一種砂型制造組件及鑄造方法與流程

本發明涉及鑄造領域，特別涉及一種砂型制造組件及鑄造方法。

背景技術：

砂型鑄造是在砂型中生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得，作為鑄造生產中的基本工藝，較之其它鑄造方法具有成本低、生產工藝簡單、生產周期短的優點，因此，砂型鑄造在汽車零部件的鑄造產業中應用越來越廣泛。但是，砂型鑄件在生產過程中經常會發生各種不同的鑄造缺陷，例如縮松缺陷，縮松的產生與鑄件的冷凝速度有關，當鑄造合金結晶溫度范圍較寬時，在鑄件表面結殼后，鑄件內部有一個較寬的液、固兩相共存的凝固區域，凝固后期，先生成的樹枝晶相互接觸，將合金液分割成許多小的封閉區域，當封閉區域內合金液凝固收縮得不到補充時，就形成了縮松。

現有技術中，解決縮松缺陷的慣用手段之一是在鑄件的厚大部位表面直接使用冷鐵，但是隨著冷鐵的使用，隨之而來的是氣孔問題，在使用冷鐵的情況下，鑄造熔液中會產生氣體向上流動現象，容易造成氣孔缺陷。尤其是對于一些特殊結構的渦輪殼，其縮松位置出現在鑄件頂部，且鑄件頂部的面積狹小，無法在鑄件的上方平穩放置冷鐵，目前采用的解決方式為在鑄型模具中設置一個放置冷鐵的凹槽，但是冷鐵阻擋了由下往上的氣體排出，嚴重降低了渦輪殼的氣密性。

現有技術至少存在以下缺點：

1、特殊結構的渦輪殼的頂部狹小，無法固定冷鐵；

2、渦輪殼頂部放置冷鐵，阻礙氣體排出，造成鑄件產生氣孔缺陷，影響鑄件的氣密性和合格率。

技術實現要素：

為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種砂型制造組件及鑄造方法，能夠有效減少渦輪殼鑄件的縮松缺陷，且提高鑄件的氣密性和合格率。所述技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種砂型制造組件，包括：模具主體、冷鐵及固定在模具主體上表面的定位柱和多個支撐柱，所述冷鐵上設有通孔，通過所述通孔，所述冷鐵套設在定位柱外側，且由所述支撐柱支撐冷鐵的底部，所述冷鐵與模具主體之間為形成覆砂的空間，所述覆砂用于在進行砂型鑄造時，延緩冷鐵的激冷速度，以實現鑄造過程中氣體的排出；所述定位柱的上端與冷鐵的通孔口齊平或伸出通孔。

優選地，所述定位柱豎直固定在所述模具主體上表面的中心處，所述冷鐵上通孔的孔徑大于所述定位柱的外徑，所述定位柱用于使冷鐵保持豎立。

可選地，所述定位柱為圓柱體，更優選地，所述定位柱設置為上窄下寬的錐體。

優選地，所述冷鐵上通孔開設在冷鐵的豎直中心軸處，所述冷鐵的底面面積與模具主體的上表面面積的比例值范圍為0.6-1.5。

進一步地，所述冷鐵為上寬下窄結構。

可選地，所述支撐柱的長度范圍為1mm-6mm，所述定位柱的長度大于或等于支撐柱長度與冷鐵上通孔長度之和。

進一步地，所述模具主體的上表面面積小于10cm²。

另一方面，本發明提供了一種利用上述組件制造得到的砂型，所述砂型的型腔包括主型腔和排氣通道，所述主型腔由脫模前的模具主體區域形成，所述排氣通道由脫模前的定位柱區域形成，所述冷鐵位于主型腔的上方，所述冷鐵與主型腔相對的表面上形成有覆砂，所述排氣通道將所述主型腔與冷鐵的通孔連通，所述排氣通道用于排出砂型鑄造過程中的氣體。

另一方面，本發明提供了一種鑄造方法，方法流程包括：

步驟一、利用上述的組件將型砂制作成砂型；

步驟二、對砂型上由支撐柱形成的孔洞進行填平修補；

步驟三、向砂型的型腔內注入鑄造熔液；

步驟四、待鑄造熔液冷卻后，起模得到鑄件。

本發明還提供了一種鑄件，所述鑄件利用上述的砂型進行鑄造得到。

本發明提供的技術方案帶來的有益效果如下：

1)通過對模型的優化，利用在狹小的頂面設置定位柱對冷鐵實現定位，防止冷鐵在頂面發生偏移和掉落；

2)使用冷鐵，消除鑄件內部的縮松缺陷；

3)利用支撐柱在冷鐵工作面上形成覆砂，有利于延緩冷鐵的激冷效果，為氣體排出提供了時間保障；

4)定位柱為成型后的砂型制造了排氣通道，降低逐漸內部產生氣孔的概率，改善產品的氣密性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的用于制造砂型的模具的主視圖；

圖2是本發明實施例提供的用于制造砂型的模具的俯視圖；

圖3是本發明實施例提供的砂型制造組件的主視圖；

圖4是本發明實施例提供的砂型制造組件的剖視圖；

圖5是本發明實施例提供的砂型成品的俯視圖；

圖6是圖5中A-A方向的剖視圖；

圖7是本發明實施例提供的鑄造方法的流程圖；

圖8是本發明實施例提供的制造砂型的方法流程圖。

其中，附圖標記如下：1-定位柱，2-支撐柱，3-模具主體，4-冷鐵，5-砂型主體，6-排氣通道，7-覆砂，8-主型腔。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書中的術語“包括”和“具有”及其任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、裝置、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

本發明是針對砂型鑄造的改進，體現在對冷鐵的使用，具體涉及對制造砂型的模具的改進及對模具上冷鐵安置方式的改進，相應地，得到改進后的砂型成品，及利用砂型進行鑄造的方法和鑄件產品。

實施例1：在鑄件過程中會產生縮松缺陷，所謂縮松，是指鑄件最后凝固的區域內沒有得到液態金屬或合金的補縮而形成分散和細小的縮孔，縮松缺陷嚴重影響了成型鑄件的質量，縮松一般出現在鑄件壁的軸線區域、熱節處、厚大部位、冒口根部和內澆口附近，也常分布在集中縮孔的下方。現有技術中，通常采用設計冒口和安置冷鐵的方法來解決縮松缺陷，利用冒口來放置液態金屬補充液，利用冷鐵來增加鑄件局部冷卻速度，使整個鑄件接近于同時凝固。但是，在使用冷鐵的情況下，鑄造熔液中會產生氣體向上流動現象，因此，如果所述冷鐵安放的位置為鑄件的上方，由于冷鐵的阻擋，導致所述氣體無法從鑄件熔液中排出，從而在鑄件內部形成氣孔，嚴重影響鑄件的氣密性和生產合格率。

在本發明的一個實施例中，針對于一些特殊結構的鑄件，其頂部會出現縮松缺陷的情況，本發明提供了解決問題的技術方案，即對用于制造砂型的模具進行優化改進，參見圖1，改進后的模具包括模具主體3、定位柱1和支撐柱2，所述定位柱1和支撐柱2固定設置在模具主體3的上表面，所述定位柱1的高度高于支撐柱2的高度。

所述支撐柱2的數量為一個或多個，為了提高支撐柱的支撐穩定性，優選設置為多個支撐柱2，參見圖2，本實施例中所述支撐柱2的數量為三個，支撐柱2以定位柱1為中心設置在定位柱1的周圍，即三個支撐柱2形成一個正三角形，所述定位柱1為該正三角形的中心，此設置僅為提高支撐穩定性的優選設置的具體例子，本發明對支撐柱2的具體數量及支撐柱2的設置位置不作特定限定。

優化后的模具與用于激冷的冷鐵組成砂型制造組件，參見圖3，兩者配合使用來制造砂型，與所述模具相對應地，在塊狀的冷鐵4上開設有與所述定位柱1配合的通孔，所謂配合，即為通過所述通孔，所述冷鐵4套設在所述定位柱1的外側，即所述定位柱1使冷鐵4不容易從模具主體1的頂面發生偏移，且由所述支撐柱2支撐所述冷鐵4的底部。

由于支撐柱2的支撐作用，所述冷鐵4與模具主體3之間為形成覆砂的空間，所述覆砂為注砂造型時，在冷鐵4的工作面(即冷鐵4與所述模具主體3相對的側面)上形成的一層型砂層，所述覆砂用于在進行砂型鑄造時，延緩冷鐵4的激冷速度，以實現鑄造過程中氣體的排出。

所述覆砂的厚度取決于所述支撐柱2的高度，所述覆砂的延緩冷鐵4的激冷速度的效果除了取決于覆砂的厚度，還取決于覆砂的面積，而所述覆砂的面積為冷鐵底面面積減去支撐柱2的面積(即取決于支撐柱2的大小和數量)，因此，所述支撐柱2的長度范圍為1mm-6mm為一個可選范圍，具體長度可根據實際的激冷速度需求和支撐柱的具體設置來決定。

為了實現鑄造過程中氣體的排出，制造得到的砂型需具有排氣通孔，因此，所述定位柱1的上端與冷鐵4的通孔口齊平或定位柱1的上端伸出所述通孔，即所述定位柱1的長度大于或等于支撐柱長度與冷鐵4上通孔長度之和，基于此，在砂型造型成功后，脫模得到的砂型在脫模前定位柱1所在區域形成排氣通道，且所述排氣通道與冷鐵4上通孔外部連通。

為了發揮冷鐵4的作用，所述冷鐵4的底面大小接近于模具主體3的上表面大小，可理解為，在本實施例中優選地，冷鐵4的底面面積等于模具主體3的上表面面積，需要說明的是，此設置僅為本實施例的一個優選設置，而不得作為縮小本發明保護范圍的限制，可選地，所述冷鐵4的底面面積與模具主體3的上表面面積的比例值范圍為0.6-1.5。

為了使冷鐵4的底面正對于模具主體3的上表面，且為了使成型后砂型的排氣通孔位于砂型型腔的正上方，優選地，所述定位柱1豎直固定在所述模具主體3上表面的中心處，相應地，所述冷鐵4上通孔開設在冷鐵4的豎直中心軸處，所述冷鐵4上通孔的孔徑大于所述定位柱1的外徑，所述定位柱1用于使冷鐵4保持豎立，由于圖1與圖2中的模具主體3僅為一個示意圖(實際生產中的模具主體不限定于直立柱體，模具主體的上表面也不限定于規則形狀)，因此，此處將定位柱1設置在模具主體3的上表面中心處僅為一個優選的實施例，即使與所述正中心有所偏差，甚至所述定位柱1稍微發生傾斜(在冷鐵4的通孔與之適應配合，且能夠脫模的情況下)，也同樣可以實現本發明的技術方案，該設置不作為縮小本發明保護范圍的限定。

所述定位柱1的形狀可以為圓柱體或者椎體，將所述定位柱1設置為圓柱體，能夠降低定位柱1和冷鐵4的開鑿通孔的工藝難度；將所述定位柱1設置為上窄下寬的椎體，則能夠方便脫模(所述定位柱1從窄端向寬端方向進行脫模)。

本發明的一個實施例中，優選地，所述冷鐵4為上寬下窄結構，如圖3和圖4所示，所述上寬下窄結構有很多形態，比如，底面具有一定面積的倒置錐臺，或者倒置梯形臺，等等，在此不多舉例，設置上寬下窄的結構的作用在于，在注入型砂后，型砂對上寬下窄的冷鐵4的側面起到支撐作用，以防止冷鐵4向下掉落。

本申請尤其解決了頂部面積過小的鑄件的鑄造難題，鑄件頂部出現縮松缺陷，則需要在相應的砂型制作模具的頂部安置冷鐵，若模具的頂部面積過小，則冷鐵無法穩定地放置在其頂部(在注入型砂過程中容易掉落)，因此，上表面面積小于10cm²的模具主體尤其適用本申請的技術方案，本實施例中，模具主體的頂面面積小于3cm²，本實施例的模具用于制造渦輪增壓器的核心零件渦輪殼，且所述渦輪殼具有特殊結構，體現在渦輪殼的頂部面積小于3cm²，且在不使用冷鐵的情況下，頂部出現縮松缺陷。

實施例2：本發明實施例提供了一種利用實施例1中的砂型制造組件制造得到的砂型，在鑄造生產中用原砂、黏結劑及其他輔料做成的鑄件型腔叫砂型，參見圖5和圖6，所述砂型的型腔包括主型腔8和排氣通道6，所述主型腔8由脫模前的模具主體3區域形成，所述排氣通道6由脫模前的定位柱1區域形成，所述冷鐵4位于主型腔8的上方，所述冷鐵4與主型腔8相對的表面上形成有覆砂7，所述排氣通道6將所述主型腔8與冷鐵4的通孔連通，所述排氣通道6用于排出砂型鑄造過程中的氣體。

所述砂型上在脫模前的支撐柱2區域形成有孔洞，需要用修補膏填平所述孔洞。

本發明實施例提供的砂型結構，有利于在砂型鑄造過程中，同時發揮冷鐵4的激冷作用和排氣通道6的排氣作用，使制造得到的鑄件防止出現縮松缺陷和氣孔缺陷。

實施例3：本發明實施例提供了一種鑄造方法，方法流程包括：

S1、制作砂型，具體步驟包括：

S101、型砂制備。

具體地，所述型砂制備過程為：將石英砂、皓砂、鎂砂、粘土、煤粉、淀粉和水混合，攪拌均勻；然后再加入粘結劑和硬化劑混合，攪拌均勻得到待用的型砂；

S102、將型砂填入砂箱，將上述組件放入砂箱中，再對所述型砂進行壓實操作。

具體地，可采用震擊壓實式造型機壓實砂箱中的型砂，所述震擊壓實式造型機的工作頻率為700-900次/分鐘，振幅為10-20mm，在砂箱中填實的部分即為砂型主體5；

并且在砂箱中設置澆口和用于補縮的冒口，所述澆口為進料口，是分流道與型腔之間的狹小通口，也是最短小部分，其作用使熔融液體在進型腔時產生加速度，有利于迅速充滿型腔，成型后澆口先冷凝，以封閉型腔，防止熔融液體倒流，避免型腔壓力下降過快；所述冒口是為避免鑄件出現缺陷而附加在鑄件上方或側面的補充部分，在鑄型中，冒口的型腔是存貯鑄造熔液的空腔，在鑄件形成時補給鑄造金屬熔液，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。

S103、將模具從所述砂箱中起模，得到砂型。

所述模具為實施例一中所述的進行優化改進的模具，即包括模具主體3、定位柱1和支撐柱2，將這三部分從所述砂箱中脫離，而冷鐵與型砂一起造型凝結在砂型中。

S104、砂型修補。

由于砂型上在脫模前的支撐柱2區域形成有孔洞，利用修補膏將所述孔洞進行填補并烘干所述修補膏，最終形成平齊的表面。

S105、對所述砂型進行表面精細加工。

所述精細加工包括但不限于：在砂型表面(砂型的型腔內表面)噴涂鑄造涂料，然后對所述涂料進行烘干，烘干后優選地，對涂料表面進行打磨操作，使其形成光滑的表面。

S2、向砂型的型腔內注入鑄造熔液。

具體地，通過所述澆口注入鑄造熔液，鑄造熔液鑄件填滿所述砂型型腔，包括至少注滿主型腔8和部分(或全部)排氣通道6，在主型腔8中注滿鑄造熔液后，繼續注入鑄造熔液，液面即會上升到排氣通道6中，所述冷鐵4對主型腔8內上部的鑄造熔液起到激冷作用，使其與其他部位的鑄造熔液的冷凝速度基本保持一致，所述排氣通道6中的鑄造液也起到了補縮的作用過程中；在激冷過程中，由于溫度發生變化，鑄造熔液中產生氣體流動(氣體由下往上移動)，最后進入排氣通道6并排出，防止在鑄造熔液(最后冷凝得到的鑄件)內產生氣孔。

S3、待鑄造熔液冷卻后，起模得到鑄件。

具體的起模過程包括將鑄造熔液冷凝形成的鑄件與砂型分離，具體可以采用將所述鑄件外側的砂型打擊敲除，去除的部分包括砂型主體5、冷鐵4、覆砂7及排氣通道6內的鑄造材料，最后得到的鑄件即為主型腔8形成的部分。

S4、對鑄件進行精細加工。

所述對鑄件的精細加工包括對鑄件的表面進行光滑打磨等加工操作。

本發明實施例還提供了一種鑄件，所述鑄件利用上述的砂型進行鑄造得到，由于砂型上的冷鐵4和排氣通道6的結構特點，使得制造得到的鑄件具有縮松缺陷少，無氣孔的優點，產品的合格率高。

上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。

本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。