一种芯撑及使用方法与流程

1.本发明涉及铸造工装技术领域，特别是涉及一种铸造用芯撑，适用于腔道类铸件。


背景技术：

2.对于一些发电、压缩机、发动机等高端领域的铸件，其气流体经过的内腔通常需要铸造一体式成型，在铸造过程中，这些内腔壁的内表面通常需要由一个整体砂芯形成，腔壁的外表面由砂型形成，为了保证整个内腔的密封性，整个内腔通常只在一个方向上有开口，这种结构设计导致砂芯和砂型的连接点只在一个方向，砂芯很难准确稳定的固定在砂型上，在铸造浇注时，砂芯受到铁水浮力位移，产生皮透，皮薄的质量问题。 现有技术中，为了解决砂芯在砂型上准确、稳定固定的问题，通常使用钢制或者和铸件同材质的芯撑支撑砂芯。由于腔体类铸件通常具有密封性要求，为了解决芯撑熔合不良的问题，选用促熔合芯撑。但是，无论选用何种芯撑，由于不是一次成型，铸件腔壁的的密封性都无法达到理想状态。另一种解决腔道类铸件砂芯稳定固定的方式是加强砂芯的芯骨，并通过芯骨将砂芯刚性固定在砂型上，这种方法工装成本高，芯骨取出困难，并且只能用于中小型腔道。最有利于铸造的方式是在腔壁上开设方门，砂芯通过方门和砂型固定，这种方式后序零件的加工和装配成本过高，也无法使腔道具有理想的密封性。


技术实现要素：

3.基于此，本发明克服了现有技术中内腔砂芯在铸造中位置偏移、熔合不良、使用量大的问题，提供了一种芯撑，极大的提高了腔道类铸件的质量，具体地，本发明采用下述技术方案：第一方面，本发明实施例公开一种芯撑，用于铸件铸造，所述铸件包括铸件上部和铸件下部，其特征在于，包括芯撑垫、芯撑主体、芯撑连接件，所述芯撑垫固定设置在所述铸件下部，所述铸件上部设置有芯撑通道，所述芯撑连接件固定设置在所述芯撑通道中，且处于所述芯撑通道朝向所述芯撑垫的一端，所述芯撑主体和所述芯撑连接件连接配合，所述芯撑主体依次穿过所述芯撑通道和所述芯撑连接件与所述芯撑垫可抵接。
4.在其中一种实施例中，所述芯撑连接件包括芯撑套和连接辅助结构，所述芯撑套靠近所述芯撑垫一侧，所述连接辅助结构位于所述芯撑套的上方，所述连接辅助结构和所述芯撑套之间还设置有法兰结构。
5.在其中一种实施例中，所述芯撑主体包括横杆、芯撑杆、芯撑头，所述芯撑杆为杆状结构，所述横杆垂直连接在所述芯撑杆的上方，所述芯撑头设置在所述芯撑杆的下方。
6.在其中一种实施例中，所述连接辅助结构的内部设置有螺纹。
7.在其中一种实施例中，所述芯撑头上设置有内螺纹，所述芯撑杆上设置有外螺纹，所述外螺纹与所述连接辅助结构上的螺纹及所述芯撑头上的内螺纹相匹配。
8.在其中一种实施例中，所述芯撑头直径和所述芯撑杆的直径相同，所述芯撑套的
直径大于所述芯撑头直径0.5~1mm。
9.在其中一种实施例中，所述芯撑垫的支撑面面积为所述芯撑头的支撑面面积的50~100倍。
10.在其中一种实施例中，所述上铸件和所述下铸件中还设置有若干激冷件。
11.第二方面，本发明在其中一种实施例中公开了一种芯撑的使用方法，应用于上述芯撑，包括，三维建模并进行模拟浇注和凝固过程，确定芯撑的位置、尺寸及所述芯撑头移动至所述芯撑套的时间参数；将所述芯撑杆拧入所述连接辅助结构，并套设入所述芯撑套中；造型制芯时，将上述步骤的所述芯撑杆和若干所述激冷件预埋固定在砂型中，将所述芯撑垫和若干所述激冷件固定预埋在砂芯中；将所述芯撑头固定在所述芯撑杆上并调整所述芯撑杆的高度进行调整后进行合箱；浇注时，根据步骤一确定的所述芯撑头移动至所述芯撑套的时间，旋拧所述横杆，将所述芯撑杆沿远离所述砂芯的一方移动，将所述芯撑头旋转至所述芯撑套内。
12.本发明实施例公开的本发明方法简单可行，易操作，成功解决芯撑熔合不良的难题，可用于替代现行腔道类铸件的一次成型方法。使用本发明生产的铸件内腔表面光滑，铸件整体质量高。本发明芯撑中的金属部件可以多次使用、成本低。本发明芯撑高温抗压强度是传统金属芯撑的5~15倍，并且由于没有芯撑不融合的问题，芯撑的直径可以较大，芯撑的使用数量远小于传统芯撑，甚至可以只在芯子受浮力的中心部位设置一个芯撑。
13.本发明芯撑高度可以自由调节，只需设计一种型号的芯撑，就可以在一定范围的壁厚使用，成功解决了在不均匀的铸件壁厚部位设置过多不同型号芯撑的问题。同时，本发明成功解决了在实际生产过程中，由于铸件壁厚存在一定的偏差而传统芯撑固定高度出现的过度支撑砂芯或者支撑不到砂芯的问题。
14.附图说明
15.图1为本发明实施例公开的一种芯撑的立体结构示意图；图2为本发明实施例公开的芯撑主体的结构示意图；图3为本发明实施例公开的芯撑连接件的结构示意图；图4为本发明实施例公开的一种芯撑的装配结构示意图；附图标记说明：芯撑垫
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100；芯撑主体
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200；芯撑杆
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210；芯撑头
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220；横杆
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230；芯撑连接件
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300；芯撑套
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310；连接辅助结构
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320；法兰结构
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330；加高法兰
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340；芯撑通道
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400；激冷件
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500；砂型
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610；砂芯
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620；内腔道
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630。
16.具体实施方式
17.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中
给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
18.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.如图1所示，本发明实施例公开一种芯撑，用于腔道内铸件，铸件包括了上部砂型610和下部砂芯620，砂型610和砂芯620之间设置有内腔道630，所公开的芯撑包括芯撑垫100、芯撑主体200、芯撑连接件300，具体地，芯撑主体200包括芯撑杆210，芯撑头220；芯撑连接件300包括芯撑套310和连接辅助结构320。结合图2，铸件包括了砂型610和砂芯620，其中，芯撑垫100固定设置在砂芯620中，砂型610上开设有芯撑通道400，芯撑套310和连接辅助结构320固定设置在芯撑通道400下方的砂型610中，且芯撑套310在砂型610的最下方的部位。具体的，芯撑通道400是设置在砂型610中的一个空腔，芯撑通道400在砂型610的上部。具体要说明的是，本发明芯撑可以用于任一砂芯或/砂型或两者的结合。
21.在一种可选的实施例中，芯撑垫100的形状可以是圆柱体或立方体，本实施例中，芯撑垫100为圆柱体，优选的，厚度为30mm~50mm；芯撑垫的材料优选高温抗压强度高的陶瓷材料；芯撑垫100具有分散芯撑头220的压力的作用，防止芯撑头220直接压在砂型上将砂型压坏。
22.本发明公开的实施例中，在合箱装配状态下，芯撑杆210依次穿过芯撑通道400、连接辅助结构320、芯撑套310，芯撑头220上设置有内螺纹，与芯撑杆210上的外螺纹相配，通过螺纹连接方式，将芯撑杆210和芯撑头220固定连接在一起，使芯撑杆210和芯撑头220连接成为一个整体后可抵接芯撑垫100。需要说明的时，在浇注状态下，芯撑头220将朝向芯撑通道400一端向上进行移动。
23.进一步的，芯撑杆210的材质优选结构钢，起支撑并移动芯撑头的作用。在本实施例中，形状为圆柱体，芯撑杆210的下端设置有一段外螺纹，具体的，外螺纹的长度要保证芯撑头220能够完全底接芯撑垫100的同时也能够在浇注过程中沿连接辅助结构320方向移动将芯撑头220移出至芯撑套310内。由于芯撑主体需要实现底接或移出，芯撑杆210上设置的外螺纹与接辅助结构320内部设置的螺纹相匹配。
24.由上文可知，芯撑头220设置在芯撑垫100的上部，为达到良好的支撑效果，具体的，芯撑套310的中心与芯撑通道400和芯撑主体200在同一轴向设置。进一步的，芯撑头220的作用为支撑砂型或砂芯的作用，因此，芯撑头220应具备足够的高温抗压强度并需要较小的导热系数保证芯撑头220的部位在浇注过程中浇注液不会快速的凝固，同时，芯撑头220需要较小的热膨胀系数来保证不会因受热膨胀而影响移动进入芯撑套310，本实施例中芯
撑头优选陶瓷材料进行制作，芯撑头为圆柱体，直径优选20 mm ~100mm，需要说明的是，芯撑头220设置在芯撑垫100的中心部位，在合箱装配状态下，由于芯撑垫为分散芯撑主体的压力，因此，芯撑垫100的支撑面的面积优选为芯撑头220支撑面面积的50~100倍，具体的倍数根据选用的陶瓷材料和砂型的抗压强度比进行确定。
25.在一种可选的实施例中，在浇注的过程中，芯撑头220需要在芯撑杆210的带动下移动至芯撑套310中，芯撑套310起到容纳芯撑头220和芯撑杆310，并防止芯撑头220和芯撑杆210受力后挤坏砂型的作用。为保证芯撑头220能够在受热后移入芯撑套310内，芯撑套310优选为陶瓷材料，芯撑套310的内径比芯撑头220的直径大0.5 mm ~1mm。更具体的，在浇注的状态时，由于浇注液的液体表面张力的存在，浇注液不会进入芯撑头220和芯撑套310之间的间隙，因此，芯撑套310上部设置有一个法兰结构330，法兰结构330保证芯撑套310不会向下发生脱落。
26.进一步的，在芯撑套310的上部设置有连接辅助结构320，连接辅助结构320的形状可以是立方体或圆柱体，本实施例中选择圆柱体结构，连接辅助结构320的材质优选结构钢，连接辅助结构320起到固定芯撑杆，并能够通过旋拧芯撑杆的方式，使芯撑杆上下移动，因此，连接辅助结构320内部设置的螺纹和芯撑杆210上设置的螺纹相匹配，由于设置螺纹结构，为保证有足够的支撑强度，连接辅助结构的上方设置了加高法兰340。
27.由上文可知，芯撑杆210需上下移动，为便于移动，芯撑杆的上部设置一个横杆230，横杆距离上部砂型610顶面100 mm ~150mm，横杆用于旋拧芯撑杆。
28.基于本发明实施例公开的芯撑，本发明实施例还公开一种芯撑使用方法，所公开的使用方法应用于上述任意实施例所述芯撑，此芯撑使用方法具体包括：s1:按图纸建立产品和取出式芯撑的三维模型，采用模拟软件模拟浇注以及铸件凝固过程，计算芯撑高温强度，设计好取出式芯撑各部件的位置、尺寸、芯撑头220收入芯撑套310的时间点。采用模拟软件模拟浇注以及铸件凝固过程中芯撑附近温度的变化，在芯撑周围的温度接近液相线温度时，此时芯撑周围金属全部是液态，记录此时的凝固时间，在这个时间点，将芯撑杆210和芯撑头220快速通过旋拧横杆230移入至芯撑套310，以获得一次成型，无任何异物夹杂的铸件腔壁。通过实际模拟模拟软件模拟，当铸件壁厚为30mm，使用直径24mm的陶瓷的芯撑头220，使用80mm*80mm*80mm的碳素钢激冷件500时，芯撑周围接近液相线的凝固时间点时，激冷件500部位的铸件已经完全凝固，铸件心部最高温度在900℃~1000℃，凝固部位铸件抗压强度约40 mpa ~60mpa，激冷件500部位最大可以承受256000n~384000n的浮力，足以支撑砂芯。
29.s2:造型制芯,将芯撑杆210拧入连接辅助结构320中，将芯撑套310套在芯撑杆210上，将芯撑杆210、芯撑套310、连接辅助结构320、芯撑垫100、激冷件500按设计好的位置预埋在砂型610和砂芯620中；s3:合箱,将芯撑头220固定在芯撑杆210上，根据芯撑部位的实际壁厚，调整芯撑杆210的高度，高度调整合适后，合箱；s4：浇注，浇注液注入型腔后，按照s1步骤中计算的时间点，将芯撑头220快速旋拧收入芯撑套310中。
30.在本实施例方法中，结合图2，激冷件500固定在砂型610和砂芯620中，激冷件500，分别固定在砂型610和砂芯620的对应部位，在芯撑的左右位置各设置有一组。具体的，激冷
件500的位置可设置在距离芯撑100 mm ~200mm处，可以设置2~6组。激冷件500优选碳素钢或者灰铸铁，激冷件500的形状是方形或者圆柱形。激冷件的厚度500大于所设部位铸件的壁厚，激冷件500与铸件接触的面积应足够大。激冷件500起到快速激冷局部铁水的作用，使浇注液凝固支撑砂芯来替代芯撑。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。