一种大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯，该组合式砂芯首次采用了分离组合式砂芯结构，即表层砂芯、内砂芯和基底砂芯均为拼接模块化的砂芯结构，三层砂芯直浇道相互衔接，构成整体的直浇道，确保浇铸液顺利流通、浇注。本实用新型组合式砂芯设计，解决了现有技术中采用整体的上下砂箱以及对应的上下砂芯结构所带来的占地面积大、技术难度大、耗时多、生产效率低下的问题。而且在非制造状态时，组合式砂芯也可以叠加存放，大大节省了占地面积。
【专利说明】
一种大型航天器铸镆结构件制造用组合式砂芯
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯，用于制造航天器 推进模块结构仪器圆盘，属于铸造技术领域。
【背景技术】
[0002] 进入二十一世纪以来，我国的航天事业获得了长足的发展，卫星等航天器外形尺 寸逐渐增大，且要求平台结构轻量化。在金属结构材料中，密度最小的镁合金以其良好的生 物兼容性、最高的比刚度和比强度、优良的工艺性能、较好的耐腐蚀性能在航天器大型平台 中广为应用。
[0003] 随着我国航天事业的飞速发展，深究探测的进行、空间站的建立、大运载火箭的需 求，对航天器铸件产品的超大型化和紧密化发展提出了更高的要求，大型铸件产品的外形 尺寸将达到4000mm，二代军用中继卫星、低轨遥感、高轨电子侦察大平台卫星、货运飞船等 采用的铸造结构件则将达到（p2800mm-cp4200mm。
[0004] 目前，我国2000mm以下的超大型镁合金结构件技术较为成熟，但对于尺寸达到 cp2000mm、尤其是(p2800mm-(p4200mm以上的超大型镁合金构件还急待发展。现有技 术中，在铸造以上超大型镁合金构件时，仍然停留在采用传统的工装设计方法上，即分别铸 造同样超大尺寸的上下砂箱，而且在完成上下砂箱的铸造后还需要进行整体砂芯的铸造。
[0005] 由于超大型镁合金构件的上下砂箱占地面积很大，所以对于生产场地、存放场地 要求很高，该技术不适用于小型生产单位;另一方面，上下砂箱的构件铸造因尺寸太大，所 以也提高了生产的难度、耗时增大，降低了生产效率。同样地，整体砂芯的铸造也存在占用 生产场地、存放场地的要求以及技术难度提升的问题。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中大型航天器铸镁结构件制造时对 于利用整体砂芯的生产一直采用整体铸造的方式导致占地面积大、存放面积大、技术难度 高的问题，进而提供一种节约占地、技术简单、易操作的组合式砂芯。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯，其特征在于，具有三层砂芯结构， 分别为基底砂芯，所述基底砂芯由若干基底分砂芯拼接组成；
[0009] 内砂芯，设置在基底砂芯的表层上，和基底砂芯接触设置；
[0010] 表层砂芯，设置在内砂芯的表层上，和内砂芯接触设置；
[0011] 所述基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均呈圆环状且形状、大小相同；
[0012] 表层砂芯由若干个表层分砂芯拼接组成，所述表层分砂芯呈扇形结构，在每个扇 形表层分砂芯上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一直浇道，至少有两 个贯通孔为冒口；
[0013] 内砂芯在与所述表层砂芯直浇道对应的位置开设有与第一直浇道连通的第二直 浇道；内砂芯由若干个内分砂芯拼接组成，并形成纵截面为"工"字形的铸件型腔，所述铸件 型腔和冒口连通，与所述铸件型腔连通在靠近所述第二直浇道开设有内浇道，与所述内浇 道进一步连通且进一步靠近所述第二直浇道开设有横浇道；内分砂芯经拼接后，形成环形 "工，，字形的铸件型腔、环形内浇道、环形横浇道；
[0014] 在基底砂芯上开设有浇口涡，所述浇口涡与所述第二直浇道对应连通设置，与浇 口涡连通延伸设置有底层横浇道，所述底层横浇道对应设置在内砂芯所述横浇道下方且与 所述横浇道通过浇口涡连通;基底分砂芯经拼接后，形成环形底层横浇道。
[0015] 每个所述表层分砂芯由至少三个表层分砂芯微单元组成，所述表层分砂芯微单元 沿径向均分所述表层分砂芯。
[0016] 在表层砂芯的径向截面上，设置有一个第一直浇道和两个贯通孔，且第一直浇道 位于所述两个贯通孔的中间位置。
[0017] 每个内分砂芯由若干内分砂芯微单元组成，所述内分砂芯微单元沿基底分砂芯径 向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平 均分配该扇形单元的其余面积的外围单元组成。
[0018] 所述第二直浇道位于圆形微单元的中心。
[0019] 每个所述基底分砂芯由若干基底分砂芯微单元组成，所述基底分砂芯微单元沿基 底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形 微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元组成，底层横浇道设置在所述圆形微 单元内。
[0020] 第一直浇道和第二直浇道为圆柱形；冒口为梯形，且冒口上端宽度大于下端宽度。 [0021 ]本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0022] 本实用新型所述的大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯，该组合式砂芯包括 三层砂芯结构，分别为基底砂芯、内砂芯和表层砂芯；且内砂芯设置在基底砂芯的表层上， 和基底砂芯接触设置;表层砂芯设置在内砂芯的表层上，和内砂芯接触设置;基底砂芯、内 砂芯和表层砂芯均呈圆环状且形状、大小相同。表层砂芯由若干个扇形结构表层分砂芯拼 接组成，在每个扇形表层分砂芯上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一 直浇道，至少有两个贯通孔为冒口；内砂芯在与表层砂芯直浇道对应的位置开设有与第一 直浇道连通的第二直浇道；内砂芯由若干个内分砂芯拼接组成，并形成纵截面为"工"字形 的铸件型腔，所述铸件型腔和冒口连通，与所述铸件型腔连通在靠近所述第二直浇道开设 有内浇道，与内浇道进一步连通且进一步靠近第二直浇道开设有横浇道；内分砂芯经拼接 后，形成环形"工"字形的铸件型腔、环形内浇道、环形横浇道。基底砂芯同样由若干基底分 砂芯拼接组成。
[0023] 本实用新型所述的组合式砂芯首次采用了分离组合式砂芯结构，即基底砂芯、内 砂芯和表层砂芯均为拼接模块化的砂芯结构，一方面保证了浇铸液可以通过表层砂芯、内 砂芯的结构设计形成流通、独特的浇铸通道结构，保证了浇铸液的顺利流通、浇铸，同时也 省去了现有技术中采用整体的上下砂箱以及对应的上下砂芯结构所带来的占地面积大、技 术难度大、耗时多、生产效率低下的问题。而且在非制造状态时，组合式砂芯也可以叠加存 放，大大节省了占地面积。
【附图说明】
[0024] 为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施 例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0025] 图1是表层砂芯结构不意图；
[0026] 图2是内砂芯结构示意图；
[0027 ]图3是基底砂芯结构不意图；
[0028]图4是表层砂芯、内砂芯组合状态纵向截面图。
[0029] 图中附图标记表不为：1-表层砂芯，2-内砂芯，3-基底砂芯，4-表层分砂芯，5-第一 直浇道，6-冒口，7-第二直浇道，8-内分砂芯，9-铸件型腔，10-内浇道，11-横浇道，12-底层 横饶道，13-基底分砂芯，14-表层分砂芯微单元，15-内分砂芯微单元，16-圆形微单元，17-外围单元，18-饶口祸。
【具体实施方式】
[0030] 本实用新型所述的大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯，其具有三层砂芯结 构，分别为表层砂芯1、内砂芯2和基底砂芯3，其组合状态见图4所示。
[0031] 其中，表层砂芯1结构见图1所示，其包括设置在内砂芯2的表层上，和内砂芯2接触 设置。从形状上看，其呈圆环形。表层砂芯1由若干个表层分砂芯4拼接组成，所述表层分砂 芯4呈扇形结构，在每个扇形表层分砂芯4上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一 个为第一直浇道5，至少有两个贯通孔为冒口 6。其中，对于表层分砂芯4的设置，可以根据实 际工程需求设置其数量，从而根据数量来确定各表层分砂芯4的大小，此外，对于贯通孔的 设计也要考虑工程的实际需求，但是无论贯通孔的个数设置多少，至少要保证贯通孔中一 个为第一直浇道5，两个为冒口 6。对于直浇道和冒口 6的设置，一般第一直浇道5要设置在两 个冒口 6之间的位置上，作为优选的实施方式，会将第一直浇道5和两个冒口 6的位置按照如 下设置进行设计：即在表层砂芯1的径向截面上，第一直浇道5位于所述两个贯通孔的中间 位置，也就是说，两个冒口 6以第一直浇道5为中心对称设置。
[0032] 内砂芯2的结构见图2所示，其设置在基底砂芯3的表层上，和基底砂芯3接触设置。 从形状上看，内砂芯2同样呈圆环形，和前述表层砂芯1的形状、大小相同。从结构来看，内砂 芯2在与所述表层砂芯1直浇道对应的位置开设有与第一直浇道5连通的第二直浇道7;内砂 芯2由若干个内分砂芯8拼接组成，并在内砂芯2内部形成纵截面为"工"字形的铸件型腔9， 在设置时，要求铸件型腔9和冒口 6连通，此外，与铸件型腔9连通在靠近第二直浇道7的方向 开设有内浇道10。与内浇道10进一步连通且进一步靠近第二直浇道7的方向开设有横浇道 11。上述结构的内分砂芯8经拼接后，形成环形"工"字形的铸件型腔9、环形内浇道10、环形 横浇道11。
[0033] 基底砂芯3结构见图3所示，基底砂芯3位于组合砂芯的最底端，基底砂芯3由若干 基底分砂芯13拼接组成。基底砂芯3和内砂芯2以及表层砂芯1均呈圆环状且形状、大小完全 相同。在基底砂芯3上开设有浇口涡18，浇口涡18与第二直浇道7对应连通设置，与浇口涡18 连通延伸设置有底层横浇道12,底层横浇道12对应设置在内砂芯所述横浇道11下方且与横 浇道11通过浇口涡18连通;基底分砂芯13经拼接后，形成环形底层横浇道。
[0034] 作为可以优选的实施方式，本实用新型所述的组合式砂芯，每个表层分砂芯4由至 少三个表层分砂芯微单元14组成，所述表层分砂芯微单元14沿径向均分所述表层分砂芯4。 在图1中给出了最优的实施方式，即每个表层分砂芯4沿径向从内到外由三个表层分砂芯微 单元14组成。
[0035] 作为优选的实施方式，本实用新型所述的组合式砂芯，每个内分砂芯8由若干内分 砂芯微单元15组成，对于内分砂芯微单元15的数量可以根据实施需求进行设置。优选所述 基底分砂芯13微单元沿基底分砂芯13径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的 扇形单元由位于中心的圆形微单元16和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元17组 成。作为可以变换的实施方式，优选所述第二直浇道7位于圆形微单元16的中心。
[0036] 作为在上述实施方式的基础上，优选每个所述基底分砂芯13由若干基底分砂芯13 微单元组成，对于基底分砂芯13微单元的数量可以根据实施需求进行设置。优选基底分砂 芯13微单元沿基底分砂芯13径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成，中间的扇形单元 由位于中心的圆形微单元16和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元17组成，底层横 浇道12设置在所述圆形微单元16内。
[0037] 在上述实施例中，设置第一直浇道5和第二直浇道7为圆柱形；冒口 6为梯形，且冒 口 6上端宽度大于下端宽度。
[0038] 本实用新型所述的组合式砂芯，在工作时，浇铸液从表层砂芯1的第一直浇道5浇 口进入，流动至底层横浇道12,浇铸液在底层横浇道12内不断蓄积液面上升进而进入横浇 道11内，逐渐将横浇道11充满后经横浇道11进入型腔内实现铸件的浇铸生产。在浇铸过程 中，气体、杂质和多余的溶液就会进一步向上涌流通过冒口溢出来，溶液冷却体积随之缩 小，冒口层溶液就用来补充满铸件型腔。
[0039] 虽然本实用新型已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普 通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的 变化，均属于本实用新型所要保护的范围。
【主权项】
1. 一种大型航天器铸镁结构件制造用组合式砂芯，其特征在于，具有三层砂芯结构，分 别为基底砂芯，所述基底砂芯由若干基底分砂芯拼接组成； 内砂芯，设置在基底砂芯的表层上，和基底砂芯接触设置； 表层砂芯，设置在内砂芯的表层上，和内砂芯接触设置； 所述基底砂芯、内砂芯和表层砂芯均呈圆环状且形状、大小相同； 表层砂芯由若干个表层分砂芯拼接组成，所述表层分砂芯呈扇形结构，在每个扇形表 层分砂芯上开设有多个贯通孔，在多个贯通孔中至少有一个为第一直浇道，至少有两个贯 通孔为冒口； 内砂芯在与所述表层砂芯直浇道对应的位置开设有与第一直浇道连通的第二直浇道； 内砂芯由若干个内分砂芯拼接组成，并形成纵截面为"工"字形的铸件型腔，所述铸件型腔 和冒口连通，与所述铸件型腔连通在靠近所述第二直浇道开设有内浇道，与所述内浇道进 一步连通且进一步靠近所述第二直浇道开设有横浇道；内分砂芯经拼接后，形成环形"工" 字形的铸件型腔、环形内浇道、环形横浇道； 在基底砂芯上开设有浇口涡，所述浇口涡与所述第二直浇道对应连通设置，与浇口涡 连通延伸设置有底层横浇道，所述底层横浇道对应设置在内砂芯所述横浇道下方且与所述 横浇道通过浇口涡连通;基底分砂芯经拼接后，形成环形底层横浇道。2. 根据权利要求1所述的组合式砂芯，其特征在于，每个所述表层分砂芯由至少三个表 层分砂芯微单元组成，所述表层分砂芯微单元沿径向均分所述表层分砂芯。3. 根据权利要求1或2所述的组合式砂芯，其特征在于，在表层砂芯的径向截面上，设置 有一个第一直浇道和两个贯通孔，且第一直浇道位于所述两个贯通孔的中间位置。4. 根据权利要求3所述的组合式砂芯，其特征在于，每个内分砂芯由若干内分砂芯微单 元组成，所述内分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元拼接组成， 中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的外围单元 组成。5. 根据权利要求4所述的组合式砂芯，其特征在于，所述第二直浇道位于圆形微单元的 中心。6. 根据权利要求4所述的组合式砂芯，其特征在于，每个所述基底分砂芯由若干基底分 砂芯微单元组成，所述基底分砂芯微单元沿基底分砂芯径向由内到外分别由三个扇形单元 拼接组成，中间的扇形单元由位于中心的圆形微单元和平均分配该扇形单元的其余面积的 外围单元组成，底层横浇道设置在所述圆形微单元内。7. 根据权利要求3所述的组合式砂芯，其特征在于，第一直浇道和第二直浇道为圆柱 形；冒口为梯形，且冒口上端宽度大于下端宽度。
【文档编号】B22C9/08GK205414319SQ201520956826
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月26日
【发明人】化宜文, 王登峰, 高斌, 张军, 张高龙, 王玉凤, 王利平, 武鹏, 毕瑞祺, 邓智燕
【申请人】山西神舟航天科技有限公司