一种耐高温的离心铸造用砂箱的制作方法

本发明属于铸造装备技术领域，具体涉及一种耐高温的离心铸造用砂箱。

背景技术：

高温钛合金与钛铝合金因密度小、比强度大、优良的拉伸性能及韧性、优良的抗蠕变和抗疲劳性能、良好的组织稳定性和抗氧化性等特点而被广泛地应用于航天领域。然而，这两种合金铸造时充填流动性差，且冷却过程中的应力大，易开裂，使得其铸件完整性、可靠性大打折扣。已经有多项研究表明，提高浇注时铸型或型壳的温度可大大改善高温钛合金与钛铝合金的充型能力，浇注完成再将型壳保温一段时间后冷却可明显起到缓释应力，减少变形并抑制开裂的作用。另外，离心浇注也可有效提高金属液的充填能力，改善铸件的组织致密性，尤其对铸件的完整成形有着很好的保障，一些大型复杂薄壁铸件或回转体类铸件，通常都需采用离心铸造。由此，便提出了适合高温钛合金、钛铝合金复杂铸件成形的型壳加热-离心浇注-保温凝固的新型铸造工艺。

考虑型壳本身强度及结构问题，难以单独将其平稳牢固地固定于离心托盘上进行浇注，需要先将其置于特定砂箱内然后在周围填充耐火砂进行固定。但目前还没有一种砂箱能同时满足对型壳进行加热-离心浇注-保温凝固的新型工艺要求。

为此，开发一种可以满足对型壳进行加热、保持长时间高温的同时能进行离心浇注的工艺砂箱，具有十分重要的意义。

技术实现要素：
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基于上述技术缺陷本发明提供了一种耐高温的离心铸造用砂箱。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种耐高温的离心铸造用砂箱，包括外箱体、内箱体和盖板，所述内箱体利用耐高温紧固件可拆卸式安装在所述外箱体内，所述盖板利用所述耐高温紧固件安装在所述砂箱上，所述外箱体利用耐高温紧固件固定安装在离心盘上，所述砂箱整体使用耐高温材质制造。

优选地，所述外箱体底部内表面设置有定位母头，所述内箱体底部外表面设置有定位公头，所述定位公头和所述定位母头相互契合固定。

优选地，所述定位母头和定位公头均为具有一定厚度和高度的圆环状结构，所述定位公头的外壁与所述定位母头的内壁间隙配合。

优选地，所述内箱体与外箱体上均对应开设有若干通孔，所述通孔有高低多组设置，所述外箱体与内箱体的上端沿周向均设置有相对应的法兰，所述内箱体的底部外表面设置有多个安装块，所述安装块上开设有螺纹孔，所述螺纹孔与外箱体上的通孔相对应。

优选地，所述盖板包括顶部盖板和中间盖板，所述顶部盖板安装在所述法兰上，所述中间盖板安装在所述内箱体内部。

优选地，所述中间盖板周边设置有翻边，所述翻边上开设有安装孔，所述安装孔与所述通孔相对应并用所述耐高温紧固件安装固定。

优选地，所述内箱体的法兰上设置有吊耳。

优选地，所述耐高温材质为2520钢，所述耐高温紧固件为利用gh4169合金制造的螺栓螺母。

优选地，所述内箱体和所述外箱体均为圆筒形，所述定位母头、定位公头、内箱体和外箱体均为同轴设置。

优选地，所述外箱体和内箱体上均设置有多根加强筋。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)本发明通过将砂箱设计为内外双层的箱体结构，一改传统的单筒式设计，可先将外箱体与离心盘同轴固定安装后，再将内箱体通过定位公头与定位母头的配合同轴安装于外箱体内，以此方式，可实现先将外箱体在离心盘上安装，并一次性找正固定，之后内箱体可多次拆装，并在安装过程中快速进行同心定位，以此，便可大大提高施工效率，不需要施加以传统的单筒式设计来进行每拆装一次的找正工序；通过将定位公头与定位母头设置为具有一定厚度和高度的圆环状结构，其圆心均与内外箱体同轴，以此可对砂箱在离心转动过程中装置整体的平衡性和稳定性做出一定的贡献；通过将砂箱整体利用耐高温材质来制造，可提高砂箱整体的耐高温能力，以保证在对型壳进行高温加热及离心转动时砂箱整体的稳固性。

(2)本发明提供的砂箱可承载型壳与耐火砂，连同离心盘一起被送入加热设备或真空熔铸设备内进行加热或保温，这样便可实现浇注前的型壳加热与浇注后的保温凝固工艺；另外本发明提供的砂箱除可满足重力浇注外，也可在室温或热态下随离心盘进行离心旋转，满足离心浇注工艺。本发明提供的砂箱满足了型壳加热-离心浇注-保温凝固的新型工艺要求。

(3)本发明将盖板设计为顶部盖板和中间盖板相互组合的形式，并且中间盖板设置有不同的安装高度，可以实现针对不同大小的型壳而进行适应性选择。如当型壳体积相对较小时，可选用中间盖板与合适的中间盖板安装高度，以此来保证只需填充中间盖板以下空间体积的耐火砂，便可使得型壳相对稳定的浸埋在耐火砂中，从而避免了须将整个内箱体填充耐火砂，才能将型壳固定的情形，如此，也避免了耐火砂浪费的情形。进一步提高了砂箱的通用性。

(4)本发明所提供的砂箱，由于是内外箱体的分体式设计，故可以在浇注完成后拆卸紧固内外箱体的螺栓螺母，将内箱体从外箱体中吊出并运送至开阔平坦区域，再进行直接翻倒式的清砂取壳，如此，便避免了操作人员在狭小不便的空间内进行清砂取壳的情形。

附图说明：

图1为本发明一实施例提供的外箱体立体结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的外箱体立体结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的内箱体立体结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的内箱体立体结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的中间盖板立体结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的顶部盖板立体结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的砂箱整体立体结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的砂箱轴向剖面结构示意图。

附图标记说明：

1-外箱体箱底；2-母头定位圆环；3-外箱体箱壁；4-外箱体加强筋；5-外箱体顶部法兰；6a-外箱体底部a通孔；6b-外箱体底部b通孔；7-外ⅰ系列通孔；8-外ⅱ系列通孔；9-外ⅲ系列通孔；10-外ⅳ系列通孔；11-内箱体箱底；12-公头定位圆环；13-内箱体箱壁；14-内箱体加强筋；15-内箱体顶部法兰；16-安装块；17-内ⅰ系列螺纹孔；18-内ⅱ系列通孔；19-内ⅲ系列通孔；20-内ⅳ系列通孔；21-内ⅴ系列螺纹孔；22-吊耳；23-中间盖板通孔；24-中间盖板开口；25-顶部盖板通孔；26-顶部盖板开口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种耐高温的离心铸造用砂箱，包括外箱体、内箱体和盖板，所述内箱体利用耐高温紧固件可拆卸式安装在所述外箱体内，所述盖板利用所述耐高温紧固件安装在所述砂箱上，所述外箱体利用耐高温紧固件固定安装在离心盘上，所述砂箱整体使用耐高温材质制造。

以下通过具体实施例进行详细说明，如图7和图8所示，所述铸造用砂箱，包括外箱体、内箱体和盖板。

如图1和图2所示，均为外箱体立体结构示意图。所述外箱体为圆筒形，其整体利用耐高温材质2520钢制造而成，其壁厚为5mm，外箱体箱壁3与外箱体箱底1焊接而成，其中外箱体箱底1为圆饼形并与外箱体箱壁3同心，所述外箱体箱底1的厚度为10mm，外箱体箱底1的直径大于外箱体箱壁3的外径，即在箱体外部留有第一余边；所述第一余边上开设有均分的6个外箱体底部a通孔6a，同样，在外箱体箱壁3的内部并在外箱体箱底1上亦开设有6个均分的外箱体底部b通孔6b，所述外箱体底部a通孔圆心处于关于外箱体箱底1的同心圆上，同样，外箱体底部b通孔圆心亦处于关于外箱体箱底1的同心圆上。

所述外箱体箱壁3的顶端同心焊接有外箱体顶部法兰5，外箱体顶部法兰5的厚度为10mm，所述外箱体顶部法兰5的外径与外箱体箱底1的直径相同，其上亦在同心圆上开设有均分的6个外ⅳ系列通孔10，所述外ⅳ系列通孔10与所述外箱体底部a通孔6a同轴。

在外箱体顶部法兰5至底部第一余边之间竖直焊接有均分的6根外箱体加强筋4，外箱体加强筋4厚度5mm。

在外箱体箱壁3上开设有均分的6个外ⅰ系列通孔7、外ⅱ系列通孔8和外ⅲ系列通孔9，将所述外ⅰ系列通孔7可设置在距外箱体箱底1内表面的25mm～35mm处，将所述外ⅱ系列通孔8可设置在距外箱体箱底1内表面的300mm～350mm处，将所述外ⅲ系列通孔9可设置在距外箱体箱底1内表面的400mm～450mm处。其中，所述外箱体加强筋4与外ⅰ系列通孔7不在同一径向上，即外箱体加强筋4中心与同水平面的筒壁圆心的连线较外ⅰ系列通孔的中心与同水平面的筒壁圆心的连线偏差30°。

在外箱体箱底1上同心焊接有一母头定位圆环2，该定母头位圆环2具有一定的高度和厚度。

如图3和4所示，均为内箱体立体结构示意图。所述内箱体为圆筒形，其整体利用耐高温材质2520钢制造而成，其壁厚为5mm，内箱体箱壁13与内箱体箱底11焊接而成，其中内箱体箱底11为圆饼形并与内箱体箱壁13同心，内箱体箱底11的厚度为10mm，内箱体箱底11的直径大于内箱体箱壁13的外径，即在内箱体外部留有第二余边；所述内箱体箱底11的底面沿周向均分安装有6个安装块16，所述安装块16上还开设有一内ⅰ系列螺纹孔17。所述内ⅰ系列螺纹孔17用于与外ⅰ系列通孔7通过螺栓连接来实现内外箱体的底部紧固。所述内箱体箱底11的底面还同心焊接有一定厚度和高度的公头定位圆环12，该公头定位圆环12与上述的母头位圆环2相互契合，即公头定位圆环12外圆与母头位圆环2的内圆相互间隙配合。

在所述内箱体箱壁13上沿周向均分开设有2圈通孔，每圈6个，分别为内ⅱ系列通孔18与内ⅲ系列通孔19，其在箱壁上的位置分别与外ⅱ系列通孔8、外ⅲ系列通孔9对应，并处于同一高度位置。内ⅱ系列通孔18与外ⅱ系列通孔8通过螺栓螺母连接实现内外箱体的中部紧固，内ⅲ系列通孔19与外ⅲ系列通孔9通过螺栓螺母连接实现内外箱体另一高度的中部紧固。

所述内箱体箱壁13的顶端还焊接有内箱体顶部法兰15，所述内箱体顶部法兰15为圆环形，其外径大于内箱体箱底11的直径，在内箱体顶部法兰15上沿周向均分开设有6个内ⅳ系列通孔20，在同一径向上开设有6个内ⅴ系列螺纹孔21。所述内ⅳ系列通孔20与所述外ⅳ系列通孔10通过螺栓螺母配合，以此来紧固内外箱体的上部。所述内箱体顶部法兰15还焊接有吊耳22。

所述内箱体顶部法兰15与所述第二余边之间均分焊接有6根内箱体加强筋14，内箱体加强筋14厚度5mm。

图5为中间盖板立体结构示意图，如图5所示，中间盖板为圆饼形，其中心处开设有同心的圆形中间盖板开口24，所述中间盖板圆周上设置有一定高度的翻边，所述翻边上均分开设有6个中间盖板通孔23，所述中间盖板通孔23可根据实际需要与所述内ⅱ系列通孔18或内ⅲ系列通孔19对应螺栓连接。所述实际需要具体为：根据型壳体积大小选用不同高度的通孔进行螺栓安装。其中，型壳的浇筑口可通过所述中间盖板开口24伸出。

图6为顶部盖板立体结构示意图，如图6所示，顶部盖板为圆饼形，其中心处开设有同心的圆形顶部盖板开口26，其周向上还均分开设有6个顶部盖板通孔25。所述顶部盖板开口26的作用与上述中间盖板开口24的作用相同。所述顶部盖板通孔25与所述内ⅴ系列螺纹孔21相对应，并用螺栓螺母进行安装紧固。当然通过这样的安装方式可知，顶部盖板的直径大于中间盖板的直径，中间盖板的直径与内箱体的内径相当。

针对上述砂箱及紧固件，所述安装块16的材质采用gh4169合金，内外箱体其他结构的材质均采用2520钢，用于紧固顶部盖板的小螺栓采用2520钢，其他螺栓螺母的材质采用gh4169合金。

本发明通过将砂箱设计为内外双层的箱体结构，一改传统的单筒式设计，可先将外箱体与离心盘同轴固定安装后，再将内箱体通过定位公头与定位母头的配合同轴安装于外箱体内，以此方式，可实现先将外箱体在离心盘上安装，并一次性找正固定，之后内箱体可多次拆装，并在安装过程中快速进行同心定位，以此，便可大大提高施工效率，不需要施加以传统的单筒式设计来进行每拆装一次的找正工序；通过将定位公头与定位母头设置为具有一定厚度和高度的圆环状结构，其圆心均与内外箱体同轴，以此可对砂箱在离心转动过程中装置整体的平衡性和稳定性做出一定的贡献；通过将砂箱整体利用耐高温材质来制造，可提高砂箱整体的耐高温能力，以保证在对型壳进行高温加热及离心转动时砂箱整体的稳固性。

本发明将盖板设计为顶部盖板和中间盖板相互组合的形式，并且中间盖板设置有不同的安装高度，可以实现针对不同大小的型壳而进行适应性选择。如当型壳体积相对较小时，可选用中间盖板与合适的中间盖板安装高度，以此来保证只需填充中间盖板以下空间体积的耐火砂，便可使得型壳相对稳定的浸埋在耐火砂中，从而避免了须将整个内箱体填充耐火砂，才能将型壳固定的情形，如此，也避免了耐火砂浪费的情形。进一步提高了砂箱的通用性。

本发明提供的砂箱可承载型壳与耐火砂，最重可达500kg，可在室温～800℃热态下随同离心盘进行0～400r/min的离心旋转，进行离心浇注或重力静止浇注。该砂箱装入型壳与耐火砂后，可将其连同离心盘一起送入真空离心铸造设备内进行加热与保温，这样便可实现浇注前的型壳加热与浇注后的保温凝固工艺。

本发明所提供的砂箱，由于是内外箱体的分体式设计，故可以在浇注完成后拆卸紧固内外箱体的螺栓螺母，将内箱体从外箱体中吊出并运送至开阔平坦区域，再进行直接翻倒式的清砂取壳，如此，便避免了操作人员在狭小的室内进行清砂取壳的情形。

本发明实施例所提供砂箱的使用方法如下：

(1)将外箱体吊至离心盘上并进行找正，而后采用螺栓螺母进行紧固；

(2)在外界地面上先往内箱体底部垫一层耐火砂，内箱体底部所垫耐火砂的厚度需保证型壳浇口适当伸出中间盖板或顶部盖板开口一些，然后将型壳装入砂箱并放置平稳，并往型壳与内箱体的间隙处填充耐火砂，放置中间盖板或安装顶部盖板；并根据型壳实际高度选择合适地盖板及安装位置。

(3)将内箱体吊运至外箱体上方并“坐落”进外箱体，并通过螺栓螺母及螺栓螺纹孔进行紧固；

(4)浇注完成后拆卸紧固内外箱体的螺栓螺母，并将内箱体从外箱体中吊出、运至开阔平坦区域，可直接翻倒进行清砂取壳。

有益效果：

(1)该砂箱可承载型壳与耐火砂，最重可达500kg，在室温～800℃热态下随同离心盘进行0～400r/min的的离心旋转，进行离心浇注或重力静止浇注。

(2)该砂箱装入型壳与耐火砂后，可将其连同离心盘一起送入真空离心铸造设备内进行加热与保温，这样便可实现浇注前的型壳加热与浇注后的保温凝固工艺，该砂箱允许的加热温度可达800℃。

(3)砂箱分内、外箱体体，外箱体体被牢固地安装固定于离心盘上，内箱体体以“坐落式”吊装进外箱体体内，并通过螺栓螺母或螺栓螺纹孔的方式分别从上、中、下三个位置与外箱体体连接紧固，内外箱体体组装成一整体砂箱，并可随同离心盘稳固地进行离心旋转，同时内外箱体体可拆卸，内箱体体可在设备外部自由搬运。

(4)可以在平坦开阔的区域将型壳装入内箱体体并进行耐火砂的填充，然后再将装着型壳与耐火砂的内箱体体吊运至安装于离心盘上的外箱体体上方，并以“坐落式”装配进去，然后紧固连接内外箱体体。同样地，浇注结束后可以先将内箱体体从外箱体体中吊出并运至平坦开阔的区域进行卸砂、取型壳及清理等操作。该发明将型壳装箱与填砂等操作从设备内转移到平坦开阔的区域进行，执行起来更为方便快捷，大大节省了人工体力，提高了工作效率。

(5)浇注后将内箱体体吊运至地面，可直接翻箱倾倒出耐火砂与型壳，省去了在设备内依靠人力一点一点铲除耐火砂的操作，从而也避免了铲除耐火砂过程中粉尘对工作人员的危害。另外，可以进行更为干净彻底的清理。

(6)有三档不同高度的盖板安装位置，针对不同高度的型壳选用合适的盖板安装位置，避免了因型壳高度远小于内箱体深度而造成的大量填砂情况，从而减少了耐火砂的浪费，提高了耐火砂利用率与砂箱通用性，也利于工作效率的提高。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。