一种机床底座铸造用砂型结构的制作方法

本技术涉及消失模铸造相关，具体为一种机床底座铸造用砂型结构。

背景技术：

1、大型机床，特别是立式五轴加工中心的底座，通常采用框架一体式结构以追求极高的静动态刚性与精度稳定性，此类底座具有尺寸大、壁厚不均、内部空腔复杂的特点；消失模铸造技术因其铸件尺寸精确、加工余量小等优势，被认为是生产此类大型复杂构件的理想工艺；然而，正是由于其一体化的框架设计，两立壁之间间距大，顶部常存在开放的三角区域，导致结构刚性在铸造过程中显著不足；在浇注冷却时，空腔结构填充的巨大的砂芯因冷却速度远低于外围金属，无法及时退让，会对两侧立壁产生持续的向外扩张应力，铸件可能产生内应力或开裂；同时，结构薄弱区域在不均匀收缩应力的作用下极易发生变形；现有技术往往通过增设外部冷铁、优化浇冒口来改善，但效果有限，难以解决大型砂芯阻热和整体结构抗变形能力差的问题，导致铸件成品存在较高的变形与开裂风险，废品率居高不下，严重影响了生产效率和成本控制。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种机床底座铸造用砂型结构，通过设置消失模拉筋结构、撑筋结构、斜撑结构和砂芯冷却结构等，有效防止大型机床底座在铸造过程中产生开裂和变形，提高铸件质量和稳定性。

2、为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现的：一种机床底座铸造用砂型结构，包括消失模结构和砂芯结构，所述消失模结构包括底座本体，所述底座本体具有两个相对的竖直立壁和两个上下连接立壁的水平横壁，形成框架结构，中间具有空腔，所述消失模结构还包括：

3、拉筋结构，横向连接在两个所述立壁之间，被配置为在冷却过程中先于所述竖直立壁凝固；

4、撑筋结构，竖直连接在两个所述横壁之间，被配置为在冷却过程中先于所述水平横壁凝固；

5、斜撑结构，连接在所述底座本体上部横壁突出区域与下部横壁的前沿之间，被配置为在冷却过程中先于所述底座本体凝固；

6、所述砂芯结构包括冷却结构，冷却结构设置在所述空腔填充后的砂芯内，用于加快砂芯的冷却，并外接风冷系统。

7、通过设置拉筋结构、撑筋结构和斜撑结构，在铸造过程中能有效抵抗和分散因冷却不均和砂芯阻碍产生的应力，从结构上防止铸件变形；同时，空腔内的冷却结构能主动加速砂芯冷却，使其及时退让，从根源上降低了开裂风险。这几大结构协同作用，共同确保了大型框架结构铸件的成型质量。

8、进一步的技术方案，所述冷却结构包括多个冷却管、固定板、连接杆和连接板，所述冷却管具有螺旋段和连接段，所述固定板用于固定所述冷却管，所述连接杆和所述连接板用于连接所述固定板，以形成整体冷却结构。

9、冷却管采用螺旋段设计，增加了与砂芯的接触散热面积，提升了冷却效率。通过固定板和连接杆将多个冷却管组装成整体式结构，确保了冷却结构在填砂和浇注过程中的结构刚性与稳定性，防止移位或变形。

10、进一步的技术方案，所述冷却管设置有若干排，由上至下分布，每排设置有若干个所述冷却管。

11、冷却管采用多排分布的布局，能够覆盖砂芯在竖直方向上的不同高度，实现对砂芯的立体、均匀冷却，避免了局部过热或冷却盲区，进一步均衡了整体的冷却收缩过程。

12、进一步的技术方案，每个所述冷却管设置有若干个所述螺旋段。

13、在每个冷却管上设置多个螺旋段，进一步延长了气流路径和散热表面，在有限空间内最大化地提升了单根冷却管的换热能力，优化冷却效率。

14、进一步的技术方案，所述冷却结构还包括出气管和进气口，所述出气管连接所述冷却管的出口，所述进气口设置在所述冷却管的进口，用于连接外部风冷系统。

15、通过设置集中的进气口和出气管，便于与外部风冷系统快速、可靠地连接，形成了封闭的强制对流冷却循环，实现了持续热量交换与排出。

16、进一步的技术方案，所述固定板设置有多块，分别固定于每排所述冷却管的两端，且所述固定板之间通过连接板固定连接，以增加所述冷却结构的整体结构强度。

17、通过连接板将多块固定板紧固连接，使整个冷却结构形成一个高强度的整体骨架，增强了其在松散铸砂环境中的抗压和抗冲击能力，保证了在整个铸造过程中的结构完整性与功能可靠性。

18、进一步的技术方案，所述拉筋结构包括至少两条第一泡沫棒料，且所述第一泡沫棒料平行设置，所述第一泡沫棒料的横截面为矩形，其尺寸为60mm×30mm至80mm×40mm。

19、拉筋结构采用平行设置的泡沫棒料，能够在两个立壁之间形成稳定、均匀的拉力带，特定的尺寸设置，确保泡沫棒料能够比厚大的底座立壁更快的冷却和凝固，从而在主体结构发生显著收缩变形之前就已经成型，并起到刚性约束作用，同时在该尺寸范围下还能保证刚度和强度以承担拉应力，有效抵抗铸件冷却时两立壁向外张开的趋势，防止铸件宽度方向上的变形。

20、进一步的技术方案，所述第一泡沫棒料设置有4组，每组设置有4根，沿所述空腔的长度方向均匀间隔设置。

21、第一泡沫棒料的这种分布，确保底座本体在整个长度方向上的任何位置，都能获得几乎等同的刚性支撑，从而全方位地抵抗因砂芯阻碍和冷却收缩产生的向外扩张应力，有效防止了立壁可能出现的波浪形变形或中部鼓胀等局部变形模式；同时，16根泡沫棒料的设计，在提供充足结构刚性的同时，避免了因金属总量过多而可能带来的新的收缩应力问题，实现了刚度与应力控制的最佳平衡，极大提升了大型底座铸件的尺寸精度和一致性。

22、进一步的技术方案，所述撑筋结构，包括至少两条第二泡沫棒料，且第二泡沫棒料平行设置，所述第二泡沫棒料、所述第三泡沫棒料和所述第四泡沫棒料的横截面均为矩形，其尺寸均设置为30mm×30mm至45mm×45mm。

23、特定尺寸范围确保了这些撑筋和斜撑具有足够的强度以有效抵抗变形应力，同时又避免了因截面过大而可能成为新的热节或产生过大的收缩应力；第二泡沫棒料、第三泡沫棒料和第四泡沫棒料这种标准化的尺寸设计简化了模型制备工艺，而且它使得撑筋结构与斜撑结构能够协同作用，共同约束底座在高度方向和前沿突出三角区域的变形趋势，增强了整个框架结构在冷却过程中的整体刚性与尺寸稳定性，有效防止了铸件在竖直方向上的收缩变形和前沿区域的扭曲。

24、进一步的技术方案，所述斜撑结构包括两条第三泡沫棒料和一条第四泡沫棒料，所述第三泡沫棒料的一端连接所述底座本体顶部横壁突出区域，另一端连接底部所述横壁的边缘，以构成三角斜支撑，所述第四泡沫棒料横向连接两根所述第三泡沫棒料，其中的两条第三泡沫棒料对称设置。

25、斜撑结构采用对称的第三泡沫棒料和连接的第四泡沫棒料，在结构薄弱的三角突出区域形成了一个稳定的三角形支撑框架，增强了该区域的刚性，有效防止前沿立壁在冷却过程中发生倾斜或扭曲。

26、进一步的技术方案，所述风冷系统包括压缩机、换热器、节流膨胀阀和风机。

27、利用成熟、可靠的风冷系统提供冷源，成本可控且维护方便，其强制对流换热方式效率高，能快速将砂芯内部热量带走，确保冷却结构持续发挥效能。

28、综上所述，本实用新型具有如下有益效果：通过内部加强筋与主动冷却的结合，解决了大型机床底座在消失模铸造中易变形、开裂的技术难题；拉筋、撑筋和斜撑结构在金属液凝固初期即率先成型，如同在铸件内部构建了一个预应力骨架，主动抵抗和引导收缩应力，从结构层面抑制了变形；与此同时，内置冷却结构通过强制风冷，主动干预砂芯的冷却过程，使其能与铸件本体同步收缩，从根源层面减少了导致开裂的扩张应力；最终，本实用新型能显著提升铸件毛坯的尺寸精度和内部质量，降低废品率，减少后续机械加工的余量和校正工时，具有较高的实用价值和经济价值。