CN113134570B - 用于大型曲面结构铸件的造型方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大型曲面结构铸件的造型方法，属于铸造技术领域，用于解决大型曲面结构铸件造型难的问题，所述造型方法采用三箱造型，将铸件下半部分设置在下铸型、将铸件上半部分设置在中铸型、上铸型作为盖箱形成所述铸件上半部分的内部轮廓，下铸型和中铸型形成铸件的外部轮廓，且下铸型内还配合有内砂芯，所述内砂芯用于形成铸件下半部分的内部轮廓。通过采用三箱造型的方式和下砂箱外部套砂框的方式，解决了两箱造型方式吊运重量超标的问题和下铸型翻箱难的问题；通过设置若干等份的所述中砂芯，避免了铸件上半部分造型的难度和重量超标问题。

Description

用于大型曲面结构铸件的造型方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种用于大型曲面结构铸件的铸造方法。

背景技术

大型水电上冠类铸件，直其铸件直径均在7100mm左右，高度3000mm左右，壁厚在70～150mm之间，铸件净重63t左右，具有形状简单、渐变薄壁的回转体结构，其铸件结构如图1所示，现有成型技术中，以实样模型或回转体刮砂的成型方式两箱造型，先造下箱(2)，翻箱后造上箱(3)，需制作一个芯盒形成内部砂芯(4)，最终将内部砂芯(4)下入下箱(2)，合上箱形成铸型(5)，成型方法相对简单，如图2所示，但造型过程中重体力劳动和大重量的吊运作业较多，不方便操作、且生产效率较低。

其中，实样模型的成型方法有以下问题：

1)需要8000*8000mm的砂型造型，分两箱造型,下箱造型后超重无法翻箱操作，即使改为三箱造型，由于模型结构中圈无法穿通长箱带，翻箱吊运过程砂型会下榻变形甚至报废的风险,而且下箱任然超重；

2)实样模型用木料堆置而成,木料用料量大,另外还需制作内部支撑胎防止在造型流砂时模型下塌或变形，总共用木料约60立方，制作成本昂贵；

3)此类大型曲面类模型,一般数控机床无法整体制作,需要分多个模块加工后组装成整体模型，由于尺寸过大，组装精度和整体强度较低；

4)此类超大直径实样模型制作周期约55天左右，制作周期无法满足造型计划；

5)此类超大直径的薄壁上冠,模型吊运难度大，也不便于运输和存储管理。

其中，回转体刮砂的成型方法有以下问题：

1)大直径产品刮砂量太大，刮砂阻力大几乎推不动刮板，不便于现场操作；

2)刮砂工装准备复杂，需要大跨度的平衡梁、定位轴及支撑架来支撑刮砂板；

3)刮砂前需要三维划线仪进行确认刮砂板定位尺寸；

4)需要两次刮砂，第一次刮下箱砂型,同样下箱翻箱存在超重问题无法操作，翻箱后还需刮上箱砂胎,这种大直径薄壁的刮砂模型只能一次性使用。

5)大直径大砂量的刮砂，且上冠锥度陡立，刮砂的尺寸精度和紧实度相对较低，不能满足铸件质量。

也即，实样模型或回转体刮砂这两种两箱造型的成型方法，无法或者不方便对本大型曲面结构类铸件进行造型。

发明内容

有鉴于以上大型水电上冠两箱造型难的问题，有必要提出一种用于大型曲面结构铸件的造型方法，所述造型方法通过拆分大型曲面结构，实现了高效、减重的造型大型铸件。

一种用于大型曲面结构铸件的造型方法，所述造型方法采用三箱造型，将铸件下半部分设置在下铸型、将铸件上半部分设置在中铸型、上铸型作为盖箱形成所述铸件上半部分的内部轮廓和放置冷铁、冒口等，其中下铸型和中铸型形成铸件的外部轮廓，且下铸型内还配合有内砂芯，所述内砂芯用于形成铸件下半部分的内部轮廓；将配合有内砂芯的所述下铸型、中铸型和上铸型装配组合后，即可形成待浇铸的铸件的完整型腔或整铸型。

所述下铸型的造型方法是，将下砂箱放置在造型平台上；将下铸型用模具安置于所述下砂箱内；在所述下砂箱内设置内浇***料以形成内浇口，并铺设浇铸***；向所述下砂箱内流砂形成下铸型；将所述下铸型翻箱后，在所述下铸型***设置砂框；拆除所述下砂箱，在所述下铸型上对接浇铸***；向所述砂框内流砂形成扩展的下铸型。所述砂框与中砂箱的外部轮廓尺寸相同，从而利于下箱与中箱的装配。所述下砂箱的大小为刚好容纳所述下铸型用模具，从而使得下铸型的重量最轻，从而利于下铸型的翻箱。

优选地，在所述砂框内设置若干空腔体，所述空腔体设置在下铸型与砂框之间。所述空腔体占据了原本型砂的位置，从而降低了所述扩展的下铸型需要的型砂量，从而实现了扩展的下铸型的砂铁比的降低。

优选地，还可以在所述下砂箱内设置芯头定位活料，以形成芯头定位结构，从而方便砂芯的定位和/或型芯的装配。

优选地，还可以在所述下砂箱内设置箱带连接件，从而提升下铸型的整体强度，避免下铸型的溃散。

所述中铸型的造型方法是，将容纳在中砂箱中的所述铸件上半部分切分为若干等份，每个等份通过芯盒制作出相应的中砂芯；将中砂箱设置在所述扩展的下铸型上，将若干所述中砂芯置于所述中砂箱内；在所述中砂芯与所述中砂箱之间流砂形成中铸型。

优选地，所述中砂芯上设有芯头定位结构，与所述下铸型上的芯头定位结构相互配合，使若干所述中砂芯能够被设置的指定的位置，从而实现若干所述中砂芯的良好配合，从而形状完整形状的所述铸件上半部分的外轮廓。

所述上铸型的造型方法是，将内圈定位活料设置在所述下铸型用模具上；将外圈定位活料设置在中砂芯的上边缘处；在所述内圈定位活料和外圈定位活料之间设置若干分段活料；向所述内圈定位活料和外圈定位活料之间的区域流砂，制作上铸型的砂模；将上砂箱置于所述中砂箱上，并在所述砂模上放置冒口、冷铁等，流砂形成上铸型。

优选地，在两两所述分段活料之间设有芯骨，所述芯骨用于提升所述砂模的强度。

优选地，在所述分段活料之间还设有吊运件，以方便所述砂模的吊运。

作为本技术方案的一种补充，上铸型造型完毕后，打开上铸型，将下铸型和上铸型取出并进行施涂，以提升铸型的耐高温能力。

本发明技术方案的有益效果：通过采用三箱造型的方式和下砂箱外部套砂框的方式，解决了两箱造型方式吊运重量超标的问题和下铸型翻箱难的问题；通过设置若干等份的所述中砂芯，避免了铸件上半部分造型的难度和重量超标问题。

附图说明

图1是大型水电上冠结构示意图；

图2是两箱造型方式示意图；

图3是三箱造型方式示意图；

图4是下砂箱中配合下铸型用模具状态示意图；

图5是设有砂框的下铸型示意图；

图6是扩展的下铸型示意图；

图7是中砂芯芯盒示意图；

图8是中砂芯示意图；

图9是中箱组芯示意图；

图10是中铸型示意图；

图11是上箱组块示意图；

图12是上铸型示意图；

其中，1-大型水电上冠；2-下箱；3-上箱；4-内砂芯；5-整铸型；6-下铸型用模具；7-下砂箱；8-芯头定位结构；9-内浇口；10-箱带连接件；11-砂框；12-平尺；13-扩展的下铸型；14-中铸型；15-中砂芯；16-芯盒；17-中砂箱；18-内圈定位活料；19-上铸型；20-外圈定位活料；21-刮砂板；22-分段活料；23-空腔体；24-砂模。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，结合附图对发明内容的技术方案进行详细说明，显而易见地，以下描述是本发明的一些典型实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的解决方案。

本发明所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，所述造型方法采用三箱造型，将铸件下半部分设置在下铸型、将铸件上半部分设置在中铸型、上铸型作为盖箱形成所述铸件上半部分的内部轮廓和放置冷铁、冒口等，其中下铸型和中铸型形成铸件的外部轮廓，且下铸型内还配合有内砂芯，所述内砂芯用于形成铸件下半部分的内部轮廓；将配合有内砂芯的所述下铸型、中铸型和上铸型装配组合后，即可形成待浇铸的铸件的完整型腔或整铸型。

现以大型水电上冠1为例，详细阐述本发明的技术方案的实施情况，具体如图3至图12所示。

所述大型水电上冠1的轮廓尺寸为φ7200mm*2940mm、壁厚在75mm～140mm、铸件重量61t、毛重72t、浇注重量145t，造型需要8000mm*8000mm的砂箱。

1)分型：将所述大型水电上冠1的整铸型5分为下半部分的下铸型和上半部分的中铸型14，为了使下铸型的重量合理，所述下半部分和所述上半部分的分切面设置在距离所述大型水电上冠1底部向上1600mm，也即所述下铸型上边口径的直径为φ3754mm；中铸型14与上铸型19的分切面为所述大型水电上冠1的上边沿；所述下铸型用于形成自所述大型水电上冠1自底部向上1600mm范围内的铸件结构，所述中铸型14用于形成所述大型水电上冠1自底部向上1600mm至上边沿的外部轮廓，所述上铸型19用于形成所述大型水电上冠1自底部向上1600mm至上边沿的内部轮廓。

2)下铸型的造型：将下砂箱7置于造型平台上，再将下铸型用模具6置于所述小砂箱7内，放置芯头定位活料和内浇***料，并铺设浇铸***；同时为了提升下砂箱7的挂砂能力和下铸型的整体强度，在所述下砂箱7的内壁上还设有箱带连接件10；之后向所述下砂箱7内流砂，直至型砂与所述下砂箱7的边沿齐平，经过紧实、刮平、硬化后形成下铸型。所述下砂箱7的轮廓大小，刚好可以容纳所述下铸型用模具6，从而实现了下铸型重量最轻化，利于下铸型的翻箱与最低的砂铁比。更优地，为了使下铸型能够方便、稳定的配合中砂箱17，在翻箱后的所述下铸型***设置砂框11，所述砂框11的***轮廓与所述中砂箱17的***轮廓相等，在所述下铸型与所述砂框11之间流砂，经紧实、刮平、硬化后形成扩展的下铸型13。更优地，为了降低所述扩展的下铸型13的重量和砂铁比，在所述下铸型与所述砂框11之间还设有若干空腔体23，所述空腔体23占据了所述下铸型与所述砂框11之间的空间位置，从而使得需要的型砂量大幅减少，也即降低了扩展的下铸型13的重量和砂铁比。

3)中铸型的造型：将置于中铸型14中的所述铸件上半部分分为若干等份，每个等份为独立的中砂芯15，若干所述中砂芯15拼接为完整的铸件上半部分，所述中砂芯15由芯盒16流砂制芯而成；将中砂箱17配置在所述扩展的下铸型13上，再将若干所述中砂芯15设置在下铸型上，更优地，为了方便所述中砂芯15的设置，在所述下铸型和所述中砂芯15上均设有芯头定位结构8，所述芯头定位结构8在所述中砂芯15上以定位台的形式存在，所述芯头定位结构8在所述下铸型上以定位槽的形式存在，两者相互配合起到定位中砂芯15的作用；在所述中砂芯15***和所述中砂箱17之间流砂、紧实、刮平、硬化后形成中铸型14，其中此时的流砂最高面与所述中砂芯15的最上边沿齐平，但低于所述中砂箱17的边沿。中铸型14的造成通过设置若干中砂芯15，使得中铸型14的大曲面被切分为若干小的扇形结构，方便了主轴箱大曲面的制作、吊运和存储等。

4)上铸型的造型：在所述下铸型与中铸型14的交界面上设置内圈定位活料18，在所述中铸型14上边沿设置外圈定位活料20，所述内圈定位活料18为一扣合在下铸型端面上的平板结构，所述外圈定位活料20为配合在中铸型14上边沿的环形结构，在所述内圈定位活料18和外圈定位活料20之间设置分段活料22，之后向所述内圈定位活料18和外圈定位活料20之间的区域流砂、紧实、刮平和硬化，形成砂模24，所述砂模24用于造型所述上铸型；在所述中砂箱17上配置上砂箱，在所述砂模24上设置冒口、冷铁等，向所述上砂箱内流砂、紧实、刮平、硬化后形成上铸型19。更优地，在制作砂模24时，为了提升砂模24的整体强度，在所述分段活料22之间还可以设置芯骨；为了方便所述砂模24的吊运或者搬运，在所述分段活料22之间还可以设置吊耳。所述刮平作业采用的工具有刮砂板21、平尺12等，根据不同的端面结构，选择使用不同的刮平工具。

以上三箱造型采用的是组箱方式的造型，也即利用下铸型的结构造型中铸型，利用下铸型和中铸型的结构造型上铸型，从而避免了需要更多的模具，节约了生产成本、提升了生产效率。所有的铸型都造型完毕后，分型拆模，就本实施例而言，也即将上铸型19与中铸型14分离，分离之后先拆除中铸型14上的砂模24、再拆除下铸型上的下铸型用模具6，并在各个铸型的砂型表面施涂耐高温涂料，之后再将所述下铸型、中铸型和上铸型合型，从而形成完整的所述大型水电上冠1的型腔或者整铸型5，此状态即可等待浇铸。

以上实施例仅是对本发明技术方案的一种典型应用的描述，在合理的、不需要付出创造性劳动的基础上，还可以进行合理的拓展。

Claims (8)

1.一种用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，所述造型方法采用三箱造型，将铸件下半部分设置在下铸型、将铸件上半部分设置在中铸型、上铸型作为盖箱形成所述铸件上半部分的内部轮廓，下铸型和中铸型形成铸件的外部轮廓，且下铸型内还配合有内砂芯，所述内砂芯用于形成铸件下半部分的内部轮廓；所述中铸型的造型方法，将用于形成所述铸件上半部分外部轮廓的砂芯分切为若干中砂芯，将若干所述中砂芯拼接在所述下铸型上流砂造型形成中铸型；

所述下铸型的造型方法，包括：

将下砂箱放置在造型平台上；

将下铸型用模具安置于所述下砂箱内；

在所述下砂箱内设置内浇***料以形成内浇口，并铺设浇铸***；

向所述下砂箱内流砂形成下铸型；

将所述下铸型翻箱后，在所述下铸型***设置砂框；

拆除所述下砂箱，在所述下铸型上对接扩展的浇铸***；

向所述砂框内流砂形成扩展的下铸型。

2.如权利要求1所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，在所述砂框内设置若干空腔体，所述空腔体设置在下铸型与砂框之间。

3.如权利要求1所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，所述下砂箱内设置芯头定位活料。

4.如权利要求1所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，所述中铸型的造型方法是：

将容纳在中砂箱中的所述铸件上半部分切分为若干等份，每个等份通过芯盒制作出相应的中砂芯；

将中砂箱设置在所述扩展的下铸型上；

将若干所述中砂芯置于所述中砂箱内；

在所述中砂芯与所述中砂箱之间流砂形成中铸型。

5.如权利要求4所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，所述中砂芯上设有芯头定位结构。

6.如权利要求1所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，所述上铸型的造型方法是：

将内圈定位活料设置在所述下铸 型用模具上；

将外圈定位活料设置在中砂芯的上边缘处；

在所述内圈定位活料和外圈定位活料之间设置若干分段活料；

向所述内圈定位活料和外圈定位活料之间的区域流砂，制作上铸型的砂模；

将上砂箱置于所述中砂箱上，并在所述砂模上放置冒口、冷铁等；

流砂形成上铸型。

7.如权利要求6所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，在两两所述分段活料之间设有芯骨。

8.如权利要求6所述的用于大型曲面结构铸件的造型方法，其特征在于，在所述分段活料之间还设有吊运件。

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