一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯的制作方法

1.本实用新型属于砂芯技术领域，具体涉及一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯。


背景技术：

2.高压开关铸铝壳体长期承受0.5-0.8mpa绝缘气体压力，要求零件具有优良的组织致密性和较高的力学性能。需要金砂型低压铸造等先进工艺方法生产，为实现复杂结构的铸件有效补缩，通常在砂芯内部设置浇注系统，且承受0.05-0.12mpa保压结晶凝固压力，铸造砂芯常采用呋喃树脂砂手工实芯砂芯和冷芯射砂半芯组合砂芯。
3.现有技术的缺陷和不足：
4.(a)呋喃树脂砂手工实芯砂芯，为了形成带内浇道整体实心砂芯，需要采用人工向外抽出浇道模样，形成由尺寸从砂芯中心向砂芯表面逐渐增大的浇道，与理想的浇注系统补缩要求正好相反，形成浇道与铸件连接处缩松缺陷；同时由于铝合金浇铸温度较低且砂芯为实芯，砂芯不能被烧透，砂芯溃散性差、落砂困难、透气性差，不但清理效率低下而且易造成铸件表面损伤和孔洞产生废品。
5.(b)冷芯射砂半芯组合砂芯，为了形成砂芯内浇道，制芯时只能采用砂芯由两半组合结构，对于装配面，由于低压铸造的压力下充型，金属液常从组合面溢出，造成浇注过程的不稳定，铸件合格率较低，铸件清理打磨劳动强度大，以及材料的浪费。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯，解决了砂芯溃散性、透气性差及铸件难清理的问题。
7.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
8.一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯，包括3d打印制成的砂芯壳体，砂芯壳体一侧一体连接有法兰，在砂芯壳体内开设有主浇道和支浇道；
9.主浇道包括沿垂直方向布设的纵向主浇道和沿水平方向布设的横向主浇道，纵向主浇道的底部为液流进口，横向主浇道与纵向主浇道垂直设置；
10.支浇道包括多条沿水平方向布设的水平浇道、开设在纵向主浇道一侧的斜向支浇道、及开设在横向主浇道一侧的纵向支浇道；水平浇道与纵向主浇道贯通；
11.横向主浇道位于壳体带法兰一侧，纵向支浇道开设在法兰内；
12.在砂芯壳体的顶端和底端均设有封头，封头开有排气通道。
13.进一步，斜向支浇道根据铸件结构位置向上倾斜设置。
14.进一步，支浇道的出口端预制为缩孔。
15.进一步，支浇道与主浇道形成的实心区域内开有减重空腔。
16.进一步，水平浇道包括从下至上依次平行设置的第一水平支浇道、第二水平支浇道、第三水平支浇道及第四水平支浇道；
17.第一水平支浇道、第二水平支浇道、第三水平支浇道位于横向主浇道下方，第四水平支浇道位于壳体的顶端。
18.进一步，第一水平支浇道、第二水平支浇道及第四水平支浇道为贯穿壳体水平方向厚度的孔体，斜向支浇道和第三水平支浇道布设在远离法兰一侧的壳体内。
19.进一步，第二水平支浇道、横向主浇道及纵向主浇道形成的实心区域内开有减重空腔，减重空腔内部设有加强柱。
20.进一步，第四水平支浇道、横向主浇道及纵向主浇道形成的实心区域内开有减重空腔，减重空腔内部设有加强柱。
21.进一步，主浇道直径记为φa3，支浇道直径记为φa2，支浇道的出口端直径记为φa1；
22.其中，φa3＝4-5δ，φa2＝2-3δ，φa1＝1.25-1.5δ，δ为铝壳体铸件与浇道连接部位的结构壁厚。
23.进一步，在砂芯壳体的芯头部位设置环形密封止口带。
24.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
25.本实用新型公开了一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯，砂芯壳体采用带空心结构的整体砂芯，实现了在低压铸造砂芯溃散性提高，落砂效率提高50％以上。在清理砂芯时，只需经过短时震动或冲击，砂芯容易溃散成小块，提高落砂效率。水平浇道包括从下至上依次平行设置的第一水平支浇道、第二水平支浇道、第三水平支浇道及第四水平支浇道；第一水平支浇道、第二水平支浇道、第三水平支浇道位于横向主浇道下方，第四水平支浇道位于壳体的顶端，实现了复杂铸件自下而上的顺序充型浇注和远距离的凝固补缩。采用3d砂芯打印技术实现具有压力要求的金砂型低压铸造复杂砂芯自动化生产。
26.进一步，本实用新型的砂芯内部大部分区域为减重空腔结构，既满足了低压铸造压力，又实现了减轻砂芯重量，节约用砂量40％-70％，具有绿色环保铸造的特点。通过减重空腔形成了砂芯内部的排气系统，实现提高砂芯的透气性和减轻砂芯重量，减少气孔、缩松缺陷机率，减少缩孔缩松缺陷。
27.进一步，支浇道的出口均为缩口，既保证了支浇道对铸件的补缩效果，也减少了支浇道与铸件形成的结构热节，降低支浇道与铸件连接部位的缩松、缩孔倾向。
28.进一步，砂芯芯头端头安装带有排气通道的封头座，在外部金属液从外部施压时，实现砂芯封头沿压力方向自封闭，同时又能连通减重空腔保证排气通道畅通。
29.进一步，在砂芯芯头部位设置环形密封止口带，防止金属液从此除渗出包裹芯头造成芯头通气不畅。
附图说明
30.图1为本实用新型的一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯的流道剖面结构实体图；
31.图2为图1的a-a剖视图；
32.其中，1为减重空腔，2为砂芯壳体，3为缩孔，4为加强柱，5为定位面，6为纵向主浇道，7为横向主浇道，8为第一水平支浇道，9为第二水平支浇道，10为第三水平支浇道，11为斜向支浇道，12为第四水平支浇道，13为纵向支浇道、14为封头，15为排气通道，16为环形密
封止口带。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅为本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。
34.本实用新型附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本实用新型实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而仅仅是表示本实用新型选定的一种实施例。基于本实用新型的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。
35.需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，术语“水平”“竖直”是基于附图所示装置或部件的方位和位置关系，仅是为了更好的描述本实用新型，而不是要求所示的装置、部件或设备必须具有该特定方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能进一步详细说明。
37.如图1-2所示，本实用新型提供了一种金砂型低压铸造铝壳体用带内浇道空心砂芯,包括3d打印制成的包含减重空腔1的壳体砂芯，壳体砂芯一侧一体连接有法兰，在壳体砂芯内开设有主浇道和支浇道；主浇道包括沿垂直方向布设的纵向主浇道6和沿水平方向布设的横向主浇道7，纵向主浇道6的底部为液流进口，横向主浇道7与纵向主浇道6垂直设置；支浇道包括多条沿水平方向布设的水平浇道、开设在纵向主浇道6一侧的斜向支浇道11、及开设在横向主浇道7一侧的纵向支浇道13；水平浇道与纵向主浇道6贯通；横向主浇道7位于壳体砂芯带法兰一侧，纵向支浇道13开设在法兰内；在壳体砂芯的顶端和底端均设有封头14，封头14开有排气通道15。
38.该砂芯与金属型低压铸造模具配合使用，通过砂芯下芯头定位面5与金砂型低压铸造下模定位并安装于下模上，实现铝液在砂芯内部浇注系统顺序充型且在压力下浇注。避免传统实心砂芯发气量大、砂芯开裂和落砂困难,提高铝铸件内腔表面质量和落砂溃散性。
39.首先根据铸造铝壳体结构壁厚δ(mm)和低压铸造升液管设计布置于砂芯的浇注系统，金砂型低压铸造砂芯内部浇注系统包括主浇道和带缩颈的支浇道，连通低压铸造机升液管和金属型模具型腔，形成自下而上的液流方向和补缩通道，满足热节部位补缩所需的有效的压力传递。
40.支浇道的出口端预制为缩孔3，缩孔3直径记为φa1，φa1＝1.25-1.5δ(mm)，支浇道的直径记为φa2，φa2＝2-3δ(mm)，主浇道直径φa3＝3.5-4.5δ(mm)。
41.空心砂芯壳体2壁厚低压铸造保压压力p(mpa)正相关，与金属液接触的砂芯壳体2壁厚b＝300
×
p(mm)。
42.在砂芯芯头部位设置环形密封止口带16，防止金属液从此除渗出包裹芯头造成芯头通气不畅。
43.以砂芯空心部分形成砂芯通道内部排气通道15，在砂芯芯头端头做出封头14座，并在封头14做出排气通道15，排气通道15直径φe＝5mm，当带孔的封头14安装到主砂芯，在外部金属液从外部施压时，实现砂芯封头14沿压力方向自封闭，同时又能保证排气通道15畅通。
44.斜向支浇道11向上倾斜设置，保证铝壳体铸件厚大结构位置的补缩。
45.支浇道与主浇道形成的实心区域内开有减重空腔1。
46.如图1所示，水平浇道包括从下至上依次平行设置的第一水平支浇道8、第二水平支浇道9、第三水平支浇道10及第四水平支浇道12；第一水平支浇道8、第二水平支浇道9、第三水平支浇道10位于横向主浇道7下方，第四水平支浇道12位于壳体的顶端。实现复杂铸件自下而上的顺序充型浇注和远距离的凝固补缩。
47.第一水平支浇道8、第二水平支浇道9及第四水平支浇道12为贯穿壳体水平方向厚度的孔体，斜向支浇道11和第三水平支浇道10布设在远离法兰一侧的壳体内。
48.当砂芯空腔尺寸大于400mm时，在垂直于该尺寸方向加设砂芯加强柱4，砂芯加强柱4直径φb＝0.6-0.8b(mm)，实现砂芯局部结构的加强。
49.具体地，第二水平支浇道9、横向主浇道7及纵向主浇道6形成的实心区域内开有减重空腔1，减重空腔1之间设有加强柱4；
50.第四水平支浇道12、横向主浇道7及纵向主浇道6形成的实心区域内开有减重空腔1，减重空腔1之间设有加强柱4。
51.通过三维造型和切片技术，采用3dp打印技术完成主砂芯和砂芯封头14自动铺树脂砂，实体部位喷墨打印硬化剂，形成由砂芯内部型砂硬化和局部未硬化部分组成的砂芯结构。砂芯内部型砂未硬化部分临近芯头端部开设排砂口，从排砂口清除未硬化部分的型砂，形成主砂芯的空腔结构、浇注系统和带孔的砂芯封头14，砂芯的空腔结构芯头端部通气道部位设置锥形封头14并在封头14形成出气口，在外部金属液从外部施压时，实现砂芯封头14沿压力方向自封闭，同时又能保证排期通道畅通。
52.砂芯使用40-70目粒度的石英砂，使用呋喃树脂粘结剂占砂量的2％，硬化剂占树脂量的30％，打印层厚度0.3-0.5mm，采用喷墨打印硬化剂方式进行砂芯材料的粘结与硬化，达到砂芯发气量≤14ml/g、抗压强度1.5-2.0mpa、耐高温750℃。满足承受0.12mpa低压铸造压力。解决常规使用砂型、砂芯铸造工艺复杂、质量稳定性差的问题，实现此类壳体金属型低压铸造砂芯自动化生产。
53.浇注时，金属液在压力作用下通过升液管将铝液从保温炉经金属型模具进料口进入砂芯内主浇道，再经下浇道和上浇道等带缩颈的支浇道顺序进入由砂芯和金属型外模形成的铸件型腔，经过充型、增压、保压阶段，金属液依靠砂芯内部设置的阶梯式浇注系统，实现铝液阶梯式顺序充型，多向补缩的功能，形成组织致密的壳体类铸件。浇注过程中，砂芯内部因高温而产生的气体通过砂芯内部贯通的空腔经芯头处安装的封头14上的排气通道15排除。
54.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当
理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。