用于铸造回转体结构铸件的砂型及其制造方法与流程

本发明涉及铸造技术领域，更具体而言，涉及用于铸造回转体结构铸件的砂型及其制造方法。

背景技术：

小臂、腕前臂等回转体铸件是关节机器人的关键零部件之一，材质主要为球铁。这些铸件通常尺寸精度要求CT8级到CT10级，对于壁厚(10-20mm)控制存在困难。另外，这类铸件加工面较多，而且是薄壁球铁小件(重量15-100kg)，铸造难度较大。

目前机器人回转体铸件主要是采用木模手工造型铸造，由于此类铸件轴径比通常达到2.5-6，工艺设计时浇注位置通常选择沿法兰中分面分型，平做平浇以利于降低压头，减少球铁件的夹杂类缺陷。回转体铸件内部结构全部由砂芯形成，在下芯过程中不可避免的遇到壁厚控制的难题。传统方法通常使用特殊形状的芯头、芯座配合并利用卡板等工装来协助控制尺寸，但是浇注时由于存在间隙，存在不同程度的漂芯、变形等，尺寸依旧难以控制。此外对操作人员技能要求较高，制约产品交付周期。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种将砂芯一体成型在砂型中的用于铸造回转体结构铸件的砂型及其制造方法。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种用于铸造回转体结构铸件的砂型，包括：相互配合以形成用于铸造的型腔的第一铸型单元和第二铸型单元，其中，第一铸型单元内表面通过3D打印一体成型有现有的砂芯，砂芯包括用于成型铸件的成型部和将成型部与第一铸型单元连接的连接部，第二铸型单元内表面设置有与连接部配合的芯座。

根据本发明的一个实施例，第一铸型单元包括多个砂芯，其中，相邻两成型部之间可通过连接部连接。

根据本发明的一个实施例，成型部通过连接部连接至第一铸型单元的侧壁。

根据本发明的一个实施例，成型部与连接部一体成型为平滑表面。

根据本发明的一个实施例，第一铸型单元和第二铸型单元相互配合形成用于铸造多个铸件的型腔。

根据本发明的一个实施例，第二铸型单元还成型有出气口和浇口杯。

根据本发明的一个实施例，第一铸型单元和第二铸型单元通过连接件连接。

根据本发明的一个实施例，第一铸型单元和第二铸型单元中的一者设置有定位凸起，另一者设置有与定位凸起相配合的凹槽。

根据本发明的另一个方面，还提供一种通过3D打印形成上述实施例涉及的砂型的方法，包括：

S1：通过计算建立砂型的三维模型；

S2：将三维模型分割成第一部分和第二部分，其中，第一部分包括砂芯，砂芯包括用于成型铸件的成型部和将成型部与第一部分连接的连接部，第二部分的内表面设置有与连接部配合的芯座；

S3：将分割后的三维模型输入3D打印机进行打印，得到第一铸型单元和第二铸型单元。

根据本发明的一个实施例，步骤S3进一步包括清理第一铸型单元和第二铸型单元表面的散沙，然后转入热烘炉以100-150℃进行表干20-30分钟。

本发明的有益技术效果在于：

本发明涉及的砂型将砂芯一体成型在第一铸型单元上，可以降低对操作人员的技能要求，无需使用卡板，操作简单方便，定位精准，生产的铸件壁厚尺寸均匀，不容易出现夹砂等缺陷，质量稳定；并且，由于砂芯的成型部通过连接部连接至第一铸型单元，减少装配定位，避免了砂芯的成型部蹭砂。

附图说明

图1是通过本发明一个实施例的砂型铸造成型的铸件的三维铸造工艺图；

图2是用于铸造图1所示铸件的第一铸型单元的示意图；

图3是用于铸造图1所示铸件的第二铸型单元的示意图；

图4A是根据本发明一个实施例第一铸型单元和第二铸型单元合箱的示意图；

图4B是根据本发明一个实施例第一铸型单元和第二铸型单元合箱另一个方向的示意图；

图5是本发明一个实施例砂型制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。

如图1至图4B所示，本发明的一个实施例提供了一种用于铸造回转体结构铸件的砂型10，包括：相互配合以形成用于铸造的型腔的第一铸型单元12和第二铸型单元14，其中，第一铸型单元12内表面通过3D打印一体成型有砂芯16，砂芯16包括用于成型铸件的成型部18和将成型部18与第一铸型单元12连接的连接部20，第二铸型单元14的内表面设置有与连接部20配合的芯座22。

需要注意的是，连接部20用于将成型部18与第一铸型单元12连接指的是：连接部20可以将成型部18连接至第一铸型单元12的主体，或者也可以将成型部18连接至第一铸型单元12上设置的其他部分，例如，其他砂芯16的成型部18或连接部20。

在上述实施例中所涉及的砂型10将砂芯16一体成型在第一铸型单元12上，可以降低对操作人员的技能要求，无需使用卡板，操作简单方便，定位精准，生产的铸件壁厚尺寸均匀，不容易出现夹砂等缺陷，质量稳定；并且，由于砂芯16的成型部18通过连接部20连接至第一铸型单元12，减少装配定位，避免了砂芯16的成型部18蹭砂。

当第一铸型单元12与第二铸型单元14进行合箱时，芯座22直接与连接部20配合以对砂芯16进行定位，避免在组芯过程中由于擦碰导致成型部18蹭砂导致铸造缺陷。

参照图2，根据本发明的一个实施例，第一铸型单元12包括多个砂芯16，其中，相邻两成型部18之间可通过连接部20连接。也就是说，相邻两个砂芯16的成型部18之间可以通过连接部20连接，或者也可以不通过连接部20连接，这可以根据具体使用情况而定，本发明不局限于此。

再次参照图2和图3，根据本发明的一个实施例，成型部18还可以通过连接部20连接至第一铸型单元12的侧壁。这样，成型部18可以通过连接部20进行固定，并且芯座22直接与连接部20配合以对砂芯16进行定位，避免在组芯(合箱)过程中由于擦碰导致成型部18蹭砂导致铸造缺陷。

再次参照图2，根据本发明的一个实施例，成型部18与连接部20一体成型为平滑表面。这样可以进一步避免成型部18在合箱过程中发生擦碰。

如图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，第一铸型单元12和第二铸型单元14相互配合形成用于铸造多个铸件的型腔。例如，在一个实施例中，第一铸型单元12和第二铸型单元14相互配合形成用于铸造四个铸件的型腔。这样，一次浇铸可以形成多个铸件，可以进一步提高铸件的生产效率。

如图4A所示，根据本发明的一个实施例，第二铸型单元14还成型有出气口24和浇口杯26。

再次参照图4A和图4B，根据本发明的一个实施例，第一铸型单元12和第二铸型单元14通过连接件28连接。具体地，上述连接件28例如可以为螺栓。

根据本发明的一个实施例，第一铸型单元12和第二铸型单元14中的一者设置有定位凸起，另一者设置有与定位凸起相配合的凹槽。或者，在另一个实施例中，第一铸型单元12和第二铸型单元14可以分别设置有箱锥座，通过定位箱锥进行定位。

如图5所示，根据本发明的另一个方面，还提供一种通过3D打印形成上述实施例涉及的砂型的方法，包括：

S1：通过计算建立砂型的三维模型；

S2：将三维模型分割成第一部分和第二部分，其中，第一部分包括砂芯，砂芯包括用于成型铸件的成型部和将成型部与第一部分连接的连接部，第二部分的内表面设置有与连接部配合的芯座；

S3：将分割后的三维模型输入3D打印机进行打印，得到第一铸型单元12和第二铸型单元14。

在上述实施例中，上述砂型制造方法所制造的砂型10将砂芯16一体成型在第一铸型单元12上，可以降低对操作人员的技能要求，无需使用卡板，操作简单方便，定位精准，生产的铸件壁厚尺寸均匀，不容易出现夹砂等缺陷，质量稳定；并且，由于砂芯16的成型部18通过连接部20连接至第一铸型单元12，减少装配定位，避免了砂芯的成型部蹭砂。

当第一铸型单元12与第二铸型单元14进行合箱时，芯座22直接与连接部20配合以对砂芯16进行定位，避免在组芯过程中由于擦碰导致成型部18蹭砂导致铸造缺陷。

根据本发明的一个实施例，步骤S3进一步包括清理第一铸型单元12和第二铸型单元14表面的散沙，然后转入热烘炉以100-150℃进行表干20-30分钟。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，首先，根据关节机器人铸件的二维图纸要求，利用三维建模软件转换成三维CAD模型，经过模数计算、浇冒口设计、CAE模拟验证合格后，设计完整的三维铸造工艺图(一箱四件)。在三维建模软件里设计砂坯，将三维铸造工艺作为刀具，将砂坯切割成完整的铸型，按照清砂、施涂等操作的需要，将铸型分割成各铸型单元。以尽可能少的分割铸型单元为目标(少出芯即少装配)，本发明最终形成第一铸型单元12和第二铸型单元14。

其次，将手工木模造型时的下型、多个内腔芯合并为第一铸型单元12，见图2。将中间原内腔芯的芯头延伸至砂型侧立面，两个铸件之间的大法兰处的砂芯16的成型部18直接通过连接部20连通成一个整体，避免成型部18、芯座22侧立面配合面蹭砂。

再次，将上外型作为第二铸型单元14，第二铸型单元14内侧带出铸件外轮廓(见图3)，留有与第一铸型单元12配合的芯座22外侧将型腔出气口24、浇口杯26直接做成整体芯，高度满足浇注剩余压头需要。

最后，两个铸型单元间用定位台的配合形式作为装配定位，组芯后用卡具28(即连接件)卡紧形成芯包，见图4。浇注时直接从浇口杯处注入铁水，经过冷却形成铸件，打箱后的铸件与三维工艺图完全一致，见图1。

在3DP(3D打印)增材制造技术的基础上，各铸型单元经RP数据处理软件分层得到截面轮廓数据，将此信息转换产生层面扫描数控代码传入3D打印设备。利用3D打印设备制作整体砂芯，并清理掉表面散砂，清理完砂芯后转入热烘炉温度100～150℃进行表干20～30分钟，提高砂芯强度。

在上述实施例中，形成的铸件主要内腔的砂芯16与下型直接做整为第一铸型单元12，解决了下芯过程中的尺寸控制困难及导致的回转体壁厚控制不均匀问题。

将内腔砂芯16尽可能多的延伸至第一铸型单元12的外侧，即将成型部18尽可能多的通过连接部20连接至第一铸型单元12，避免了成型部18蹭砂。

如图4A环绕图4B所示，生产过程中操作者只需将第一铸型单元12和第二铸型单元14按照配合定位顺序叠放，用卡具28紧固，即可浇注，制造过程大幅度简化。

并且不同批次打印的砂芯16可以通用互换，如果其中的某个砂芯16报废，可以立即再次生产补缺，不需要全套报废。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。