三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装置及铸造工艺

摘要

本发明公开了一种三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装置及铸造工艺，属于铁模覆砂铸造领域。铸造装置包括上砂箱、上模、下砂箱和下模，上模上设有浇注系统，还包括中砂箱和中模，中砂箱位于上砂箱和下砂箱之间；中模上设置有柱状的中模活块，中模活块的背面设有中模镶块，中砂箱与上砂箱和下砂箱之间分别配合设置有定位装置。铸造工艺包括：对模具和砂箱进行加热；造型，合箱；浇注并最终得到铸件产品。本发明实现了利用铁模覆砂铸造工艺生产环类、三开箱的铸件，产品质量可靠稳定，出品率高，尺寸精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及铁模覆砂铸造技术领域，具体地说是一种三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装 置及铸造工艺。

背景技术

铁模覆砂铸造工艺技术以它独特的优点而备受关注，这项技术也被逐步的推广。但其前 期对铸造装置的高成本投入，以及在使用过程中由于长期受到反复的热胀冷缩和铸造环境影 响导致铸造变形、开裂等诸多问题，也让很多人不敢轻易涉足。

铁模覆砂铸造工艺技术在盘类、杆类、轴类铸件等较小尺寸尤其有利，基本上也都是两 开箱。而针对环类、三开箱的铸件，铁模覆砂铸造工艺研究及铸造装置还是一片空白。

环类铸件中间部位呈凹状，不能顺利出模，若是两开箱铸造，解决上述问题只能靠中间 下砂芯的方法，但如果下砂芯，一方面增加了制芯、下芯等工装和工序，另外更重要的是砂 芯外型尺寸大，壁厚较大，不方便操作，也失去了铁模覆砂工艺的优点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装置及铸造 工艺，该铸造装置及铸造工艺实现了利用铁模覆砂铸造工艺生产环类、三开箱的铸件，产品 质量可靠稳定，出品率高，尺寸精度高。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括：三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装置， 包括上砂箱、形成上砂箱型腔的上模、下砂箱和形成下砂箱型腔的下模，上模上设有浇注系 统，其特征是，还包括中砂箱和形成中砂箱型腔的中模，中砂箱位于上砂箱和下砂箱之间； 中模上设置有柱状的中模活块，中模活块的背面设有中模镶块，中模活块和中模镶块紧靠在 一起；所述中砂箱与上砂箱和下砂箱之间分别配合设置有定位装置。

在中模活块和中模镶块之间设置有定位销和定向套，使中模活块与中模镶块的配合准确 牢固，在中模活块的上表面还设置有吊环镶块以便于起模。

中砂箱设有射砂衬套，方便拆卸更换，一旦衬套受损，拆掉旧衬套更换，砂箱即可继续 使用。

进一步的技术方案为：所述上模位于上模模底板上，所述的中模、中模活块和中模镶块 均位于中模模底板上，所述下模位于下模模底板上；上模模底板、中模模底板和下模模底板 的内部均设置有水平布置的电加热棒。上模、中模和下模均采用电热模，便于对模具加热时 的操作，也提高了生产效率。

进一步的技术方案为：所述中模模底板上还设置有竖直布置的电加热棒，竖直布置的电 加热棒位于中模模底板和中模镶块相配合的面上并插入中模镶块的内部。设置竖直布置的电 加热棒，提高加热效率，能够使中模镶块保持较高的温度，中模镶块可作为热源为中模活块 提供热量。

进一步的技术方案为：所述的上砂箱、中砂箱和下砂箱上均设置有加强筋；所述上砂箱 和下砂箱上的加强筋在其端面上呈发散状均匀分布，所述中砂箱上的加强筋分布在其侧壁外 表面上。设置加强筋，保证了铸造装置的强度，加强筋均匀布置，减少了应力集中。

进一步的技术方案为：所述浇注系统为封闭式浇注系统，所述浇注系统包括内浇道、横 浇道和直浇道，所述直浇道与横浇道连通，横浇道与内浇道连通，横浇道与上模的内环相连 接。采用封闭式浇注系统，保证良好充型且易清理，具有良好的挡渣能力。

进一步的技术方案为：所述的定位装置包括定位销和定位套，定位套套置在定位销的外 侧，采用销套配合来限制砂箱合箱后的横向变动。因为铸造装置长时间在高温、冷却反复变 化的恶劣环境下工作，所以在设计制作时要充分考虑它们的强度、变形及配合精度等问题。 为消除铸造装置在温度变化的环境下尺寸发生改变造成的影响，砂箱与砂箱、砂箱与外模采 用定位和定向方式固定；而外模活块则采用四个不同方向的定向方式来实现定位。

上砂箱、中砂箱和下砂箱的两侧均设有吊把。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造工艺，包括 以下步骤：

步骤1：铸造前准备工作，对铸造装置及设备状况进行检查；

步骤2：对模具和砂箱进行加热；

步骤3：生产砂型，完成下砂型、中砂型和上砂型的装配；

步骤4：合箱后在直浇道口放入浇口杯，等待浇注；

步骤5：熔炼金属至液态，进行浇注；

步骤6：浇注完成后，经过冷却、开箱和清理，得到铸件产品。

铸造前的准备工作包括：

步骤(1-1)：检查铸造装置，包括砂箱、模具、活块等所有件，检查原材料准备是否齐 全，检查设备状况，保证基础设备能够安全、顺利生产；

步骤(1-2)：把铸造装置准确的放置到设备上，与设备连接牢固，并试验顶箱、射砂、 合模、翻转等动作。

对模具和砂箱进行加热时，模具和砂箱的温度升至180℃～230℃。

模具包括上模、中模和下模三件，上模和下模按一般铁模覆砂造型工艺生产即可，而中 模比较特殊，在其中部有一件中模活块，上述步骤3中，保持中模活块的温度在180℃～230℃。 为便于中模活块保持较高的温度，设置了与其相配合的凹槽状加热器，并且在中模活块的上 表面中心位置设计了吊环。造型前把中模活块放到中模上，起模前，先把中模活块吊出，并 将其放到加热器中，保持中模活块的温度，如此反复。

生产砂型时注意生产节拍及顺序，先生产下砂型，起模后翻转下砂型，下砂型朝上把下 砂型放到轨道上，检查修补下砂型；然后是中砂型，中砂型起模后不需要翻转，检查修补中 砂型，需要下砂芯时在此时下砂芯，砂芯固定牢固，然后将中砂型与下砂型装配；最后是上 砂型，上砂型也不需要翻箱，检查砂型后就将上砂型与中砂型装配。在整个造型、下芯、装 配过程中，每一步都要细心检查，出现异常状况及时处理，并且踏好生产节拍，使每一个生 产节点能顺利工作，避免生产杂乱无章，造成质量隐患。

合箱后在直浇道口放入浇口杯，通过直浇道口察看型腔内是否有异常，如果没有异常， 就用盖板盖上浇口，等待浇注。

合箱后要尽快浇注，因为此时砂型具有一定温度，且温度越高，对铁水流动性越有利。 如果砂型温度太高或变化太大，都会影响铸件的冷却环境，从而影响它的力学性能。所以尽 可能的把砂型温度稳定在变化幅度比较小的范围内。

虽然浇注系统有一定的挡渣能力，但为了确保铸件的质量，也绝不能对铁液的质量疏于 控制。熔炼浇注是铸件能否成功的关键步骤之一。借鉴高温出炉低温浇注的理论来指导实际 操作。出炉温度一般在1550℃左右，浇注温度设定在1330℃-1360℃。浇注时，注意控制浇 包与浇口杯之间的距离，浇包与浇口杯之间的距离一般控制在300～500mm，保证一定的压头， 并且保证浇口杯处于满而不溢的状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的铸造装置和铸造工艺，实现了环类铸件的三开箱铁模覆砂铸造，为铁模 覆砂的应用拓展了更大的空间，为今后对较大型、复杂件、三开箱生产工艺的产品开发提供 了宝贵的经验。

2、运用此铸造装置和工艺方法铸出产品与传统砂型铸造方式相比较，所铸产品外观质量 好，工艺出品率高，尺寸精度高。

3、实现设备化生产和原材料标准化生产，尺寸精度高、效率高，人为影响因素大大减少， 质量稳定性好，整个生产过程粉尘少，工作环境好。

附图说明

图1为本发明实施例合箱后的俯视结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明实施例中模的俯视结构示意图；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为本发明实施例的铸造工艺表达示意图；

图7为图6的C-C剖视图；

图8为本发明实施例中中模活块加热器的结构示意图。

图中：1吊把，2上砂箱，3加强筋，4浇口杯，5中砂箱，6下砂箱，7直浇道砂壳，8 排气孔，9小砂箱，10排气槽，11铸件砂壳，12铸件型腔，13定位销，14定位套，15中模 活块，16吊环镶块，17中模模底板，18电加热棒，19铸件，20砂芯，21横浇道，22内浇 道，23直浇道,24中模活块加热器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

如图1、图2及图3所示，三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装置，包括上砂箱2、形成上 砂箱型腔的上模、下砂箱6和形成下砂箱型腔的下模，上模上设有浇注系统，还包括中砂箱 5和形成中砂箱型腔的中模，中砂箱5位于上砂箱2和下砂箱6之间；中模上设置有柱状的 中模活块15，中模活块15的背面设有中模镶块，中模活块15和中模镶块紧靠在一起；所述 中砂箱5与上砂箱2和下砂箱6之间分别配合设置有定位装置。

如图4、图5，在中模活块15和中模镶块之间设置有定位销和定向套，使中模活块15与 中模镶块的配合准确牢固，在中模活块15的上表面还设置有吊环镶块16以便于起模。

中砂箱5设有射砂衬套，方便拆卸更换，一旦衬套受损，拆掉旧衬套更换，砂箱即可继 续使用。

为便于对模具进行加热，上模、中模和下模均采用电热模，具体结构为：所述上模位于 上模模底板上，所述的中模、中模活块15和中模镶块均位于中模模底板17上，所述下模位 于下模模底板上；上模模底板、中模模底板17和下模模底板的内部均设置有水平布置的电加 热棒18。

中模模底板17上还设置有竖直布置的电加热棒，竖直布置的电加热棒位于中模模底板 17和中模镶块相配合的面上并插入中模镶块的内部。

上电热模和下电热模按现有的铁模覆砂模具的通常方式设计制造即可，比较特殊的是中 间的电热模。中模上有一个很大的中模活块15，为了使中模铸造装置方便生产，中模也设计 了一件大的中模镶块。为了能实现快速的对此电热模加热，在加热管布置上及加热装置设计 上都作出了该变。不但在中模模底板17上设计了水平的电加热棒，在中模模底板17和中模 镶块的竖直方向靠近砂层的部位也设计了一圈电加热棒。

另外，中模活块15经常搬动，中模活块15在与中模镶块装配时可以吸收中模镶块的热 量保证自身的温度。但当起模时，中模活块15需要被吊开，此时中模活块15处于空冷状态。 当中模活块15再次与中模镶块配合时，中模活块15自身的温度下降了很多，需要进一步加 热方可继续工作。

当然，中模活块15可以再通过吸收中模镶块的热量来提升自身的温度，但这需要时间。 因此设计了一个中模活块加热器24，如图8所示，中模活块加热器24的上设有与中模活块 15相配合的凹槽，凹槽的侧壁内均匀布置有电加热棒，当中模活块15脱开中模镶块这个热 源后，我们可以把它放到中模活块加热器24中保温、升温。这样再使用中模活块15造型时， 无需等待加热即可工作，节省了时间，提高了劳动效率。

所述的上砂箱2、中砂箱5和下砂箱6上均设置有加强筋3；所述上砂箱2和下砂箱6上 的加强筋3在其端面上呈发散状均匀分布，所述中砂箱5上的加强筋3分布在其侧壁外表面 上。设置加强筋3，保证了铸造装置的强度，加强筋3均匀布置，减少了应力集中。

如图6、图7所示，所述浇注系统为封闭式浇注系统，所述浇注系统包括内浇道22、横 浇道21和直浇道23，所述直浇道23与横浇道21连通，横浇道21与内浇道22连通，横浇 道21与上模的内环相连接。采用封闭式浇注系统，保证良好充型且易清理，具有良好的挡渣 能力。

如图2，浇口杯4的下方连接直浇道砂壳7，中砂箱5内侧还设置有小砂箱9，小砂箱9 对应图6和图7中铸件19上的砂芯20。砂箱内设有排气孔8、排气槽10、铸件砂壳11和铸 件型腔12。

所述的定位装置包括定位销13和定位套14，定位套14套置在定位销13的外侧，采用 销套配合来限制砂箱合箱后的横向变动。因为铸造装置长时间在高温、冷却反复变化的恶劣 环境下工作，所以在设计制作时要充分考虑它们的强度、变形及配合精度等问题。为消除铸 造装置在温度变化的环境下尺寸发生改变造成的影响，砂箱与砂箱、砂箱与外模采用定位和 定向方式固定；而外模活块则采用四个不同方向的定向方式来实现定位。

上砂箱、中砂箱和下砂箱的两侧均设有吊把1，吊把1必须牢固可靠，避免在使用过程 中出现断裂。

利用本实施例的三开箱环类铸件的铁模覆砂铸造装置进行铸造的工艺，包括以下步骤：

步骤1：铸造前准备工作，对铸造装置及设备状况进行检查。具体操作如下：

步骤(1-1)：检查铸造装置，包括砂箱、模具、活块等所有件，检查原材料准备是否齐 全，检查设备状况，保证基础设备能够安全、顺利生产；

步骤(1-2)：把铸造装置准确的放置到设备上，与设备连接牢固，并试验顶箱、射砂、 合模、翻转等动作。

步骤2：对模具和砂箱进行加热，温度升至180℃～230℃，可选择升至200℃、210℃、 220℃等。

步骤3：生产砂型，完成下砂型、中砂型和上砂型的装配。具体操作如下：

模具包括上模、中模和下模三件，上模和下模按一般铁模覆砂造型工艺生产即可，而中 模比较特殊，在其中部有一件中模活块15，该步骤中，保持中模活块的温度在180℃～230℃。 为便于中模活块15保持较高的温度，设置了与其相配合的凹槽状加热器，并且在中模活块 15的上表面中心位置设计了吊环。造型前把中模活块15放到中模上，起模前，先把中模活 块15吊出，并将其放到中模活块加热器24中，保持中模活块15的温度，如此反复。

生产砂型时注意生产节拍及顺序，先生产下砂型，起模后翻转下砂型，下砂型朝上把下 砂型放到轨道上，检查修补下砂型；然后是中砂型，中砂型起模后不需要翻转，检查修补中 砂型，需要下砂芯时在此时下砂芯，砂芯固定牢固，然后将中砂型与下砂型装配；最后是上 砂型，上砂型也不需要翻箱，检查砂型后就将上砂型与中砂型装配。在整个造型、下芯、装 配过程中，每一步都要细心检查，出现异常状况及时处理，并且踏好生产节拍，使每一个生 产节点能顺利工作，避免生产杂乱无章，造成质量隐患。

步骤4：合箱后在直浇道口放入浇口杯，通过直浇道口察看型腔内是否有异常，如果没 有异常，就用盖板盖上浇口，等待浇注。

步骤5：熔炼金属至液态，进行浇注。合箱后要尽快浇注，因为此时砂型具有一定温度， 且温度越高，对铁水流动性越有利。如果砂型温度太高或变化太大，都会影响铸件的冷却环 境，从而影响它的力学性能。所以尽可能的把砂型温度稳定在变化幅度比较小的范围内。

虽然浇注系统有一定的挡渣能力，但为了确保铸件的质量，也绝不能对铁液的质量疏于 控制。熔炼浇注是铸件能否成功的关键步骤之一。借鉴高温出炉低温浇注的理论来指导实际 操作。出炉温度一般在1550℃左右，浇注温度设定在1330℃-1360℃。可选择1340℃、1350℃、 1355℃等值。浇注时，注意控制浇包与浇口杯之间的距离，浇包与浇口杯之间的距离一般控 制在300～500mm，保证一定的压头，并且保证浇口杯处于满而不溢的状态。

步骤6：浇注完成后，经过冷却、开箱和清理，得到铸件产品。

本发明中，铸造工艺中应采用加热模，即将模具加热后进行造型，但是模具的加热方式 不限于实施例所述的电加热方式，可以采用其他的方式对模具进行加热。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发 明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为突出本发明 的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。