專利名稱：大型鑄件冷硬砂殼型(殼芯)的縫隙式噴射造型法及造型輔具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型冷硬砂殼型(殼芯)的制做工藝及其造型輔具。
大型鑄件是重大技術(shù)裝備研制中的關(guān)鍵技術(shù)之一。正如《九十年代機械工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)》一書指出的那樣大型工件制造是重大技術(shù)裝備研制中的關(guān)鍵?！叭龒{工程”、“亞臨界和超臨界火電發(fā)電機組”、“寶鋼三期工程”、“900MW級核電站”等重大技術(shù)裝備，對關(guān)鍵大型工件的制造技術(shù)和質(zhì)量提出了更高的要求，因而，大型工件制造技術(shù)必須予先研究，先行一步。由于我國大件制造技術(shù)落后，造成生產(chǎn)效率低，能源和原材料消耗大。如大型鑄鋼件毛坯肥頭大耳是普遍現(xiàn)象，百噸以上的大型鑄鋼件毛胚加工余量可達(dá)100毫米以上，如果報廢一根200噸鋼錠的鍛件，其直接經(jīng)濟(jì)損失要在150萬元以上，因此提高大型工件制造技術(shù)水平，降低消耗，是提高我國機械產(chǎn)品市場競爭力的重要途徑。出現(xiàn)于70年代的有機化學(xué)自硬砂，如呋喃樹脂砂以其能顯著改善鑄件質(zhì)量，降低勞動強度，投資費用較低，在國外大量取代了早期的粘土砂、油砂、水坭砂、水玻璃砂和熱芯盒樹脂砂，使造型和制芯工藝面貌為之一新。國外的大型鑄件質(zhì)量之所以能比我國的高出一籌，其主要原因之一就在于此。這一點早已為我國有關(guān)部委所熟知，因而在80年代曾一再號召大型鑄件生產(chǎn)廠家采用呋喃樹脂砂，中華全國總工會也成立了以王崇倫同志為首的推廣小組。然而，推廣的效果并不理想，時至今日我國采用呋喃樹脂砂生產(chǎn)大型鑄件的廠家仍如風(fēng)毛麟角，究其原因，主要是因為我國化學(xué)工業(yè)技術(shù)水平較低，國產(chǎn)呋喃樹脂價格昂貴，使采用呋喃樹脂砂生產(chǎn)大型鑄件的廠家經(jīng)濟(jì)效益下降。所以我國大型鑄件生產(chǎn)廠家正處在兩難的矛盾之中；要么采用呋喃樹脂砂鑄件質(zhì)量得到提高經(jīng)濟(jì)效益下降；要么不采用而鑄件質(zhì)量不高，使我國重大技術(shù)裝備質(zhì)量受影響。兩者必居其一。國內(nèi)外噴射造型法研究者甚少，在國內(nèi)可能只有本人在堅持。在日本、德國80年代申請了一些專利，據(jù)本人了解，全是屬于垂直噴射法的，即噴射的砂氣流與模型表面是垂直的。這根本不是噴射造型法的最佳工作狀態(tài)，造成砂型緊實度不高，勞動環(huán)境不好，同時也難取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。
此外，我國大型鑄件生產(chǎn)，多以水坭砂或水玻璃砂造型制芯，勞動條件極其艱苦。打箱時脂砂型堅硬如石，很難擊潰。國外用在水玻璃里面加潰散劑的方法解決此問題，我國在此課題上雖投入很大人力物力但仍未解決。研制大型砂型及砂芯的機械化生產(chǎn)設(shè)備，歷來是鑄造行業(yè)的老大難課題。
本發(fā)明目的是提出一種大型鑄件冷硬砂殼型(殼芯)的縫隙式噴射造型法及造型輔具。以達(dá)到既采用冷硬呋喃樹脂砂或其它化學(xué)自硬砂，改善鑄件質(zhì)量，同時又降低砂型成本及能源消耗。
下面詳細(xì)闡述本發(fā)明內(nèi)容，本發(fā)明主要特征是砂氣流噴射方向平行于模型表面或平行于芯盒的內(nèi)表面。為了實現(xiàn)這種噴射造型方法，在造型之前必須根據(jù)模型與芯盒的特點制做“造型輔具”，然后把它們安裝在砂箱內(nèi)，型板上或芯盒內(nèi)，使之與模型表面或芯盒內(nèi)表面構(gòu)成“縫隙式型腔”，再以小口徑噴槍插入其中進(jìn)行噴射填充。造型輔具可以有多種形式，但主要是以下三種第一種形式是“特制背砂層”。一般的背砂層是為了節(jié)約昂貴的面砂層而設(shè)置的，即把砂型分為較昂貴的面砂層及較便宜的背砂層兩部分，從而降低砂型價格，提高經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的背砂層是為了與模型表面構(gòu)成縫隙式型腔，以備噴射薄殼型面砂層而設(shè)置的，同時也是為了大量節(jié)約背砂層而設(shè)置的。其特點是它是多次使用的，即所謂“永久性的”，因而其造型混合料中含有較多的粘結(jié)劑，以便具有較高的強度，保證多次應(yīng)用。另外在此背砂層及砂箱間安裝有可折卸式箱帶，以免背砂層在多次使用時脫落。可拆式箱帶根據(jù)背砂層的形狀而有多種形式，其最主要的特點是其一端伸入背砂層內(nèi)部與背砂層牢固的結(jié)合在一起，另一端上有螺帽(或螺栓)，通過在砂箱之外的螺栓(或螺帽)與砂箱緊固在一起。當(dāng)鑄件生產(chǎn)任務(wù)完工后，背砂層需要打下時，在砂箱之外卸下螺栓(或螺帽)該箱帶即失去緊固效能。
第二種形式是“特制芯骨”，這種芯骨其外表面形狀與芯盒內(nèi)表面形狀是相似的，是用鑄鐵鑄成或鋼板焊成的，其特點在于當(dāng)把它定位在芯盒內(nèi)時，它與芯盒內(nèi)表面構(gòu)成一個縫隙式型腔。對于用本法制做的大型型芯，可能因呋喃砂層太薄，內(nèi)部鋼鐵芯骨又是一個“剛體”，而限制鑄件的收縮，可能導(dǎo)致大型鑄件產(chǎn)生熱裂。在這種情況下可把此芯骨制成彈性的?，F(xiàn)以大型鋼錠模彈性芯骨說明之其結(jié)構(gòu)如

圖1所示，由芯骨體(1)、彈性層(2)以及外表殼體(3)組成。芯骨體(1)可以是鑄鐵件或鋼板焊成。彈性層(2)是廢舊鋼板重疊而成，外表殼體(3)由厚鋼板制成。三者是通過螺栓安裝在一起的，其中螺栓(4)、活塊(5)、長孔(6)。制芯時在此芯骨外噴射一層呋喃樹脂砂，澆鑄后當(dāng)鑄件收縮時，呋喃砂層及芯骨同時受到收縮的壓力，砂層及芯骨中的彈性層(2)均可“退讓”。從而減少了鑄件形成熱裂紋的可能性。
第三種形式是“靠板輔具”。對某些形狀復(fù)雜的大型鑄件，若采用第二種形式的“特制芯骨”，則打箱時芯骨難以取出，可以采用第三種形式造型輔具——“靠板輔具”，它與芯盒及噴槍結(jié)合在一起可生產(chǎn)出無鋼鐵芯骨的空心砂芯?？堪遢o具是用釘子、木塊、不干膠帶等把5～10層膠合板組成一個空心的盒體，它的外表面形狀與芯盒內(nèi)表面形狀相似，當(dāng)把它定位在芯盒中時它能與芯盒之內(nèi)表面構(gòu)成四面縫隙式型腔，見圖2。圖中制芯板(7)，芯盒(8)，靠板輔具(9)。當(dāng)用噴槍把這些縫隙式型腔填滿時，再如圖3所示安裝水平靠板輔具(10)，其中制芯板(11)，芯盒(12)，靠板輔具(13)，呋喃砂芯垂直壁(14)，墊塊(15)，墊塊(16)。在水平靠板輔具上垂直的噴射呋喃樹脂砂芯的水平壁后，便得到空心呋喃砂芯。
本發(fā)明的積極效果是比現(xiàn)有技術(shù)節(jié)約型砂60～80％，鑄型不用烘烤，可節(jié)約大量能源及大型烘烤設(shè)備，打箱工序變得簡單易行，節(jié)約了工時，縮短生產(chǎn)周期，同時使鑄件表面光潔度及精確度得到大幅度提高。
圖1為本發(fā)明中特制芯骨的原理結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明中靠板輔具的原理結(jié)構(gòu)3為本發(fā)明工作原理示意4為現(xiàn)有水輪機葉片臥式造型法的工作示意5為現(xiàn)有水輪機葉片立式造型法的工作示意6為本發(fā)明實施例1中所述水輪機葉片的工作原理示意7為圖6的A-A剖面8為本發(fā)明實施例2的下砂型模型結(jié)構(gòu)9為本發(fā)明實施例2的上砂型模型結(jié)構(gòu)10為本發(fā)明實施例2下砂型的造型過程示意11為本發(fā)明實施例2上砂型的造型過程示意12為本發(fā)明實施例2砂型組裝13為本發(fā)明實施例3芯骨和芯盒的組裝結(jié)構(gòu)14為本發(fā)明實施例4芯盒和芯骨的組裝示意圖實施例1大型卡普蘭水輪機葉片呋喃樹脂砂殼型的縫隙式噴射造型法，原工藝采用水玻璃砂手工造型，有兩種形式即臥式及立式，如圖4及圖5所示。用人力把型砂逐層填充緊實在砂箱中，兩種工藝型砂用量相等，假設(shè)為50噸，(最大卡普蘭水輪機葉片為葛洲壩水輪機葉片，其型砂用量為165噸)。圖4上面型板(17)、模型(18)、砂型(19)，圖5上面型板(20)、模型(21)、砂型(22)。若采用本發(fā)明的縫隙式噴射造型法生產(chǎn)卡普蘭水輪機葉片時，不必更新工裝，仍可采用原工裝。其“造型輔具”為事先造好的背砂層，如圖6所示。在模型(23)、背砂層(24)之間有“縫隙式型腔”(25)。造型時用小口徑噴槍(26)插入其中進(jìn)行噴射填充，待填滿后造型即告完成。[背砂層(24)的制做過程如下在噴射造型之前，在模型(23)的表面上安裝有一定厚度的附加層例如可采用厚橡膠板等柔軟板材，最簡單的附加層是擺上一層紅磚，把紅磚的最大表面貼在模型(23)的表面上，然后在紅磚的表面上進(jìn)行水玻璃砂手工填充造型，填滿固化后即得背砂層(24)]。
合模噴射后，打箱工序變得簡單易行，因為具有10％體積比的面砂層系薄殼狀呋喃樹脂砂層，具有良好的潰散性，在高溫鋼液的作用下早已潰散，而具有90％體積比的背砂層(24)系水玻璃砂制成，其潰散性不良，也即澆鑄后砂型仍有很高的強度。這樣，在打箱時，開箱并取出鑄件，面砂層自然潰散掉，而背砂層(24)仍能保持完好。因它既強度高又未接觸鋼液。背砂層在打箱時是否能保持完好或比較完好是本工藝成功與否的關(guān)鍵，因而在制做背砂層時要采取加固措施如①在造背砂層(24)的材料中加入較多的粘結(jié)劑如水玻璃或水泥等。②在其砂箱上除了原來的箱帶之外，再添加可折卸式箱帶，如圖7中之(27)及(28)所示，實際上它們是兩個鋼棒，其長度略小于砂箱內(nèi)表面間距，兩端通過兩個螺帽狀接頭(32)與砂箱連接在一起，以防背砂層在打箱時從砂箱上脫落下來。但是到了該批鑄件全部生產(chǎn)完畢，需要把背砂層打下時，先把螺帽狀接頭(32)擰下，則該可折卸式箱帶(27)、(28)、便已失去效能，不妨礙背砂層的取下。其上焊有小鋼棒(30)及(29)是為了防止該箱帶安裝及拆卸時發(fā)生轉(zhuǎn)動。螺帽狀接頭(32)上焊有俄文П字形鋼筋(31)，以便轉(zhuǎn)動該螺帽狀接頭(32)。
實施例2船用螺旋槳造型是很復(fù)雜的工藝，等于用簡單的工具——刮板的輔助下“雕刻”出砂型，生產(chǎn)周期長，一個班組(10人左右)用20天才能生產(chǎn)一個萬噸級螺旋槳。本工藝使螺旋槳生產(chǎn)過程大為簡化。但是由于船用螺旋槳的形狀像一個大型電扇，其模具及造型過程都不同于一般鑄件，圖8為壓力面模型，即下箱模型。圖9為吸力面模型亦即上箱模型。
造下型的過程如圖10所示。首先把壓力模型(圖8)，定位在托板上(它相當(dāng)于下箱)則托板與模型間形成縫隙式型腔。其中底板(33)，壓力面模型34，托板35，定位銷座36，用噴槍向其中填滿呋喃樹脂砂，待20分鐘樹脂砂固化后，取下模型，該砂型即告完成。填充所需時間僅3分鐘。再在其余三個托板上重復(fù)上述造型工序。下砂型即告完成。
造上型過程如圖11所示，把帶有背砂層的上箱按定位箱號合在吸力面模型(圖9)之上。則上箱的背砂層和下面的模型間形成縫隙式型腔，其中上箱37，吸力面模型38，定位銷座39，用噴槍向其中填滿呋喃砂，待20分鐘樹脂砂固化后，取下上砂型，該砂型即告完成，填充需時間為3分鐘。再重復(fù)以上工序，就可造出其余3個砂型。然后經(jīng)過合箱，再把中心槳殼砂型做好便得如圖12的螺旋槳砂型合箱圖。
實施例3鋼錠模冷硬砂殼芯的縫隙式噴射制芯法。其縫隙式型腔是由原工藝芯盒與特制芯骨構(gòu)成，如圖13所示，其中底座(40)，芯盒(41)，特制芯骨(42)，導(dǎo)向錐(43)，導(dǎo)流框(44)。特制芯骨(42)為鋼板焊制而成，它與芯盒之間的縫隙式型腔平均寬度為30mm，上面寬度為40mm，下面寬度為20mm。我國寶山鋼廠引進(jìn)日本新日鐵鋼錠模呋喃樹脂砂捕擊造型法，其砂層厚度為80mm，本實用新型較之節(jié)省型砂一半以上。
實施例4大型鑄鐵管件(口徑Φ700mm，的三通，彎頭，四通等)的縫隙式噴射制芯法(造型法)。其縫隙式型腔是由原工藝芯盒與特制芯骨構(gòu)成。現(xiàn)以“三通”為例說明之圖14為芯盒與特制芯骨構(gòu)成縫隙式型腔示意圖，其中對開式芯盒45，芯骨46縫隙式型腔47，墊塊48，噴槍49，堵塞物50，制芯時如圖14將芯骨46，用墊塊48固定在下芯盒上，并按放好堵塞物50(其作用在于把型腔分解三個直射緊實區(qū)，以保證噴射緊實度)吊裝好上芯盒，即可用噴槍與進(jìn)行噴射填充了。
權(quán)利要求
1.一種大型鑄件冷硬砂殼型(殼芯)的縫隙式噴射造型法，其特征在于在造型之前根據(jù)模型與芯盒的特點制做造型輔具，然后把造型輔具安裝在砂箱內(nèi)或芯盒內(nèi)，使之與模型表面或芯盒內(nèi)表面構(gòu)成“縫隙式型腔″，再以小口徑噴槍插入其中進(jìn)行噴射填充。
2.一種適用于大型鑄件冷硬砂殼型(殼芯)的縫隙式噴射造型的造型輔具，其特征在于造型輔具有三種形式，①背砂層處在砂箱內(nèi)，通過箱帶和輔助箱帶與砂箱牢固地結(jié)合在一起。②芯骨的外表面和芯盒的內(nèi)表面相似，二者之間形成縫隙式型腔③靠板輔具是用釘子，木塊、不干膠帶把5-10層膠合板組成一個空心的盒體，其外表面形狀與芯盒內(nèi)表面形狀相似，并把它定位在芯盒中時，它能與芯盒內(nèi)表面構(gòu)成縫隙式型腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造型輔具，其特征在于造型輔具也可以安裝在型板上或芯盒內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造型輔具，其特征在于其輔助箱帶是用螺栓緊固在砂箱上的。
全文摘要
本發(fā)明提出一種大型鑄件冷硬砂殼型(殼芯)的制做工藝及造型輔具，具體地說是砂氣流噴射方向平行于模型表面或平行于芯盒的內(nèi)表面，造型前先在工裝上安裝好“造型輔具”，并使之與模型表面或芯盒內(nèi)表面構(gòu)成“縫隙式型腔”再以小口徑噴栓插入其中進(jìn)行噴射造型。本發(fā)明既采用呋喃樹脂砂，提高鑄件質(zhì)量，降低勞動強度，同時又降低生產(chǎn)成本。
文檔編號B22C15/24GK1138505SQ95107808
公開日1996年12月25日 申請日期1995年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月19日
發(fā)明者李忠炎 申請人:李忠炎