一种多内腔回转体结构件的型芯的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多内腔回转体结构件的型芯，属于金属铸造技术领域。
【背景技术】
[0002]在金属铸造领域，直径超过0.5m、高度超过1.5m以上的结构件称为大型结构件。对于大型的多内腔回转体结构件，传统制造方法为先按内腔的制作难度进行分段，再分别完成各段的铸造、加工，最后采用螺栓连接的方案实现整体结构件的装配。为保证螺栓连接处有足够强度，一般连接法兰盘厚度是回转体壁厚的倍数，导致结构方案迀就了工艺状况，增加了零件重量。
[0003]随着产品的不断升级，对结构件越来越提出了更高的轻量化要求，部分结构件甚至采用高强镁合金替代高强铝合金。大型多内腔回转体结构件采用传统螺栓连接的工艺方案已难以满足新型产品的要求，采用整体一次铸造成形的工艺方案已成为新型产品研制生产过程中必须解决的工艺问题之一。
[0004]用外模制造铸型型腔以形成铸件的外表面称为造型，用芯盒制造型芯以形成铸件的内表面称为造芯。无论是高强铝合金，还是高强镁合金材料，在大型多段回转体铸件制定铸造工艺方案过程中，中间型芯的工艺方案是决定整体一次铸造成形能否实现的重要因素。
[0005]分体铸造内腔结构尺寸完全由中间芯盒的尺寸精度保证，而整体铸造内腔结构尺寸由多套芯盒和组芯共同保证，整体铸造单个铸件内腔尺寸工艺控制点是分体铸造单个铸件的几倍，甚至十几倍，其内腔尺寸的控制难度增幅较大。分体砂型铸造再多段组装成产品的方案，由于芯盒模型首先存在一定的误差，从芯盒模型到砂型又存在一定的误差，从砂型到浇铸再形成一定的误差，最后由砂型形成的凹凸结构进行装配仍然存在一定的误差，因此砂型铸造的精度一般只能达到《GB/T6414 -1999国标铸件公差标准》中CTll等级的要求，如果达到CT9等级的要求即为优等。在铸造领域CT9等级以上的精度称为高精度，高精度结构件的铸造必须采用精密铸造工艺，传统的砂型铸造工艺已无法满足。
[0006]此外，分体铸造中间芯的高宽比一般在合理范围内，而整体铸造中间芯的高宽比接近甚至超过三倍，如何保证中间芯的垂直度是整体铸造必须解决的问题。另外，在铸件浇注、成形过程中，底部中间芯由于受到整体中间芯轴向的重力作用，其在径向产生向外的应力应变，这将严重影响底部中间芯的径向退让性，容易导致铸件相对位置径向尺寸超差或产生裂纹。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种多内腔回转体结构件的型芯，可以实现大型多段高精度回转体铸件复杂内腔结构的成形。
[0008]为解决以上技术问题，本实用新型的一种多内腔回转体结构件的型芯，包括嵌在下箱造型砂顶部的砂芯底座，所述砂芯底座的上端面中心叠置有底部砂芯，所述底部砂芯的上方叠置有中间砂芯，所述中间砂芯的上方叠置有顶部砂芯；所述砂芯底座、底部砂芯、中间砂芯和顶部砂芯共轴线；所述底部砂芯的形状与结构件的下回转内腔的形状相一致，所述中间砂芯的形状与结构件的中间回转内腔的形状相一致，所述顶部砂芯的形状与结构件的上回转内腔的形状相一致。
[0009]相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果:相对于传统砂型铸造的分段铸造，再螺栓连接；本实用新型采用叠置的底部砂芯、中间砂芯和顶部砂芯整体形成结构件的内表面，使多内腔回转体结构件一次浇铸成型，铸造而成的结构件整体性好，重量轻。
[0010]作为本实用新型的优选方案，所述中间砂芯包括由下向上依次叠置的两层或三层以上。
[0011]作为本实用新型的改进，所述砂芯底座至少设有四个支撑翼，各支撑翼以砂芯底座的轴线为中心呈放射状对称向外伸出，各支撑翼的顶面与所述砂芯底座的顶面位于同一个水平面上。砂芯底座对称设有多个支撑翼，既增大了砂芯底座的底面积，又在各个方向形成均匀支撑，既提高了砂芯底座支撑砂芯的承重能力，又保证了砂芯的稳定性和垂直度，使砂芯不会发生倾斜，保证了充型、成形过程中砂芯组合体与外砂型的形位变化满足工艺要求。
[0012]作为本实用新型的改进，所述底部砂芯、中间砂芯和顶部砂芯分别设有位于芯砂轴向中心的芯轴主杆，所述芯轴主杆为管状结构，所述芯轴主杆的上端设有主杆上导套，所述芯轴主杆的下端设有主杆下导套，所述主杆上导套上连接有芯轴凹端，所述主杆下导套上连接有芯轴凸端，所述芯轴凹端和芯轴凸端分别与所述芯轴主杆过盈配合；所述芯轴凹端的上端面与芯砂的顶面相平且中心设有向下凹陷的芯轴凹端锥形孔，所述芯轴凸端的下端设有芯轴凸端锥形头，所述芯轴凸端锥形头伸出芯砂的底面外且与可以与所述芯轴凹端锥形孔过盈配合。由芯轴主杆、芯轴凹端和芯轴凸端组合而成的芯轴沿轴线贯穿各砂芯，上方砂芯的芯轴凸端锥形头插接在下方砂芯的芯轴凹端锥形孔中，且两者过盈配合，可以保证对接砂芯之间的同轴度。各段芯轴既可以承受各自砂芯的重量，并且可以将上方砂芯的重量通过芯轴向砂芯底座传递，避免下方芯砂承受上方砂芯的重量在径向产生向外的应力应变，使底部砂芯、中间砂芯和顶部砂芯的径向退让性都很好，避免铸件相对位置径向尺寸超差或产生裂纹。多段砂芯之间通过芯轴形成刚性连接并设计了稳定的砂芯底座，内腔非加工尺寸精度可达到GB/T6414中CT6?CT8等级，利用低压浇铸实现了大型多段高精度回转体铸件复杂内腔结构的成形。
[0013]作为本实用新型的改进，所述芯轴主杆的中部两侧沿高度方向对称且均匀设有多道芯骨卡槽，各所述芯骨卡槽相互平行且沿水平方向延伸，各所述芯骨卡槽中分别插接有主芯骨且为间隙配合，每层主芯骨的上方分别搭接有与主芯骨相垂直的副芯骨，所述副芯骨对称位于所述芯轴主杆的轴线两侧。芯轴主杆上的芯骨卡槽对主芯骨提供轴向支撑，主芯骨对副芯骨提供轴向支撑，主芯骨和副芯骨共同承托芯砂的重量，使砂芯具有足够的强度和刚度，防止产生变形和断裂；芯骨卡槽与主芯骨间隙配合保证了清砂过程中将芯轴和主芯骨从铸件内部取出的可操作性。
[0014]作为本实用新型的改进，所述芯轴凹端的下端面设有芯轴凹端圆柱孔，所述芯轴凹端圆柱孔套装在所述芯轴主杆的主杆上导套上，所述芯轴凹端圆柱孔的侧壁设有贯通的芯轴凹端径向销孔，所述主杆上导套的侧壁设有主杆上径向销孔，芯轴凹端径向连接销穿过所述芯轴凹端径向销孔和所述主杆上径向销孔将芯轴凹端与所述芯轴主杆相连接。芯轴凹端圆柱孔与主杆上导套通过过盈配合可以保证芯轴凹端与芯轴主杆的同轴度，芯轴凹端径向连接销使芯轴凹端与芯轴主杆之间形成刚性连接，既保证了轴向及径向尺寸的精度和稳定性，又保证了整体结构吊装需要的强度。
[0015]作为本实用新型的改进，所述芯轴凸端的上端面设有芯轴凸端圆柱孔，所述芯轴凸端圆柱孔套装在所述芯轴主杆的主杆下导套上，所述芯轴凸端圆柱孔的侧壁设有贯通的芯轴凸端径向销孔，所述主杆下导套的侧壁设有主杆下径向销孔，芯轴凸端径向连接销穿过所述芯轴凸端径向销孔和所述主杆下径向销孔将芯轴凸端与所述芯轴主杆相连接。芯轴凸端圆柱孔与主杆下导套通过过盈配合可以保证芯轴凸端与芯轴主杆的同轴度，芯轴凸端径向连接销使芯轴凸端与芯轴主杆之间形成刚性连接，既保证了轴向及径向尺寸的精度和稳定性，又保证了整体结构吊装需要的强度。
[0016]作为本实用新型的改进，所述芯轴凹端的上端面设有芯轴凹端轴向销孔，所述芯轴凸端的下端面设有芯轴凸端轴向销孔，所述芯轴凸端轴向销孔中插接有芯轴轴向定位销，所述芯轴轴向定位销的下端插接在下一层