本發(fā)明涉及鑄造技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于鑄造回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)鑄件的砂型及其制造方法。

背景技術(shù)：

小臂、腕前臂等回轉(zhuǎn)體鑄件是關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)鍵零部件之一，材質(zhì)主要為球鐵。這些鑄件通常尺寸精度要求CT8級(jí)到CT10級(jí)，對(duì)于壁厚(10-20mm)控制存在困難。另外，這類鑄件加工面較多，而且是薄壁球鐵小件(重量15-100kg)，鑄造難度較大。

目前機(jī)器人回轉(zhuǎn)體鑄件主要是采用木模手工造型鑄造，由于此類鑄件軸徑比通常達(dá)到2.5-6，工藝設(shè)計(jì)時(shí)澆注位置通常選擇沿法蘭中分面分型，平做平澆以利于降低壓頭，減少球鐵件的夾雜類缺陷。回轉(zhuǎn)體鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)全部由砂芯形成，在下芯過程中不可避免的遇到壁厚控制的難題。傳統(tǒng)方法通常使用特殊形狀的芯頭、芯座配合并利用卡板等工裝來協(xié)助控制尺寸，但是澆注時(shí)由于存在間隙，存在不同程度的漂芯、變形等，尺寸依舊難以控制。此外對(duì)操作人員技能要求較高，制約產(chǎn)品交付周期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種將砂芯一體成型在砂型中的用于鑄造回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)鑄件的砂型及其制造方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種用于鑄造回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)鑄件的砂型，包括：相互配合以形成用于鑄造的型腔的第一鑄型單元和第二鑄型單元，其中，第一鑄型單元內(nèi)表面通過3D打印一體成型有現(xiàn)有的砂芯，砂芯包括用于成型鑄件的成型部和將成型部與第一鑄型單元連接的連接部，第二鑄型單元內(nèi)表面設(shè)置有與連接部配合的芯座。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元包括多個(gè)砂芯，其中，相鄰兩成型部之間可通過連接部連接。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，成型部通過連接部連接至第一鑄型單元的側(cè)壁。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，成型部與連接部一體成型為平滑表面。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元和第二鑄型單元相互配合形成用于鑄造多個(gè)鑄件的型腔。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二鑄型單元還成型有出氣口和澆口杯。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元和第二鑄型單元通過連接件連接。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元和第二鑄型單元中的一者設(shè)置有定位凸起，另一者設(shè)置有與定位凸起相配合的凹槽。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種通過3D打印形成上述實(shí)施例涉及的砂型的方法，包括：

S1：通過計(jì)算建立砂型的三維模型；

S2：將三維模型分割成第一部分和第二部分，其中，第一部分包括砂芯，砂芯包括用于成型鑄件的成型部和將成型部與第一部分連接的連接部，第二部分的內(nèi)表面設(shè)置有與連接部配合的芯座；

S3：將分割后的三維模型輸入3D打印機(jī)進(jìn)行打印，得到第一鑄型單元和第二鑄型單元。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟S3進(jìn)一步包括清理第一鑄型單元和第二鑄型單元表面的散沙，然后轉(zhuǎn)入熱烘爐以100-150℃進(jìn)行表干20-30分鐘。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

本發(fā)明涉及的砂型將砂芯一體成型在第一鑄型單元上，可以降低對(duì)操作人員的技能要求，無需使用卡板，操作簡單方便，定位精準(zhǔn)，生產(chǎn)的鑄件壁厚尺寸均勻，不容易出現(xiàn)夾砂等缺陷，質(zhì)量穩(wěn)定；并且，由于砂芯的成型部通過連接部連接至第一鑄型單元，減少裝配定位，避免了砂芯的成型部蹭砂。

附圖說明

圖1是通過本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的砂型鑄造成型的鑄件的三維鑄造工藝圖；

圖2是用于鑄造圖1所示鑄件的第一鑄型單元的示意圖；

圖3是用于鑄造圖1所示鑄件的第二鑄型單元的示意圖；

圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例第一鑄型單元和第二鑄型單元合箱的示意圖；

圖4B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例第一鑄型單元和第二鑄型單元合箱另一個(gè)方向的示意圖；

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例砂型制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1至圖4B所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于鑄造回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)鑄件的砂型10，包括：相互配合以形成用于鑄造的型腔的第一鑄型單元12和第二鑄型單元14，其中，第一鑄型單元12內(nèi)表面通過3D打印一體成型有砂芯16，砂芯16包括用于成型鑄件的成型部18和將成型部18與第一鑄型單元12連接的連接部20，第二鑄型單元14的內(nèi)表面設(shè)置有與連接部20配合的芯座22。

需要注意的是，連接部20用于將成型部18與第一鑄型單元12連接指的是：連接部20可以將成型部18連接至第一鑄型單元12的主體，或者也可以將成型部18連接至第一鑄型單元12上設(shè)置的其他部分，例如，其他砂芯16的成型部18或連接部20。

在上述實(shí)施例中所涉及的砂型10將砂芯16一體成型在第一鑄型單元12上，可以降低對(duì)操作人員的技能要求，無需使用卡板，操作簡單方便，定位精準(zhǔn)，生產(chǎn)的鑄件壁厚尺寸均勻，不容易出現(xiàn)夾砂等缺陷，質(zhì)量穩(wěn)定；并且，由于砂芯16的成型部18通過連接部20連接至第一鑄型單元12，減少裝配定位，避免了砂芯16的成型部18蹭砂。

當(dāng)?shù)谝昏T型單元12與第二鑄型單元14進(jìn)行合箱時(shí)，芯座22直接與連接部20配合以對(duì)砂芯16進(jìn)行定位，避免在組芯過程中由于擦碰導(dǎo)致成型部18蹭砂導(dǎo)致鑄造缺陷。

參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元12包括多個(gè)砂芯16，其中，相鄰兩成型部18之間可通過連接部20連接。也就是說，相鄰兩個(gè)砂芯16的成型部18之間可以通過連接部20連接，或者也可以不通過連接部20連接，這可以根據(jù)具體使用情況而定，本發(fā)明不局限于此。

再次參照?qǐng)D2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，成型部18還可以通過連接部20連接至第一鑄型單元12的側(cè)壁。這樣，成型部18可以通過連接部20進(jìn)行固定，并且芯座22直接與連接部20配合以對(duì)砂芯16進(jìn)行定位，避免在組芯(合箱)過程中由于擦碰導(dǎo)致成型部18蹭砂導(dǎo)致鑄造缺陷。

再次參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，成型部18與連接部20一體成型為平滑表面。這樣可以進(jìn)一步避免成型部18在合箱過程中發(fā)生擦碰。

如圖2和圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元12和第二鑄型單元14相互配合形成用于鑄造多個(gè)鑄件的型腔。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一鑄型單元12和第二鑄型單元14相互配合形成用于鑄造四個(gè)鑄件的型腔。這樣，一次澆鑄可以形成多個(gè)鑄件，可以進(jìn)一步提高鑄件的生產(chǎn)效率。

如圖4A所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二鑄型單元14還成型有出氣口24和澆口杯26。

再次參照?qǐng)D4A和圖4B，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元12和第二鑄型單元14通過連接件28連接。具體地，上述連接件28例如可以為螺栓。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一鑄型單元12和第二鑄型單元14中的一者設(shè)置有定位凸起，另一者設(shè)置有與定位凸起相配合的凹槽?；蛘?，在另一個(gè)實(shí)施例中，第一鑄型單元12和第二鑄型單元14可以分別設(shè)置有箱錐座，通過定位箱錐進(jìn)行定位。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種通過3D打印形成上述實(shí)施例涉及的砂型的方法，包括：

S1：通過計(jì)算建立砂型的三維模型；

S2：將三維模型分割成第一部分和第二部分，其中，第一部分包括砂芯，砂芯包括用于成型鑄件的成型部和將成型部與第一部分連接的連接部，第二部分的內(nèi)表面設(shè)置有與連接部配合的芯座；

S3：將分割后的三維模型輸入3D打印機(jī)進(jìn)行打印，得到第一鑄型單元12和第二鑄型單元14。

在上述實(shí)施例中，上述砂型制造方法所制造的砂型10將砂芯16一體成型在第一鑄型單元12上，可以降低對(duì)操作人員的技能要求，無需使用卡板，操作簡單方便，定位精準(zhǔn)，生產(chǎn)的鑄件壁厚尺寸均勻，不容易出現(xiàn)夾砂等缺陷，質(zhì)量穩(wěn)定；并且，由于砂芯16的成型部18通過連接部20連接至第一鑄型單元12，減少裝配定位，避免了砂芯的成型部蹭砂。

當(dāng)?shù)谝昏T型單元12與第二鑄型單元14進(jìn)行合箱時(shí)，芯座22直接與連接部20配合以對(duì)砂芯16進(jìn)行定位，避免在組芯過程中由于擦碰導(dǎo)致成型部18蹭砂導(dǎo)致鑄造缺陷。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟S3進(jìn)一步包括清理第一鑄型單元12和第二鑄型單元14表面的散沙，然后轉(zhuǎn)入熱烘爐以100-150℃進(jìn)行表干20-30分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，首先，根據(jù)關(guān)節(jié)機(jī)器人鑄件的二維圖紙要求，利用三維建模軟件轉(zhuǎn)換成三維CAD模型，經(jīng)過模數(shù)計(jì)算、澆冒口設(shè)計(jì)、CAE模擬驗(yàn)證合格后，設(shè)計(jì)完整的三維鑄造工藝圖(一箱四件)。在三維建模軟件里設(shè)計(jì)砂坯，將三維鑄造工藝作為刀具，將砂坯切割成完整的鑄型，按照清砂、施涂等操作的需要，將鑄型分割成各鑄型單元。以盡可能少的分割鑄型單元為目標(biāo)(少出芯即少裝配)，本發(fā)明最終形成第一鑄型單元12和第二鑄型單元14。

其次，將手工木模造型時(shí)的下型、多個(gè)內(nèi)腔芯合并為第一鑄型單元12，見圖2。將中間原內(nèi)腔芯的芯頭延伸至砂型側(cè)立面，兩個(gè)鑄件之間的大法蘭處的砂芯16的成型部18直接通過連接部20連通成一個(gè)整體，避免成型部18、芯座22側(cè)立面配合面蹭砂。

再次，將上外型作為第二鑄型單元14，第二鑄型單元14內(nèi)側(cè)帶出鑄件外輪廓(見圖3)，留有與第一鑄型單元12配合的芯座22外側(cè)將型腔出氣口24、澆口杯26直接做成整體芯，高度滿足澆注剩余壓頭需要。

最后，兩個(gè)鑄型單元間用定位臺(tái)的配合形式作為裝配定位，組芯后用卡具28(即連接件)卡緊形成芯包，見圖4。澆注時(shí)直接從澆口杯處注入鐵水，經(jīng)過冷卻形成鑄件，打箱后的鑄件與三維工藝圖完全一致，見圖1。

在3DP(3D打印)增材制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，各鑄型單元經(jīng)RP數(shù)據(jù)處理軟件分層得到截面輪廓數(shù)據(jù)，將此信息轉(zhuǎn)換產(chǎn)生層面掃描數(shù)控代碼傳入3D打印設(shè)備。利用3D打印設(shè)備制作整體砂芯，并清理掉表面散砂，清理完砂芯后轉(zhuǎn)入熱烘爐溫度100～150℃進(jìn)行表干20～30分鐘，提高砂芯強(qiáng)度。

在上述實(shí)施例中，形成的鑄件主要內(nèi)腔的砂芯16與下型直接做整為第一鑄型單元12，解決了下芯過程中的尺寸控制困難及導(dǎo)致的回轉(zhuǎn)體壁厚控制不均勻問題。

將內(nèi)腔砂芯16盡可能多的延伸至第一鑄型單元12的外側(cè)，即將成型部18盡可能多的通過連接部20連接至第一鑄型單元12，避免了成型部18蹭砂。

如圖4A環(huán)繞圖4B所示，生產(chǎn)過程中操作者只需將第一鑄型單元12和第二鑄型單元14按照配合定位順序疊放，用卡具28緊固，即可澆注，制造過程大幅度簡化。

并且不同批次打印的砂芯16可以通用互換，如果其中的某個(gè)砂芯16報(bào)廢，可以立即再次生產(chǎn)補(bǔ)缺，不需要全套報(bào)廢。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。