一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置

1.本发明主要涉及砂箱成型铸件技术领域，特指一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置。


背景技术：

2.利用砂箱成型铸件是砂型铸造最关键的步骤之一。现有技术中的砂箱成型通常是直接对砂箱内的型砂施加铅垂方向的压力。由于现有技术的砂箱结构使得加压是直接通过外部装置施加一维压力，从而无法使型砂处于三向等压受力状态。此外，由于砂箱装砂的速度不同以及砂粒的间隙不同，通过一维施压使得型砂内部的压缩密实度不够均匀，进而影响到铸件的浇注效果。因此，为提高铸件的浇注效果，亟需设计一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置。


技术实现要素：

3.本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、通过型砂内部的柔性变形施加三向主动压力、并同时对型砂内部施加渗压效果的三向等压柔性成型砂箱装置。
4.为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置，它包括开口向下的上砂箱和开口向上的下砂箱，所述上砂箱位于所述下砂箱的正上方。
5.所述上砂箱包括两端开口且其横截面成圆环状的上箱外壳，两端开口且其横截面整体成圆环状的柔性侧压板，装设在所述上箱外壳与所述柔性侧压板之间的空心弹性体a，沿水平方向径向装设于所述空心弹性体a内的若干侧压板弹簧，沿水平方向径向装设于所述柔性侧压板(13)内部的若干水平渗压柱a，装设于所述上箱外壳上端面用于压住所述空心弹性体a且其横截面成环状的上箱盖板，装设于所述柔性侧压板内部且其顶面略低于所述上箱盖板的空心弹性体b。
6.所述柔性侧压板位于所述上箱外壳内部；所述空心弹性体a的内部封闭空腔为充满高压气体的气腔a，所述空心弹性体b的内部封闭空腔为充满高压气体的气腔b，所述气腔a与气腔b采用连通管a相连通；所述水平渗压柱a内部设有空腔，空腔的一端与所述气腔a连通。
7.所述下砂箱包括上端开口且其横截面成圆环状的下箱外壳，上端开口且其纵截面成u形的圆桶状内壳，装设于所述下箱外壳与所述圆桶状内壳之间的空心弹性体c，沿铅垂方向装设在所述圆桶状内壳内底面上的若干铅垂渗压柱，沿水平方向径向装设在所述圆桶状内壳内侧壁上的若干水平渗压柱b，沿铅垂方向装设在空心弹性体c内的若干底板弹簧，沿水平方向径向装设在空心弹性体c内的若干侧板弹簧，以及装设于所述下箱外壳上端面用于压住所述空心弹性体c且其横截面成环状的下箱盖板。
8.所述圆桶状内壳位于所述下箱外壳的内部，包括柔性底板和铰接装设于所述柔性
底板上的柔性侧板；所述空心弹性体c的内部封闭空间为充满高压气体的气腔c，所述底板弹簧和所述侧板弹簧位于所述气腔c内部；所述铅垂渗压柱内部设有空腔，空腔一端与所述气腔c连通；所述水平渗压柱b内部设有空腔，空腔一端与所述气腔c连通；所述气腔a与所述气腔c采用连通管b连通。
9.进一步地，所述空心弹性体b的上方放置有可以对型砂施压的施压板。
10.进一步地，所述柔性侧压板、柔性底板(231)及柔性侧板(232)均由若干个刚性薄板相互铰接而成。
11.进一步地，空心弹性体a与空心弹性体b、空心弹性体c材料相同，均由可发生显著弹性变形的柔性材料制作而成。
12.进一步地，所述侧压板弹簧与所述底板弹簧、侧板弹簧始终处于受压缩状态。
13.进一步地，所述水平渗压柱a与所述铅垂渗压柱、水平渗压柱b材料相同，均由可发生显著弹性变形的柔性材料制作而成。
14.进一步地，所述上箱外壳外壁上还设有进气管a，所述下箱外壳外壁上还设有进气管b；所述进气管a的两端分别与气腔a、所述连通管b的上端相连通，所述进气管b的两端分别与气腔c、所述连通管b的下端相连通。
15.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置设有上砂箱和下砂箱，其中上砂箱内设有空心弹性体b和空心弹性体a，可以对砂箱内的型砂施加铅垂向下的正压力和径向的侧压力；下砂箱内设有空心弹性体c，可以对型砂施加铅垂向上的正压力和径向侧压力；上砂箱和下砂箱中设有水平渗压柱a、水平渗压柱b和铅垂渗压柱。空心弹性体a、b、c的气腔分别与水平渗压柱a、水平渗压柱b和铅垂渗压柱的空腔相通，从而可以对型砂内部直接施加压力，达到对型砂内部渗压的效果；由于空心弹性体a、b、c的气腔相互连通，从而使得型砂铅垂方向的正压力与水平面内的径向压力相等，使型砂受到三向等压作用。由此可知，本发明是一种结构简单合理、通过型砂内部的柔性变形施加三向主动压力、并同时对型砂内部施加渗压效果的三向等压柔性成型砂箱装置。
附图说明
16.图1是本发明的一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置的结构原理示意图。
17.图2是图1中的a-a阶梯剖视图。
18.图3是本发明的上砂箱中上箱外壳与上箱盖板、水平渗压柱a的相对位置示意图。
19.图中，11—上箱外壳；12—空心弹性体a；120—气腔a；13—柔性侧压板；14—侧压板弹簧；15—水平渗压柱a；16—上箱盖板；17—进气管a；18—空心弹性体b；180—气腔b；21—下箱外壳；22—空心弹性体c；220—气腔c；231—柔性底板；232—柔性侧板；241—底板弹簧；242—侧板弹簧；251—铅垂渗压柱；252—水平渗压柱b；26—下箱盖板；27—进气管b；3—施压板；4—连通管a；5—连通管b。
具体实施方式
20.以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
21.本发明的一种具有内部渗压的三向等压柔性成型砂箱装置，它包括开口向下的上砂箱和开口向上的下砂箱，上砂箱位于下砂箱的正上方，上砂箱上方放置有施压板3。
22.参见图1和图3，上砂箱包括上下两端开口且其横截面成圆环状的上箱外壳11，上下两端开口且其横截面整体成圆环状的柔性侧压板13，装设在上箱外壳11与柔性侧压板13之间的空心弹性体a12，沿水平方向径向装设于空心弹性体a12内部且均匀分布的三组侧压板弹簧14，沿水平方向径向装设于柔性侧压板13内部且均匀分布的两组水平渗压柱a15，装设于上箱外壳11上端面用于压住空心弹性体a12且其横截面成环状的上箱盖板16，以及装设于柔性侧压板13内部且其顶面略低于上箱盖板16的空心弹性体b18。侧压板弹簧14的两端分别与空心弹性体a12的内侧壁和外侧壁连接，可以平衡砂箱加压前型砂对柔性侧压板13的静止侧压力。上箱盖板16可以有效阻止空心弹性体a12向上发生弹性变形，从而将更多的压力传递到型砂内部。水平渗压柱a15的内部设有空腔，空腔的一端与空心弹性体a12的内部相通，水平渗压柱a15空腔内的气体压强可以对型砂内部进行加压，从而形成对型砂的渗压效果。
23.柔性侧压板13位于上箱外壳11的内部，水平渗压柱a15位于柔性侧压板13的内部；空心弹性体a12的外侧壁贴合上箱外壳11的内表面，其内侧壁贴合柔性侧压板13的外表面，空心弹性体a12的内部封闭空腔为充满高压气体的气腔a120。空心弹性体b18的外侧壁贴合柔性侧压板13的内表面，其内部封闭空腔为充满高压气体的气腔b180，气腔a120与气腔b180采用连通管a4相连通，连通管a4位于上箱外壳11的外部；水平渗压柱a15的空腔与气腔a120连通。气腔a120与气腔b180内的高压气体可以为压缩空气或氮气。
24.参见图1和图2，下砂箱包括上端开口且其横截面成圆环状的下箱外壳21，上端开口且其纵截面成u形的圆桶状内壳，装设于下箱外壳21与圆桶状内壳之间的空心弹性体c22，沿铅垂方向装设在圆桶状内壳内底面上且均匀分布的一组铅垂渗压柱251，沿水平方向径向装设在圆桶状内壳内侧壁上且均匀分布的两组水平渗压柱b252，沿铅垂方向装设在空心弹性体c22内且均匀分布的一组底板弹簧241，沿水平方向径向装设在空心弹性体c22且均匀分布的三组侧板弹簧242，以及装设于下箱外壳21上端面用于压住空心弹性体c22且其横截面成环状的下箱盖板26。
25.圆桶状内壳位于下箱外壳21的内部，包括柔性底板231和铰接装设于柔性底板231上的柔性侧板232；空心弹性体c22的外壁贴合下箱外壳21的内表面，其内壁贴合圆桶状内壳的外表面，空心弹性体c22的内部封闭空间为充满高压气体的气腔c220，底板弹簧241和侧板弹簧242分别装设于气腔c220内部的底面和侧面上；铅垂渗压柱251和水平渗压柱b252的内部均设有空腔，空腔的一端均与气腔c220连通；气腔a120与气腔c220采用连通管b5连通，连通管b5位于下箱外壳21的外部。铅垂渗压柱251和水平渗压柱b252可以对下砂箱中的型砂施加内部渗压作用，且内部渗压的压强大小等于气腔c220内部的气体压强。由于气腔b180与气腔a120、气腔c220相连通，从而可以对砂箱内的型砂由外向内施加三向等压压力。高压气体对型砂底板产生的压力远大于型砂重力，从而使得气腔b180内的压强几乎等于气腔c220内部的压强。
26.作为优选地，空心弹性体b18的上方放置有可以对型砂施压的施压板3。
27.作为优选地，柔性侧压板13、柔性底板231及柔性侧板232均由若干个刚性薄板相互铰接而成，若干个刚性薄板在空心弹性体a12与空心弹性体b18、空心弹性体c22的推动下
可以绕铰接点发生相对转动，从而使柔性侧压板13、柔性底板231及柔性侧板232产生一定的径向变形及轴向变形，因型砂中的砂间隙不均匀性，从而使得型砂外壁的压缩变形量也不相同，从而使得变形后的型砂仍然承受均匀的压力。这种由若干个刚性薄板相互铰接而成的柔性侧压板13、柔性底板231及柔性侧板232具有整体柔性、局部刚性的特征，能够更好地对型砂加压。
28.作为优选地，空心弹性体a12与空心弹性体b18、空心弹性体c22的材料相同，均由可发生显著弹性变形的柔性材料制作而成。水平渗压柱a15、铅垂渗压柱251和水平渗压柱b252的形状可以为圆柱形，也可以为圆锥形，或者为其它不规则形状，但要求其长度大于宽度的两倍，这样可以更好地向型砂内部变形延伸，从而提高渗压效果。
29.作为优选地，侧压板弹簧14与底板弹簧241、侧板弹簧242始终处于受压缩状态。型砂加压后，侧压板弹簧14对上箱外壳11的弹簧力远小于气腔a120内部的高压气体对上箱外壳11所产生的压力，底板弹簧241和侧板弹簧242对下箱外壳21的弹簧力同样远小于气腔220内部的高压气体对下箱外壳21所产生的压力。
30.作为优选地，水平渗压柱a15与铅垂渗压柱251、水平渗压柱b252材料相同，均由可发生显著弹性变形的柔性材料制作而成。由于内部渗压的作用，从而使得水平渗压柱a15与铅垂渗压柱251、水平渗压柱b252更好地向较疏的型砂之间变形，从而使得较疏的砂粒之间的压缩量大于较密的砂粒之间的压缩量，最终使得砂粒之间的疏密度更加均匀，从而提高型砂的压缩效率和压缩质量。
31.作为优选地，上箱外壳11的外壁上设有进气管a17，下箱外壳21的外壁上设有进气管b27；进气管a17的两端分别与气腔a120、连通管b5的上端相连通，进气管b27的两端分别与气腔c220、连通管b5的下端相连通。
32.本发明的工作过程如下：
33.首先，通过进气管b27对气腔c220内部充入一定的气体，并在下砂箱内放满型砂，将铸件模型放置于上箱外壳11与下箱外壳21的分界面处。
34.然后，将上砂箱放置于下砂箱的正上方，并拆掉空心弹性体b18，临时封闭连通管a4和进气管a17，并在上砂箱内放满型砂。
35.然后，在上砂箱的型砂上方放入空心弹性体b18，并充入一定的高压气体，接好连通管a4和连通管b5，使得气腔b180与气腔a120、气腔c220相互连通，并对气腔b180再次充入高压气体，并放置施压板3。施压板3上可以通过加压设备对其加压，这样可以调控气腔b180内部的气体分布。
36.三向等压原理如下：由于气腔b180与气腔a120、气腔c220相互连通，且柔性侧压板13与柔性底板231、柔性侧板232可以在铰接处发生径向及轴向变形，从而使得型砂承受三个正交方向的压力作用，且由于气体的压强远大于型砂重力所产生的压强，从而使得型砂三个方向的压强几乎相当，从而实现了三向等压效果。
37.内部渗压原理如下：由于水平渗压柱a15内部的空腔与气腔a120连通，铅垂渗压柱251和水平渗压柱b252内部的空腔与气腔c220连通，从而使得水平渗压柱a15、铅垂渗压柱251和水平渗压柱b252内部充满压强相等的气体，当施压板3改变气腔b180内部的气体分布时，必然导致水平渗压柱a15、铅垂渗压柱251和水平渗压柱b252在型砂内部发生一定的弹性变形，从而对型砂内部直接施加压力，达到内部渗压的效果。
38.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。