專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無(wú)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其工業(yè)增加值占國(guó)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(chē)、 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(chǔ)，其發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。隨著產(chǎn)品的多樣化、個(gè)性化，單件、小批量鑄件的需求越來(lái)越多，尤其在產(chǎn)品開(kāi)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(guó)，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(lài)進(jìn)口，特別是大型鑄件生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，質(zhì)量要求高。與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在大型鑄件生產(chǎn)過(guò)程中存在生產(chǎn)工序多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)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(bǔ)修復(fù)量大問(wèn)題。傳統(tǒng)鑄型生產(chǎn)方法的不確定性和復(fù)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(guó)內(nèi)普遍利用木模進(jìn)行地坑造型。該造型方法不僅造型時(shí)間長(zhǎng)，而且木模成本高，重復(fù)利用率低，鑄造精度低，機(jī)械性能差，不能用于復(fù)雜型面的造型。通常木模的造型周期為一個(gè)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(shí)只需制造一件或兩件鑄件時(shí)，也必須制造一套木模，這樣不僅延長(zhǎng)了鑄件的制造周期，也造成了大量?jī)?yōu)質(zhì)木材的浪費(fèi)。利用木模造型生產(chǎn)的鑄件澆注冷卻后還需要對(duì)其進(jìn)行大量的精整工作，增加了成本，延長(zhǎng)了鑄件的制造周期，因此急需新的造型方法來(lái)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(guò)手工或機(jī)器制芯方法制得砂芯后將其組裝，置于砂坑中進(jìn)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(kāi)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(duì)型砂質(zhì)量要求高，新砂用量大，從而導(dǎo)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(shí)，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(diǎn)定位并使用粘結(jié)劑粘合，容易出現(xiàn)定位不準(zhǔn)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(jiǎn)單定位的，容易出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)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(wú)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(cuò)位，縮短鑄件的生產(chǎn)周期，節(jié)省成本，實(shí)現(xiàn)大型鑄件的無(wú)模組裝過(guò)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(wú)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(diǎn)，對(duì)CAD模型進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)；b)針對(duì)分塊砂塊的定位特點(diǎn)，設(shè)計(jì)分塊裝配面凹凸坎合結(jié)構(gòu)及裝配方式；c)準(zhǔn)備被加工砂塊，可以在砂塊中預(yù)埋緊固件；d)進(jìn)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(jìn)行組裝，砂塊間靠加工的坎合結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，并可以根據(jù)需要采用型芯粘接劑來(lái)連接；f)整體砂型的外圍固定并施加預(yù)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(yù)緊力的方式，可采用平板在多個(gè)方面進(jìn)行壓緊，壓緊力大小利用板間螺栓調(diào)節(jié)或者預(yù)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(shè)計(jì)，其特征在于，所述鑄型的CAD設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計(jì)，如簡(jiǎn)化砂芯，將砂芯與砂型作為整體來(lái)設(shè)計(jì)；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(diǎn)1)實(shí)現(xiàn)了鑄型的數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jī)床加工而成，省去了模樣制造工序，縮短了整個(gè)鑄件的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)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(shè)計(jì)過(guò)程相比，鑄型分塊更加靈活，機(jī)械加工余量小，節(jié)省了大
量金屬液。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說(shuō)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(biāo)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(shí)施例方式根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行澆注系統(tǒng)、冒口、排氣孔、冷鐵等鑄造工藝方面的設(shè)計(jì)，建立鑄型的CAD模型，并根據(jù)鑄型特點(diǎn)對(duì)CAD模型進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)，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(duì)分塊砂塊的定位特點(diǎn)，將整個(gè)砂型分為4個(gè)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(gè)連接面分別采用斜面和階梯的裝配形式。并確定整個(gè)鑄型的組裝。對(duì)分塊砂塊進(jìn)行虛擬組裝，進(jìn)行鑄型整體關(guān)聯(lián)的三維設(shè)計(jì)，對(duì)組型、下芯過(guò)程進(jìn)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(fù)進(jìn)行鑄造工藝的CAE模擬實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)，混制單塊砂塊并在混制過(guò)程中可以預(yù)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(diǎn)，對(duì)于輪廓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的砂型，采用專(zhuān)用數(shù)控切削設(shè)備進(jìn)行加工；形狀較復(fù)雜的砂型(芯)采用快速原型的方法進(jìn)行加工制造或其二者的結(jié)合。對(duì)分塊砂塊進(jìn)行整體組裝的過(guò)程中，根據(jù)原來(lái)的CAD模型分塊設(shè)計(jì)進(jìn)行加工好的砂塊組裝，并通過(guò)裝配面間的坎合結(jié)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)固定。同時(shí)，采用裝卡裝置在組合好的整體砂型外圍施加預(yù)緊力如圖4箭頭方向所示，進(jìn)一步防止砂塊間的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，完成整個(gè)鑄型的組裝；根據(jù)組裝鑄型的特點(diǎn)，可以采用粘結(jié)劑對(duì)某些配合的局部位置或者坎合面進(jìn)行粘接。以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述是示意性的，沒(méi)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(jìn)行其他實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于坎合結(jié)構(gòu)的無(wú)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(diǎn)，對(duì)CAD模型進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)；b)針對(duì)分塊砂塊的定位特點(diǎn)，設(shè)計(jì)分塊裝配面凹凸坎合結(jié)構(gòu)及裝配方式；c)準(zhǔn)備被加工砂塊，可在砂塊中預(yù)埋緊固件；d)進(jìn)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(jìn)行組裝，砂塊間靠加工的坎合結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，并可以根據(jù)需要采用型芯粘接劑來(lái)連接；f)整體砂型的外圍固定并施加預(yù)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(wú)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(wú)模組裝造型方法，其特征在于，所述外圍固定并施加預(yù)緊力的方式，可采用平板在多個(gè)方面進(jìn)行壓緊，壓緊力大小利用板間螺栓調(diào)節(jié)或者預(yù)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(wú)模組裝造型方法，其特征在于，所述分塊設(shè)計(jì)，其特征在于，所述鑄型的CAD設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計(jì)，如簡(jiǎn)化砂芯，將砂芯與砂型作為整體來(lái)設(shè)計(jì)；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(wú)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(diǎn)，對(duì)CAD模型進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)并針對(duì)分塊砂塊的定位特點(diǎn)，在裝配面設(shè)計(jì)出凹凸坎合結(jié)構(gòu)，確定整個(gè)砂型的裝配方式；準(zhǔn)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(jìn)行組裝，砂塊間可以采用型芯粘接劑來(lái)連接；整體砂型的外圍固定并施加預(yù)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(shí)現(xiàn)砂塊的組裝，防止砂塊分塊之間發(fā)生錯(cuò)位。
文檔編號(hào)B22C9/20GK102198487SQ20101015060
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心