一种点阵结构砂芯

本发明涉及一种铸造用砂芯。

背景技术：

1、砂芯在铸造行业中有着广泛的应用，主要用于形成铸件的内部空腔和复杂形状。通过在模具中放置砂芯，铸造完成后去除砂芯，留下中空空间，从而实现带有复杂内部结构铸件或者带有复杂腔体空间铸件的一体铸造成型。此外，它还可以用于形成某些妨碍起模、不易出砂的外形部分。为了实现以上功能，砂芯的设计要求包括足够的强度和刚度、良好的排气性、适当的退让性、小的收缩阻力以及良好的溃散性，以便于铸件的形成和后续的清理。

2、传统砂芯以实心砂芯为主，实心砂芯通过型砂与粘结剂结合之后形成硬度较高、表面致密、形状复杂的砂芯。然而实心砂芯应用虽然广泛，却存在难以消除的缺陷，导致其应用收到局限性。

3、首先实心砂芯由于其为实心结构，虽然强度较高但是其退让性很差，因此在铸件凝固收缩时，会和砂芯相互挤压产生较大的内应力，这种较大内应力会在铸件凝固收缩期间产生热裂缺陷导致铸件报废，对于薄壁铸件而言，也可能导致铸件变型严重，导致其尺寸不合格、不达标。其次，实心砂芯内部被粘结剂和砂型填满，因此透气性受到严重影响，对于部分铸件而言，透气性较差会导致充型充不满、气孔等缺陷，铸件和粘结剂、涂料等物质反应产生的气体也无法通过砂芯排出，从而影响铸件成型及质量。最后，实心砂芯本身的质量较大，为了保证砂芯在充型过程中不被金属液冲断或者受到冲击后位置发生偏移，需要更大更复杂的芯头使之与铸型相连接，这也会增加铸型设计、砂芯设计的难度以及造成浪费。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有的铸造用实心砂芯存在退让性差、透气性差和质量较大的问题，提出一种点阵结构砂芯。

2、本发明点阵结构砂芯由砂芯外壳(1)、点阵结构内衬(2)、砂芯骨架(3)和支柱(4)构成；点阵结构内衬(2)设置在砂芯外壳(1)的内部，砂芯骨架(3)设置在点阵结构内衬(2)的内部用于支撑点阵结构内衬(2)；支柱(4)呈点阵分布在砂芯外壳(1)和点阵结构内衬(2)之间，且支柱(4)两端分别与点阵结构内衬(2)的外壁和砂芯外壳(1)的内壁固接。

3、本发明原理及有益效果为：

4、砂芯外壳(1)：砂芯外壳(1)由型砂与粘结剂组成，表面致密且光滑，具体成分需要按照铸造工艺要求确定。砂芯外壳(1)的厚度根据砂芯需要承受金属液的冲击力度决定，需要尽可能地减薄。砂芯外壳(1)的形状尺寸需配合该砂芯负责成型的铸件内壁形状决定。

5、点阵结构内衬(2)：点阵结构内衬(2)同样由型砂与粘结剂组成，可以采用比外壳强度更高的型砂-粘结剂配方以达到提高强度的效果。点阵结构内衬(2)通过伸出的支柱链接砂芯外壳(1)，支柱(4)形状可以采取三角锥、圆柱形等形状设计，需要依照所需承受力的大小以及外壳形状确定。点阵结构内衬(2)除了伸出的用于连接砂芯外壳(1)的支柱(4)，还包括用于承载支柱(4)的底面；。

6、砂芯骨架(3)：砂芯骨架(3)用于支芯点阵结构内衬(2)，增强芯点阵结构内衬(2)强度以及维持形状，由结构简单的几何形状构成，砂芯骨架(3)的成分同样为强度较高的型砂-粘结剂配方制备。

7、本发明的从内到外由砂芯骨架(3)、点阵结构内衬(2)、砂芯外壳(1)组成的点阵结构砂芯可以在不影响外壳形状的条件下，通过内部的点阵获取较高的强度。由于点阵结构与砂芯骨架(3)之间、砂芯外壳(1)之间都留有空腔，因此不但具有较高的透气性，也可以做成芯头端开口设计，在芯头部分链接进气口，通过在点阵结构砂芯内部吹气提高砂芯的导热效率，起到传热、加速冷却的“风冷砂芯”效果。砂芯内部存在的大量空腔也提高了砂芯的退让性，这可以使铸件在凝固收缩阶段产生的内部应力更小，从而避免铸件因为内应力而产生铸造缺陷导致铸件报废。

8、综上，本发明针对传统实心砂芯退让性差、透气性差、重量过高等问题进行改进，采用点阵结构恰好可以在保持砂芯强度的前提下提高砂芯的退让性、透气性，也可以减轻砂芯的重量，甚至可以通过在砂芯空腔中通气来实现砂芯的温度控制，提高砂芯的导热性能，从而对铸件的温度场以及凝固行为做出调控。点阵结构通过优化材料分布，实现了高比刚度和比强度，这使得结构在轻量化的同时保持出色的力学性能。点阵结构的周期性排列提供了独特的优势，可以通过调整支柱(4)的形状、尺寸和排列方式来定制材料的宏观性能，如隔热、吸能等。随着增材制造技术的发展，点阵结构的复杂几何形状可以直接打印出来，这为设计和制造提供了更大的自由度。

9、本发明点阵结构砂芯可以用于制造汽车底盘、发动机缸体、缸盖等部件的内部空腔，特别是在采用对砂芯透气性有要求的铸造技术的生产过程中。在航空领域，点阵砂芯用于制造飞机结构组件，如涡轮叶片、发动机外壳等，这些部件通常需要精确的内部几何形状，因此对铸造过程中的砂芯透气性提出了较高的要求。点阵结构砂芯也用于制造石油钻探设备、燃气轮机等能源相关设备的部件。在机械工程中，点阵结构砂芯用于生产对精密性要求较高的机械部件的内部结构。

技术特征：

1.一种点阵结构砂芯，其特征在于：点阵结构砂芯由砂芯外壳(1)、点阵结构内衬(2)、砂芯骨架(3)和支柱(4)构成；点阵结构内衬(2)设置在砂芯外壳(1)的内部，砂芯骨架(3)设置在点阵结构内衬(2)的内部用于支撑点阵结构内衬(2)；支柱(4)呈点阵结构分布在砂芯外壳(1)和点阵结构内衬(2)之间，且支柱(4)两端分别与点阵结构内衬(2)的外壁和砂芯外壳(1)的内壁固接。

2.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述砂芯外壳(1)由型砂与粘结剂混合固化而成。

3.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述点阵结构内衬(2)由型砂与粘结剂混合固化而成。

4.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述砂芯骨架(3)由型砂与粘结剂混合固化而成，砂芯骨架(3)的抗压强度大于砂芯外壳(1)和点阵结构内衬(2)。

5.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述支柱(4)为三角锥或圆柱。

6.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述砂芯外壳(1)和点阵结构内衬(2)的芯头端为敞口。

7.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述砂芯外壳(1)和点阵结构内衬(2)的两端设置有底面(6)。

8.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述砂芯骨架(3)由多个支撑板(5)构成。

9.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述多个支撑板(5)呈辐射状排布。

10.根据权利要求1所述的点阵结构砂芯，其特征在于：所述多个支撑板(5)的内侧边相互固接，多个支撑板(5)的外侧边分别与点阵结构内衬(2)的内壁固接。

技术总结一种点阵结构砂芯，涉及一种铸造用砂芯。为了解决现有铸造用实心砂芯退让性差、透气性差和质量较大的问题。点阵结构砂芯由砂芯外壳、点阵结构内衬、砂芯骨架和支柱构成；点阵结构内衬设置在砂芯外壳的内部，砂芯骨架设置在点阵结构内衬的内部用于支撑点阵结构内衬；支柱呈点阵结构分布在砂芯外壳和点阵结构内衬之间，且支柱两端分别与点阵结构内衬的外壁和砂芯外壳的内壁固接。本发明采用点阵结构恰好可以在保持砂芯强度的前提下提高砂芯的退让性、透气性，也可以减轻砂芯的重量，甚至可以通过在砂芯空腔中通气来实现砂芯的温度控制，提高砂芯的导热性能，从而对铸件的温度场以及凝固行为做出调控。技术研发人员：付海丰,李勇军,蔡增辉,宋京涛,李洋,曹家铭,沈红先,孙威,曹福洋,孙剑飞受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2