激沟槽结构9的树脂砂砂型11模具；向树脂砂砂型11模具中浇铸700℃的铝合金液体，冷却后，得到表面无沟痕缺陷的铝合金铸件12，如图7所示，作为对比，图8为采用现有方法制备的表面带有缺陷的铸件图。

实施例2

利用上述第一方面提供的设有第一子防激沟槽结构9的砂型模具铸造表面无沟痕缺陷的铸件12，包括以下过程：

将多块金属冷铁6设于树脂砂中的局部厚达部位(热节点部位)，利用刮板在每块金属冷铁侧面周围刮出第一子防激沟槽结构9：先利用刮板主体2的平板面5沿金属冷铁侧面的周向方向刮一圈树脂砂，达到破砂的目的；将刮板主体2的平板面5与金属冷铁6相邻，然后利用刮板主沿金属冷铁侧面的周向方向刮一圈树脂砂，刮完树脂砂后会在金属冷铁侧面与树脂砂砂型之间且在周向方向上形成环形中空环腔(即第一子防激沟槽结构9)。

本申请的金属冷铁的长度为130mm，宽度为120mm，厚度为35mm，金属冷铁6遇高温金属液后会受热膨胀。为保证金属冷铁6受热产生的膨胀量小于等于第一子防激沟槽结构的尺寸，本实施例中第一子防激沟槽结构9的底面宽度为5.5mm，第一子防激沟槽结构9的深度为5.5mm；在树脂砂、金属冷铁6和第一子防激沟槽结构9的内表面涂覆一层锆英粉涂料，锆英粉涂料的厚度为0.22mm；将处理好的树脂砂砂型11在电阻炉中加热烘烤，加热烘烤温度为85℃；加热烘烤时间为1.7h，除去树脂砂砂型11中水汽，将涂料层烘烤成硬壳，得到具有第一子防激沟槽结构9的树脂砂砂型11模具；向树脂砂砂型11模具中浇铸750℃的锌合金液体，冷却后，得到表面无沟痕缺陷的锌合金铸件12。

实施例3

利用上述第二方面提供的设有第二子防激沟槽结构10的砂型模具铸造表面无沟痕缺陷的铸件12，包括以下过程：

具体地，如图3-5所示，树脂砂砂型11内设有多块金属冷铁6，树脂砂砂型11内设有多块金属冷铁6均设有金属模具工装8上，金属模具工装8作为用于制作砂型模具的平台，在相邻两块金属冷铁6之间设有长方体状木条；当进行砂型铸造时，去掉长方体状，长方体状木条能够在金属冷铁6之间形成长方体状空腔(长方体空腔的宽度为4-6mm，厚度为4-6mm，长方体空腔的长度等于金属冷铁6的长度)，当将720℃的高温镍合金液浇铸到该树脂砂砂型11内时，金属冷铁6遇热膨胀，此时，长方体状空腔能容纳收金属冷铁6膨胀时产生的膨胀量(即金属冷铁6膨胀时产生的膨胀量小于等于长方体状空腔的尺寸)，进而达到缓冲的作用，长方体状空腔(第二子防激沟槽结构10)加强了被挤压树脂砂砂型11的强度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。