【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铸造砂型，尤其涉及一种多腔体薄壁铸件的组合模具设计方法。
技术介绍
1、艏柱是船舶中最重要的部件之一，处于船体最前端，因位于船头，最先接受水体冲击，承受水压力、波浪冲击力和外部碰撞力，而对结构、强度、型线及寿命要求严格。铸钢艏柱一般为细长变截面“杆状”件，一般能达到7米左右，某些大型船舶的艏柱甚至能够达到21米，而且多呈现“c”型结构，“v”型截面。按照制造方法可分为锻钢艏柱、铸钢艏柱、钢板艏柱与混合式艏柱，其中铸钢艏柱得益于可制成较复杂的断面形状与弯曲状态的优点而得到大量应用。
2、铸钢艏柱是一种典型的多腔体薄壁铸件，目前同类铸件的铸造方法为：先用木制作部分实样主型以及芯盒，然后在砂坑中撞制主型，再按照下芯顺序，依次摆放在芯盒内撞制型砂得到的砂芯，最后在砂箱或是地坑中组芯形成铸钢艏柱/多腔体薄壁铸件的型腔。
3、现有铸造技术存在以下缺陷：一方面，随着船型的增大，铸钢艏柱长度越长，所需要的砂芯越多，生产周期也越长；而且木模的使用导致成本增高，工人劳动强度大，环境污染；另一方面，芯盒在撞实的过程中定位不易控制、组芯间隙大、易变形，会严重影响铸钢艏柱尺寸精度。此外，现有的铸造砂型通用排气系统较为简易，在浇注多腔体薄壁铸件的过程中排气效果不佳，易导致铸件出现气孔等缺陷。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种多腔体薄壁铸件的组合模具设计方法，用以解决现有技术中铸造多腔体薄壁铸件的砂型组件/砂芯过多，导致芯盒在撞实的过程中定位不
2、本专利技术提供了一种多腔体薄壁铸件的组合模具设计方法，所述组合模具包括3d打印砂型和木制主型，包括以下步骤：
3、s1：根据多腔体薄壁铸件的尺寸、形状以及在铸造过程中的热节，确定预设的冒口1数量和砂型的分型数量；所述砂型分为上下两层，每层砂型由若干个分型组成；
4、s2：根据冒口1数量和模数对砂型进行分型设计，每个砂型分型内部都设置有“双排木梳式”排气单元；
5、s3：根据所述砂型的整体形状设计木制主型，所述木制主型用于在砂箱中预先造型出用于设置砂型的凹槽。
6、具体的，步骤s1中所述冒口1数量的设计原则为沿多腔体薄壁铸件长度方向两端分别设置一个冒口1，中间位置的冒口1个数需满足延续度45～55％；所述冒口1的截面形状为椭圆形、正方形、矩形或不规则多边形中的一种；所述冒口1还设置有加强筋板7。
7、具体的，根据冒口1数量、多腔体薄壁铸件的尺寸、形状以及采用的打印材料强度，确定每层砂型分型的数量；单个砂型分型包含的冒口1数量不大于3个，长宽比不大于2。
8、具体的，所述“双排木梳式”排气单元包括集气道2、导气道3和排气道4；
9、所述导气道3根据所述砂型分型的内型腔形状随型设置；
10、所述集气道2一端与导气道3连通，另一端指向所述内型腔，并与内型腔表面保持一定距离；
11、所述排气道4一端与导气道3连通，另一端指向所述砂型分型的外表面并与大气相通；
12、相互连通的集气道2、导气道3和排气道4构成一个完整的“双排木梳式”排气单元；单个砂型分型内设置有至少一个“双排木梳式”排气单元。
13、具体的，每一个“双排木梳式”排气单元内的所述集气道2的总截面面积为s1，所述导气道3的总截面面积为s2，所述排气道4的总截面面积为s3，s1:s2:s3＝(1.25～2.5):1:(2.0～3.0)。
14、具体的，所述集气道2靠近型腔的一端距离内型腔表面150～250mm。
15、优选的，所述砂型分型中还设置有冷铁预留腔5和固定用通孔6；所述冷铁预留腔5设置在相邻冒口1之间的内型腔表面，所述冷铁预留腔5通过所述固定用通孔6与所述砂型分型的外表面连通。
16、具体的，所述木制主型的形状与装配状态下的整体砂型的下半部分外型相同；所述木制主型的高度为整体砂型高度的1/5～1/3。
17、本专利技术还公开了一种组合模具，所述组合模具包括所述设计方法所设计的3d打印砂型和木制主型。
18、本专利技术还公开了一种多腔体薄壁铸件的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法采用所述的组合模具，经造型、浇注、脱模后制得所述多腔体薄壁铸件。
19、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
20、1、本专利技术创造性地采用“木制主型+3d打印砂型”的组合进行多腔体薄壁铸件的铸造，尤其是大型铸件(铸钢艏柱)，大幅减少了砂芯的数量，降低了操作难度和提高操作效率的同时，大幅提高了定位的精度和型腔内表面质量，进而提高了铸件的精度和表面质量。
21、现有3d打印技术，主要应用于中小型复杂铸件的快速制造，一般砂型铸造上主要应用于发动机缸体等小型铸件，重量达2吨多的混流式转轮等中型铸件，而在大型铸钢件上应用较少。铸钢艏柱具有腔体多，长度长，壁厚薄等特点，若完全用3d打印砂型制造砂型，形成艏柱外表面砂芯也需要打印，会造成制作时间长，成本高。现有技术为传统木质主型与木芯盒制砂芯结合的方式，每个腔体由一块单独砂芯成型，因此导致砂芯数量较大，下芯时间较长。
22、而本专利技术将3d打印砂型用于成型铸钢艏柱的复杂区域，主型采用传统木质主型制作，两者方式相结合可大幅度提升铸钢艏柱的造型效率，并且大幅提高了定位精度和铸件质量。
23、2、本专利技术所设计的3d打印砂型分型设置有“双排木梳式”排气系统(排气系统由多个排气单元组成)，排气效果好。本专利技术根据铸钢艏柱腔体多、长度长、壁厚薄等特点，创造性地设计了由集气道、导气道、排气道组成的“双排木梳式”排气单元/系统。其中，集气道的一端贴近内型腔，可以高效地收集浇注定性过程中产生的气体；废气经由集气道收集后，进入到随型设置的导气道中，最终通过排气道排出到外部大气中，所述排气系统的排气效率相比于现有通用排气系统显著提高，能够减少甚至避免铸件气孔缺陷的产生。
24、进一步的，当集气道、导气道和排气道的截面积关系满足s1:s2:s3＝(1.25～2.5):1:(2.0～3.0)时，排气效果更佳，可以避免气体大量排出时出现气体拥堵、排气不畅等情况。
25、3、本专利技术设计的3d打印砂型还预留有冷铁预留腔和固定用通孔，在实际实施中，冷铁可以通过点焊的形式与钢筋相连接，并通过固定用通孔固定在内型腔的预设位置上，进而在浇注过程中起到加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能等作用；所述冷铁固定方法简单易行，固定牢固且导热效果良好。
26、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多腔体薄壁铸件的组合模具设计方法，其特征在于，所述组合模具包括3D打印砂型和木制主型，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤S1中所述冒口(1)数量的设计原则为沿多腔体薄壁铸件长度方向两端分别设置一个冒口(1)，中间位置的冒口(1)个数需满足延续度45～55％。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据冒口(1)数量、多腔体薄壁铸件的尺寸、形状以及采用的打印材料强度，确定每层砂型分型的数量。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述“双排木梳式”排气单元包括集气道(2)、导气道(3)和排气道(4)；
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，每一个“双排木梳式”排气单元内的所述集气道(2)的总截面面积为S1，所述导气道(3)的总截面面积为S2，所述排气道(4)的总截面面积为S3，S1:S2:S3＝(1.25～2.5):1:(2.0～3.0)。
6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述集气道(2)靠近型腔的一端距离内型腔表面150～250mm。
<...【技术特征摘要】
1.一种多腔体薄壁铸件的组合模具设计方法，其特征在于，所述组合模具包括3d打印砂型和木制主型，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤s1中所述冒口(1)数量的设计原则为沿多腔体薄壁铸件长度方向两端分别设置一个冒口(1)，中间位置的冒口(1)个数需满足延续度45～55％。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据冒口(1)数量、多腔体薄壁铸件的尺寸、形状以及采用的打印材料强度，确定每层砂型分型的数量。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述“双排木梳式”排气单元包括集气道(2)、导气道(3)和排气道(4)；
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，每一个“双排木梳式”排气单元内的所述集气道(2)的总截面面积为s1，所述导气道(3)的总截面面积为s2，所述排气道(4)的总截面面积为s3，s1:s2:s3＝(1.25～2.5):1...
【专利技术属性】
技术研发人员：许诺，胡志强，杨文亮，王莉，刘红才，杜延强，
申请(专利权)人：天津重型装备工程研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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