大型复杂铸件的真空消失模铸造造型方法

摘要

本发明公开了一种大型复杂铸件的真空消失模铸造造型方法，造型用的砂箱包括砂箱底、砂箱体、上抽气吊压杠三部分，各部分设置有独立抽真空的通气道，其造型工序包括：消失模模型底部加砂振动造型，翻转砂箱，移除托板及胎板架并放置上抽气吊压杠，填砂、加压振动造型；密封砂箱、抽真空后即可进行浇注。在具有盲孔、凹槽的部位填充树脂砂和芯铁，并用浮吊将芯铁固定；对松散部位进行局部振实。利用本发明方法具有型砂密实、均匀一致，解决了真空消失模铸造大型铸件的过程中经常出现的塌箱、掉砂、夹砂、变形的难题，能保证盲孔、深凹槽及整个铸件的精度，使振动过程中模型几乎不产生浮动、变形，能够生产出高质量的大型复杂铸件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，尤其是涉及一种利用真空消失模铸造大型复杂铸件的造型方法。

背景技术

真空消失模铸造技术是近几十年来发展起来的新型的铸造技术。真空消失模铸造的工艺过程包括泡沫成型-组装模型束-刷涂料-烘干-埋箱、震动造型-抽真空-负压下浇铸(泡沫型汽化)-铸件凝固冷却-清砂。真空消失模铸造属于实型铸造，它的模型一般采用泡沫成型，模型的形状与铸件的形状相同。模型组装预处理完成后，将其放置在砂箱中的砂子上面，然后在箱中填入干燥的型砂，砂子填满砂箱后，采用震动机械将砂子振实，并使砂子填充到模型的每一个角落，然后在砂箱上方覆盖密封薄膜对砂箱进行抽真空，抽真空后砂子就和模型贴合在一起，不在流动，形成固定的砂型，此时可以通过模型上的浇道进行浇注。浇注过程中高温的金属液将模型熔化，金属液占据模型的空间形成铸件，而模型变成气体或烟尘被真空系统抽走。冷却成型后取出铸件清理浇冒口即完成铸造的全过程。真空消失模铸造作为一种新兴的先进的铸造技术，尤其适合于单件小批量生产，它省去了制造木模、金属模的费用，降低了模具成本和模具的生产周期，即使是大批量生产时也具有污染小、生产效率高、成本低、铸件表面及内在质量好等优点，是铸造技术的发展趋势。但是目前真空消失模铸造一般只能用于中小型铸件，这是由于模型需要使用高温时能够迅速汽化的价格便宜的材料，其比重一般都比较小，如泡沫模型的比重远小于砂子的比重，在震动造型时，模型会产生浮动，因此引起铸件变形或者影响铸件的最终尺寸精度。这些对小型铸件尚不明显，但对大型铸件来说，模型的浮动肯定会引起铸件出现很大的尺寸偏差、变形，造成废品。另外，大型铸件的结构一般比较复杂，即使是不太复杂的铸件，模型边、角处的砂子的填充密度与模型中心的密度也不相同，尤其是砂箱内模型底面、侧面的砂子很难填实，这必然会影响铸件质量，对大型铸件来说甚至根本不能生产出成品。因此目前的真空消失模铸造生产线都是用于生产几百千克以内的中小型铸件，它们的砂箱、模型都比较小，可以比较容易的振实或者填实。同时生产中小型铸件时砂箱不需要翻转，就能基本填实，所以其砂箱都是上端开放的四方桶体砂箱，砂箱的侧壁和砂箱的底是一体的，砂箱四壁的内部或者砂箱底的内部设置有抽真空的通气道，砂箱的外壁上设置一个抽真空的连接口即可。这样结构的砂箱用于铸造大型铸件时，由于抽真空时砂子内部存在真空度梯度，即在抽气口附近的真空度较大，而远离抽气口位置处的真空度较小，使砂子不能成型，特别是在浇注金属液后，型腔内大量的消失模汽化后的气体不能被及时抽走，会出现塌箱问题，铸造不出成品铸件。针对真空度不够而出现塌箱的问题，中国专利ZL97250350.1曾公开了一种顶抽式消失模铸造砂箱，它有一个砂箱箱体，在砂箱箱体的顶部安装有独立的抽气室，这样就能对砂箱模型顶部的砂子进行抽真空，保证了砂箱上半部分的真空度。但是采取这种结构的铸造砂箱，也仅仅时适用于小型铸件，对于大型铸件来说，如冲压汽车车体的模具，它们的造型复杂，有许多盲孔、凹槽，其重量往往达几吨、十几吨甚至二十吨，所以仅仅采取这一种措施还是远远不够的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于大型复杂铸件的真空消失模铸造的造型方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种大型复杂铸件的真空消失模铸造造型方法，包括埋箱、振动造型、抽真空等工序，造型用的砂箱采用活底活盖的砂箱，包括砂箱底、砂箱体、上抽气吊压杠三部分，箱底、砂箱体、上抽气吊压杠三部分均设置有独立抽真空的通气道，其造型工序还包括如下步骤，

A、在平置的托板上放置胎板架及消失模模型、砂箱，胎板架放置在托板上面用于支撑消失模模型，一般情况下是将消失模实模的顶面朝下放置在砂箱中的胎板架上，做好浇冒系统，在模型上有盲孔、凹槽部位放置芯铁并用树脂砂填充；砂箱可以与消失模模型同时放置好，也可以先将消失模模型放置好，然后在盲孔、凹槽部位填充树脂砂放置芯铁，再将砂箱放在托板上套在消失模外面；然后上振动台并加型砂振实，振实后刮平型砂超过箱上平面的部分；

B、上砂箱底，将砂箱体、砂箱底连同托板一起上下翻转，使托板在上砂箱底在下，移除托板及胎板架，在砂箱上放置上抽气吊压杠，用型砂填满砂箱并使型砂高出砂箱一定的高度，在型砂上加重物加压振动造型；

C、用密封薄膜覆盖在上抽气吊压杠即砂箱上面，并将砂箱体与底板的连接处及整个砂箱密封，将砂箱体、砂箱底和上抽气吊压杠分别与抽真空系统连接，抽真空到需要的真空度，即可进行浇注。

本发明的进一步改进在于：所述步骤B中，在填砂前，在消失模模型的上部、具有盲孔、凹槽的部位填充树脂砂，并在凹槽的树脂砂内部放置芯铁，在芯铁上连接浮吊，待树脂砂硬化后，将浮吊固定在上抽气吊压杠上，再填入型砂加压振实。

本发明的上述技术方案的进一步改进在于：芯铁用钢板冲压件的下脚料，浮吊用铁丝。

本发明的砂箱的进一步具体结构在于：所述的砂箱为活底活盖的分体组合式砂箱，砂箱由砂箱体、砂箱底板和上抽气吊压杠组成，砂箱体为四方筒体结构，砂箱体下面设置与砂箱体活动连接并互相配合的砂箱底，砂箱体上面为上抽气吊压杠，砂箱体、砂箱底板和上抽气吊压杠的内部均设置有通气道，上抽气吊压杠由纵横设置的中空的方杠组成，方杠内为互相连通的通气道，砂箱体包括砂箱侧板和设置在侧板外侧的通气道，砂箱底包括底板和设置在底板下面的通气道，砂箱体、上抽气吊压杠、砂箱底上均独立设置有与通气道和真空系统连通的抽气管，在砂箱体、砂箱底板和上抽气吊压杠的内壁均布有与通气道连通的抽气孔，抽气孔上设置不锈钢丝防砂网。

本发明的砂箱的进一步具体结构为：所述通气道之间的距离在1m到1.2m。抽气孔连通在抽气道上。

本发明的进一步改进在于：步骤B中，翻转砂箱移除托板及胎板架后，对松散部位再采用专用小型震动工具进行局部振实。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

利用本发明的真空消失模造型方法，能够生产出大型铸件，解决了真空消失模铸造只能生产小型铸件的难题。发明人经过三年的刻苦攻关，已经成功的铸造出重量达15吨以上的汽车冲压模具毛坯。并且产品质量好，完全符合制造模具的技术要求。

利用真空消失模生产大型铸件存在着三个难题，一是型砂(为干砂)填充不实，某些部位的填砂量太小；二是某些部位的真空度不够，造成型砂不密实，浇注后由于真空度降低，容易发生塌箱或者夹砂；三是铸件容易产生变形，产生废品。本发明通过使用组合式砂箱，并采取翻箱、振动造型，解决了填砂量不均匀的问题，同时，采用局部振动的补偿措施，将砂型全部振实，解决了塌箱、掉砂问题。对应盲孔、凹槽的部位采用自硬砂(树脂砂)补偿造型，解决了盲孔、凹槽部位在浇注时由于实型的消失模熔化、真空度降低而使盲孔、凹槽对应的突起的砂型掉落，形成夹砂，不能成型等缺陷。采用在型砂上面加压振动造型，解决了震动过程中模型上浮、变形的问题，使模型几乎不产生浮动，变形也可以控制在允许的范围内。

本发明的砂箱采用活底活盖分体组合式砂箱，便于翻箱填砂造型，砂箱的砂箱体、砂箱底板和上抽气吊压杠的内部均设置有通气道和抽气管，并在砂箱体、砂箱底板和上抽气吊压杠的内壁均布多个抽气孔，可以在砂箱内形成均衡的负压，使砂箱的各个部位的真空度保持均匀一致。经过试验证实，铸造中真空设备对砂子的抽真空的范围只在砂箱内壁的抽气孔附近约500mm到700mm的范围，所以抽气孔之间的距离最好在1m到1.2m之间，才可以保证砂箱的各个部位的真空度保持均匀一致。抽气口上设置的不锈钢丝防砂网，不但能够防止砂子进入通气道形成堵塞，影响真空设备的正常运行，而且不锈钢丝防砂网比铜网、铁网的强度大、寿命长。

在造型填砂前，在消失模型具有深凹槽或者盲孔的部位用自动硬化的树脂砂填充，并放置打浮吊的芯铁，可以防止浇注过程中凹槽或者盲孔的芯型发生漂移、上浮或者下沉，避免盲孔、凹槽位置出现偏差；上抽气吊压杠也可以压住和拉住整个模型上所有的芯型，使它们不发生移动。芯铁用钢板冲压件的下脚料，浮吊用铁丝，节约了造型成本。在振动台上振动完成后，由于箱体比较大，还会存在局部边角部位型砂填充不实的情况，对填充不实之处再采用专用小型震动工具进行局部振实，使整个箱体内各个部位型砂的密实度一致，浇注时不会出现砂型散落移动的情况。

附图说明

图1为本发明的砂箱的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

其中：1.通气道，2.上抽气吊压杠，3.上抽气管，4.侧通气道，5.侧板，6.侧抽气管，7.底抽气管，8.底通气道，9.底板，10.防砂网。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明：

在生产一种冲压模型的底座时，其铸件外形尺寸为1m×2m×6m，重量为15吨，底座的上面有多个凹槽，凹槽之间形成连接筋。在采用真空消失模铸造时，用泡沫预制成与底座一致的实模，实模一般是设计单位制造成型，达到铸造厂后，先在实型模具上刷涂料并烘干，共进行两次；然后埋箱、振动造型，造型完成后抽真空，即可进行浇注。

其中造型用的砂箱采用活底活盖的组合式砂箱，砂箱包括砂箱底、砂箱体、上抽气吊压杠三部分，砂箱底设置在砂箱体下面，与砂箱体活动连接并互相配合，砂箱底和沙箱体的四周设置连接用的连接螺栓。砂箱体上面为上抽气吊压杠2。砂箱底、砂箱体、上抽气吊压杠2上均设置有独立抽真空的通气道，砂箱的外形尺寸为1.6m×2.5m×8m。砂箱体为四方筒体结构，砂箱体包括砂箱侧板5和设置在侧板5外侧的侧通气道4，侧通气道4上连通有侧抽气管6；上抽气吊压杠由纵横设置的中空的方杠组成，方杠内为互相连通的通气道1，通气道1上连通有上抽气管3；砂箱底包括底板9和设置在底板下面的底通气道8，底通气道8上连通有底抽气管7。砂箱底、砂箱体、上抽气吊压杠上的各通气道之间的距离为1m，在砂箱体、砂箱底板和上抽气吊压杠的内壁均布有抽气孔，抽气孔连通在各抽气道上，各抽气孔之间的距离为1m，抽气孔上设置不锈钢丝防砂网10。

利用本砂箱造型的工序包括如下步骤：

1、在工作面上放置一托板，托板上面放一胎板架，胎板架高度为200mm，将处理好的消失模实模的顶面朝下放置在胎板架上，做好浇冒系统。

2、在消失模上具有盲孔及深凹槽部位填充树脂砂，并放好芯铁。

3、将砂箱放置在托板上面，并适当紧固，在砂箱内分次填入型砂并在振动台上多次加砂振实，型砂的填入量要高出砂箱50mm，振实过后刮除型砂超过砂箱上平面的部分，然后在砂箱上面放置砂箱底，紧固好螺栓。

4、将砂箱体、砂箱底连同托板一起上下翻转，使托板在上砂箱底在下，放置在振动台上，并移除托板及胎板架。

5、在模型的上部、具有凹槽的部位填充树脂砂，形成一树脂砂的覆盖层，并在凹槽的树脂砂内部放置由冲压钢板的下脚料制成的芯铁，在芯铁上连接铁丝，过一段时间后树脂砂会自行硬化。

6、树脂砂硬化后，把吊压杠放置在沙箱上，用并用螺栓将两者紧固好，将作为浮吊的铁丝捆绑固定在上抽气吊压杠上。

7、对砂箱中的松散部位的型砂用专用小型震动工具进行局部振实。

8、用型砂填满砂箱并使型砂高出砂箱约200mm，并在上抽气吊压杠上面的沙子上放置托板及重物，在振动台上加压振动造型。

9、用密封薄膜覆盖在上抽气吊压杠即砂箱上面，并将砂箱体与底板的连接处及整个砂箱密封。

10、将砂箱体、砂箱底和上抽气吊压杠分别与抽真空系统连接，抽真空到需要的真空度，即可进行浇注。