砂芯及其冷芯盒射芯通用模具以及制造方法

摘要

本发明公开了一种砂芯包括砂芯本体以及固定在砂芯本体上的冷铁，所述砂芯本体包括母体砂芯和子砂芯，所述子砂芯镶嵌在母体砂芯上；所述冷铁固定在子砂芯上。还提供了一种制作该砂芯的模具和方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造用砂芯及制作砂芯的冷芯盒射芯模具，以及利用该模具来制造砂芯的方法。

背景技术

砂芯是一种固定在砂模内部用于成型铸件中腔体的模具。砂芯本身也需要利用模具来制作。砂芯的制作包括传统冷芯盒射芯制芯和3D打印制作砂芯。

传统冷芯盒射芯制芯的过程中，冷铁运用通常是设置摆放在下模，上模无法或不易设置安放冷铁，即使要使用也只能在砂芯在设计时预留冷铁放置空间，待砂型射芯完后再安放粘贴上去，但往往由于射芯制作的砂芯存在拔模斜度，铸造冷铁的拔模斜度、尺寸偏差和飞边等问题，导致冷铁与砂芯预留空间不吻合，在安放过程中需要打磨砂型或填塞间隙填充物，影响砂芯质量和生产效率。并且在传统的冷芯盒射芯模具制造中，每种砂芯均单独制作模具，甚至每个不同的砂芯均需要单独制作或组合制作一套模具；冷芯盒模具结构复杂，包括上冷芯盒、下冷芯盒、射砂板、射砂咀、上顶模板、下顶模板，上冷芯盒开设有多个射砂孔、设定位孔，下冷芯盒设有与上冷芯盒定位孔对接的定位销。冷芯盒射芯金属模具比手工造型用模具(木模、塑料模、金属模)结构复杂，生产制造成本高1-3倍，模具设计、制作周期长2-3倍；模具成本占整个铸件生产成本的比例较高，随着铸件种类的增多，铸件模具也相应增多，大幅增加了模具库存成本。严重制约冷芯盒射芯技术的发展，造成铸造制芯生产效率的瓶颈问题；阻碍冷芯盒射芯生产产业化的发展。

采用3D打印制作砂芯过程中，无法安放冷铁，需要冷铁时，砂芯在设计时需预留冷铁放置空间，待砂型打印完后再粘贴上去，铸造冷铁的拔模斜度、尺寸偏差和飞边等问题，导致冷铁与砂芯预留空间不吻合，在安放过程中同样需要打磨砂型或填塞间隙填充物，影响砂芯质量和生产效率。

同时，对于整个冷铁的粘置过程，由于冷铁质量的浮动，拔模斜度原因，冷铁规格的多样，而且在粘置过程中由于间隙较大，间隙内的型砂强度难以保证，增加了铸件夹砂风险；如过多使用粘结剂，增加了砂型的发气量，极易造成气孔等铸造缺陷。

综上所述，现有的制芯方法具有以下问题：1)冷芯盒射芯生产的机体砂芯的上模冷铁粘贴后，冷铁周边的间隙2-5mm，需要手工填砂或填充大量的粘结剂，极大地影响砂芯的质量；2)3D打印的砂芯需要使用冷铁的，同样由于铸造冷铁的拔模斜度、尺寸偏差和飞边等问题，导致冷铁与砂芯预留空间不吻合，在安放过程中同样需要打磨砂型或填塞间隙填充物，影响砂芯质量和生产效率；甚至使用加工冷铁的方式来保证冷铁的质量，增加了冷铁成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种砂芯及其模具以及制造方法，解决了3D打印或射芯等快速成型砂芯冷铁设计使用的操作问题和高尺寸精度限制问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种砂芯，包括砂芯本体以及固定在砂芯本体上的冷铁，所述砂芯本体包括母体砂芯和子砂芯，所述子砂芯镶嵌在母体砂芯上；所述冷铁固定在子砂芯上。

作为一种改进，所述子砂芯与母体砂芯之间的间隙为0.5-1mm。

作为一种优选，所述子砂芯为砂芯本体上与冷铁周围接触的厚度为5-30mm的砂体。

作为一种优选，所述子砂芯为砂芯本体上与冷铁周围接触的厚度为5-40mm的砂体。

本发明还提供一种用于制作上述子砂芯的冷芯盒射芯通用模具，包括母模和子模；所述母模包括上母模和下母模，所述子模包括上子模和下子模；母模上有用于容纳子模的空腔以及用于与子模匹配连接的连接孔；所述子模上射嘴和排气孔与母模对应，并设置有与连接孔配合连接的法兰；冷铁放置在下子模上。

作为一种改进，所述上子模和下子模沿砂芯的使用面随型分模而成。

作为一种改进，所述子模的射嘴和排气孔位置与母模相对应，子模的前后左右面与母模之间留间隙。

作为一种改进，所述子模上底面的厚度为定值，由上模的射嘴、顶杆高度决定；下底面配有作填充与母模之间的间隙用的等高垫块。

本发明还提供一种用于制作权利要求1中砂芯的方法，包括以下步骤：

A.将砂芯拆分成母体砂芯和子砂芯，其中冷铁包含在子砂芯内；

B.采用冷芯盒射芯或者3D打印的方式制作母体砂芯；

C.采用冷芯盒射芯的方式制作子砂芯；

D.将母体砂芯和子砂芯粘合。

作为一种改进，步骤C中上述冷芯盒射芯通用模具来制作子砂芯。

本发明运用在铸造冷芯盒射芯制芯上，可有效解决：

每种产品或砂芯均需要单独制作或组合制作一套射芯模具高、制作周期长及模具库存量大的问题，只需要制作类似手工造型的简单模具(子模)组装到通用射芯母模上即可；促进冷芯盒射芯技术和产业化的发展；

冷芯盒射芯模具上模面无法(或不易)直接安放冷铁的问题；冷铁和砂芯的拔模斜度导致冷铁粘结后间隙大的问题；冷铁与砂芯接触面小于4个面时无法保证粘结紧固和强度的问题；粘贴冷铁的尺寸要求较高(无分型面飞边和拔模斜度)的问题；使用加工冷铁成本高的问题。有效地解决了铸件大批量生产和流水线生产的效率，缩短生产线的组芯工位的节拍；保证了砂芯冷铁的粘贴质量和产品质量的稳定。

本发明可以快速高效的生产制作带冷铁的砂芯，与铸造3D打印砂芯结合运用，可有效解决：

1)3D打印砂芯粘冷铁带拔模斜度导致冷铁粘结后间隙大的问题；

2)冷铁与砂芯接触面小于4个面时无法保证粘结紧固和强度的问题；

3)粘贴冷铁的尺寸要求较高(无分型面飞边和拔模斜度)的问题；

4)使用加工冷铁成本高的问题。提高了生产线上冷铁的粘贴效率，缩短生产线的组芯工位的节拍，保证砂芯冷铁的粘结质量和产品质量的稳定。

附图说明

图1为砂芯的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为上母模及上子模的结构示意图。

图4为下母模及下子模的结构示意图。

图中标记：1上母模、2下母模、3上子模、4下子模、6冷铁、7母体砂芯、8子砂芯。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供一种砂芯，包括砂芯本体以及固定在砂芯本体上的冷铁6，所述砂芯本体包括母体砂芯7和子砂芯8，所述子砂芯8镶嵌在母体砂芯7上；所述冷铁6固定在子砂芯7上。

母体砂芯可采用冷芯盒射芯制作或者3D打印制作。

采用冷芯盒射芯的方法制作母体砂芯时，子砂芯为砂芯本体上与冷铁周围接触的厚度为5-30mm的砂体。可按常规的铸造工艺方案进行冷铁的设计，根据砂芯和铸件的结构要求，将与每块冷铁周围相接触的5-30mm厚的砂体从整个砂芯中全部拆分出来，形成母体砂芯和子砂芯(包含冷铁)，用于单独生产制作。拆分制作时应注意以下几方面问题：1)应考虑砂芯拆分后母体砂芯的拔模斜度；2)母体砂芯与子砂芯之间的间隙为0.5-1mm(根据子砂芯的大小决定)；3)每块子砂芯的冷铁周围的吃砂量必须保证单独生产制作砂芯的强度要求。

采用3D打印的方法制作母体砂芯时，子砂芯为砂芯本体上与冷铁周围接触的厚度为5-40mm的砂体。按常规的铸造工艺方案进行冷铁的设计，根据砂芯和铸件的结构要求，将与每块冷铁周围相接触的5-40mm厚的砂型从整个母体砂芯中全部拆分出来，形成母体砂芯和子砂芯(包含冷铁)，用于单独生产制作。拆分制作时应注意以下几方面问题：1)子砂芯拆分时可以不考虑拔模斜度，或与母体砂芯配合设计斜度；2)母体砂芯与子砂芯之间的间隙为0.5-1mm(根据子砂芯的大小决定)；3)每块子砂芯的冷铁周围的吃砂量必须保证单独生产制作砂芯的强度要求。

如图3、图4所示，本发明提供一种用于制作子砂芯的冷芯盒射芯通用模具，包括母模和子模；所述母模包括上母模1和下母模2，所述子模包括上子模3和下子模4；母模上有用于容纳子模的空腔以及用于与子模匹配连接的连接孔；所述子模上射嘴和排气孔与母模对应，并设置有与连接孔配合连接的法兰；冷铁6放置在下子模4上。

在模具制作之前应该总结出所有冷铁、砂芯需要采用冷芯盒射芯生产的规格型号，并按砂芯(包含冷铁的和通用型的)的生产需求、类型进一步将砂芯划分成几个轮廓尺寸范围，作为模具设计的依据。

母模是射芯模具的通用部分，主体外形结构由射芯机的射砂容量和射砂面积确定，内腔结构由不同容积的空腔组成，作组装子模用；空腔上、下面设计有与子模相匹配的连接孔。母模的设计根据之前总结出砂芯轮廓尺寸范围，根据射芯机的射砂容量(如：1700L、200L)、射砂面积(2000*2000、1100*1200)和型号，确定射芯模具母模的设计，外部结构确保与射芯机相匹配；内部设计预留出能容纳所需砂芯子模的不同规格的空腔，以确保能组装各种所需砂芯的子模组。

子模由形成砂芯的上、下模和等高垫块组成，主体相当于手工制芯的模具上、下模，上、下模底面带与母模相连紧固的法兰，下底面配等高垫块。上子模和下子模沿砂芯的使用面随型分模而成。子模的射嘴和排气孔位置与母模相对应，子模的前后左右面与母模之间留间隙。子模上底面的厚度为定值，由上模的射嘴、顶杆高度(高度＝母模空腔顶面厚度+子模上底面厚度)决定；下底面配有作填充与母模之间的间隙用的等高垫块。砂芯的射砂面应选择为与砂芯工作面(包括冷铁的使用面)相反的芯头面；砂芯在芯头面设计出足够大的脱模斜度。

本发明还提供一种制作砂芯的方法，包括以下步骤：

A.将砂芯拆分成母体砂芯和子砂芯，其中冷铁包含在子砂芯内；拆分的规则可参考本发明中采用冷芯盒射芯制作或者3D打印制作母体砂芯的时砂芯的拆分规则。

B.采用冷芯盒射芯或者3D打印的方式制作母体砂芯。

C.采用冷芯盒射芯的方式制作子砂芯；可采用本发明中子砂芯冷芯盒射芯通用模具来制作。

D.将母体砂芯和子砂芯粘合。

本发明克服现有射芯模具设计技术的不足，提供一种冷芯盒砂芯通用型模具设计制作方法，目的在于降低模具制作成本，缩短生产周期，解决模具库存等问题；2)克服了3D打印(或射芯)等快速成型砂芯现有冷铁设计和使用技术的不足，提供一种高效、便捷的砂芯与冷铁组合设计使用的生产方式，解决了3D打印(或射芯)等快速成型砂芯冷铁设计使用的操作问题和高尺寸精度限制问题，保证了砂芯冷铁使用的质量，解放了3D打印、射芯砂芯冷铁的设计局限，丰富了冷铁的使用功效。提高铸件批量和流水线生产制作砂芯的效率，缩短流水线的生产节拍，节约生产工位。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。