專利名稱：一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型砂型鑄件的鑄型成形方法，屬于鑄造及數(shù)控切削技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
制造業(yè)已發(fā)展成為國民經(jīng)濟的重要組成部分，其工業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的 36%，現(xiàn)居世界第四位。鑄造業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，特別是大型鑄件的制造是汽車、 石化、鋼鐵、電力、造船、紡織和裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)的基礎，其發(fā)展水平是衡量一個國家綜合國力的重要標志。隨著產(chǎn)品的多樣化、個性化，單件、小批量鑄件的需求越來越多，尤其在產(chǎn)品開發(fā)研制階段，并要求生產(chǎn)周期短、更新速度快，傳統(tǒng)的鑄型制造方法難以滿足單件小批量零件的快速制造。在我國，單件、小批量大型鑄件的制造仍沿用傳統(tǒng)的制造工藝，高質(zhì)量關(guān)鍵鑄件主要依賴進口，特別是大型鑄件生產(chǎn)過程復雜，質(zhì)量要求高。與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國在大型鑄件生產(chǎn)過程中存在生產(chǎn)工序多，生產(chǎn)周期長；手工操作，勞動強度大；鑄件加工余量大，原材料消耗多；鑄型制造工藝落后，鑄件成品率低；縮松、縮孔、裂紋等缺陷多，焊補修復量大問題。傳統(tǒng)鑄型生產(chǎn)方法的不確定性和復雜性制約了其鑄件尤其大型鑄件生產(chǎn)。在大型鑄件的造型方法上，國內(nèi)普遍利用木模進行地坑造型。該造型方法不僅造型時間長，而且木模成本高，重復利用率低，鑄造精度低，機械性能差，不能用于復雜型面的造型。通常木模的造型周期為一個月，一套木模的使用壽命是最多制造8件鑄件(中間可能還要有一次模型修理)。有時只需制造一件或兩件鑄件時，也必須制造一套木模，這樣不僅延長了鑄件的制造周期，也造成了大量優(yōu)質(zhì)木材的浪費。利用木模造型生產(chǎn)的鑄件澆注冷卻后還需要對其進行大量的精整工作，增加了成本，延長了鑄件的制造周期，因此急需新的造型方法來改善目前的現(xiàn)狀。組芯造型法也可以用于大型鑄件鑄型的成形。該方法通過手工或機器制芯方法制得砂芯后將其組裝，置于砂坑中進行埋砂造型。該種造型方法不僅減少了工裝木模制作的工作量，提高了安全可靠性，明顯減低鑄件開型、落砂之難度。但是該方法造型效率低、占地面積大，適于大批量鑄件的生產(chǎn)制造，且對型砂質(zhì)量要求高，新砂用量大，從而導致其造型成本偏高，不適于單件、小批量大型鑄件的制造。同時，在現(xiàn)有的組芯造型技術(shù)中，砂芯之間的組合是靠砂芯之間的定位點定位并使用粘結(jié)劑粘合，容易出現(xiàn)定位不準確，粘合不牢固的現(xiàn)象。砂塊與砂塊間的組合采用砂胎，即凸凹的結(jié)構(gòu)形式簡單定位的，容易出現(xiàn)錯位現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是為單件、小批量的大型鑄件鑄型的制造提供一種快速的方法，即基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，旨在提高大型鑄件鑄型的制造速度和精度，防止出現(xiàn)砂塊錯位，縮短鑄件的生產(chǎn)周期，節(jié)省成本，實現(xiàn)大型鑄件的無模組裝過程。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，其特征在于，該方法包括如下步驟a)根據(jù)鑄型特點，對CAD模型進行分塊設計；b)針對分塊砂塊的定位特點，設計分塊裝配面凹凸坎合結(jié)構(gòu)及裝配方式；c)準備被加工砂塊，可以在砂塊中預埋緊固件；d)進行分塊砂塊形狀以及表面坎合結(jié)構(gòu)的加工；e)將分塊砂塊進行組裝，砂塊間靠加工的坎合結(jié)構(gòu)相對固定，并可以根據(jù)需要采用型芯粘接劑來連接；f)整體砂型的外圍固定并施加預緊力，完成砂型組裝。所述坎合結(jié)構(gòu)涉及多峰結(jié)構(gòu)，包括矩形、三角形等鋸齒形式，形狀的寬度為 5-10mm，坎合結(jié)構(gòu)的加工精度誤差為士0. 5mm。所述外圍固定并施加預緊力的方式，可采用平板在多個方面進行壓緊，壓緊力大小利用板間螺栓調(diào)節(jié)或者預埋入砂型中的螺栓調(diào)節(jié)，也可以由外加的汽缸為平板提供壓力。所述分塊設計，其特征在于，所述鑄型的CAD設計有別于傳統(tǒng)的鑄造工藝設計，如簡化砂芯，將砂芯與砂型作為整體來設計；分塊的砂塊之間的分型面可以是水平面、垂直面、階梯面或者是圓弧面等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1)實現(xiàn)了鑄型的數(shù)字化設計與加工制造的一體化，提高了鑄型的精度。2)在該方法中，鑄型直接由數(shù)控機床加工而成，省去了模樣制造工序，縮短了整個鑄件的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。同時節(jié)約了大量用于模樣制作的木材。 3)與傳統(tǒng)鑄造工藝設計過程相比，鑄型分塊更加靈活，機械加工余量小，節(jié)省了大
量金屬液。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明圖1為用于固定組裝砂型的裝卡裝置圖2為三角形的鋸齒坎合結(jié)構(gòu)圖3為矩形狀的坎合結(jié)構(gòu)圖4為組裝砂型的示意圖附圖標記1-外圍夾緊螺栓 2-外圍鎖緊螺母 3-可調(diào)整的定位塊4-定位塊的鎖緊螺母5-調(diào)整壓板一 6-調(diào)整壓板二
具體實施例方式根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點，進行澆注系統(tǒng)、冒口、排氣孔、冷鐵等鑄造工藝方面的設計，建立鑄型的CAD模型，并根據(jù)鑄型特點對CAD模型進行分塊設計，確定分塊砂塊的數(shù)量及分塊的形式等。分塊砂塊之間的結(jié)合面可以是水平方向也可以是垂直方向。針對分塊砂塊的定位特點，將整個砂型分為4個部分(如圖4)，其中，砂塊與砂塊之間的連接采用凹凸坎合結(jié)構(gòu)形式，如圖4中的I及II放大圖；其余兩個連接面分別采用斜面和階梯的裝配形式。并確定整個鑄型的組裝。對分塊砂塊進行虛擬組裝，進行鑄型整體關(guān)聯(lián)的三維設計，對組型、下芯過程進行虛擬組裝。如果虛擬裝配中，出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，需要重新調(diào)整鑄型的分塊及組裝方式，再反復進行鑄造工藝的CAE模擬實驗，最終確定合適鑄型分塊模式和定位形式以及鑄型、型芯的結(jié)構(gòu)。根據(jù)鑄件特點，混制單塊砂塊并在混制過程中可以預埋緊固件，作為單塊砂塊裝配使用。根據(jù)分塊砂塊的結(jié)構(gòu)特點，對于輪廓結(jié)構(gòu)簡單的砂型，采用專用數(shù)控切削設備進行加工；形狀較復雜的砂型(芯)采用快速原型的方法進行加工制造或其二者的結(jié)合。對分塊砂塊進行整體組裝的過程中，根據(jù)原來的CAD模型分塊設計進行加工好的砂塊組裝，并通過裝配面間的坎合結(jié)構(gòu)進行相對固定。同時，采用裝卡裝置在組合好的整體砂型外圍施加預緊力如圖4箭頭方向所示，進一步防止砂塊間的相對錯動，完成整個鑄型的組裝；根據(jù)組裝鑄型的特點，可以采用粘結(jié)劑對某些配合的局部位置或者坎合面進行粘接。以上對本發(fā)明及其實施方式的描述是示意性的，沒有限制性。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，進行其他實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，其特征在于，該方法包括如下步驟a)根據(jù)鑄型特點，對CAD模型進行分塊設計；b)針對分塊砂塊的定位特點，設計分塊裝配面凹凸坎合結(jié)構(gòu)及裝配方式；c)準備被加工砂塊，可在砂塊中預埋緊固件；d)進行分塊砂塊形狀以及表面坎合結(jié)構(gòu)的加工；e)將分塊砂塊進行組裝，砂塊間靠加工的坎合結(jié)構(gòu)相對固定，并可以根據(jù)需要采用型芯粘接劑來連接；f)整體砂型的外圍固定并施加預緊力，完成砂型組裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，其特征在于，所述坎合結(jié)構(gòu)涉及多峰結(jié)構(gòu)，包括矩形、三角形等鋸齒形式，形狀的寬度為5-10mm，坎合結(jié)構(gòu)的加工精度誤差為士0. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，其特征在于，所述外圍固定并施加預緊力的方式，可采用平板在多個方面進行壓緊，壓緊力大小利用板間螺栓調(diào)節(jié)或者預埋入砂型中的螺栓調(diào)節(jié)，也可以由外加的汽缸為平板提供壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，其特征在于，所述分塊設計，其特征在于，所述鑄型的CAD設計有別于傳統(tǒng)的鑄造工藝設計，如簡化砂芯，將砂芯與砂型作為整體來設計；分塊的砂塊之間的分型面可以是水平面、垂直面、階梯面或者是圓弧面等。
全文摘要
一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無模組裝造型方法，屬于鑄造及數(shù)控切削技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先是根據(jù)鑄型特點，對CAD模型進行分塊設計并針對分塊砂塊的定位特點，在裝配面設計出凹凸坎合結(jié)構(gòu)，確定整個砂型的裝配方式；準備被加工砂塊，并分塊加工；將裝配面具有坎合結(jié)構(gòu)的砂塊進行組裝，砂塊間可以采用型芯粘接劑來連接；整體砂型的外圍固定并施加預緊力，完成砂型組裝。該方法省去傳統(tǒng)鑄造模樣，并根據(jù)坎合原理，將分塊砂塊組裝成大型鑄件的鑄型。該方法能夠快速實現(xiàn)砂塊的組裝，防止砂塊分塊之間發(fā)生錯位。
文檔編號B22C9/20GK102198487SQ20101015060
公開日2011年9月28日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者劉豐, 單忠德, 董曉麗 申請人:機械科學研究總院先進制造技術(shù)研究中心