專利名稱：一種特大型鑄件地坑造型用硬砂床及其鋪設方法
技術領域：
本發明屬于金屬鑄件制造技術領域，具體涉及ー種百噸級特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床及其鋪設方法。
背景技術：
由于硬砂床緊實度較高，可承受金屬液較大壓力，排氣較可靠，適用于澆注尺寸和質量較大的鑄件。在制造大型鑄件時，在數量少而又無合適的現成砂箱的情況下，一般采用地坑造型，即可節省ー套砂箱，又可有效縮短生產周期，降低鑄件成本。其中有蓋地坑造型多是在硬砂床上進行，但不像砂箱造型那樣把型砂覆蓋于模樣上進行夯實，以獲得型腔。對于硬砂床的鋪設，目前各企業都采用傳統老辦法。即在焦炭層上鋪設砂層。在地坑內，堆上一定厚度的焦炭層，從焦炭層的某一部位引出排氣管，與型外相通。而有的硬砂床，則把型砂直接填在焦炭層上面；有的硬砂床在焦炭層上面先鋪ー層草席或草袋，再在其上填上型砂。把型砂夯實，打上氣眼，便可造型。但實踐證明，這種鋪設硬砂床的方法較麻煩，每做一 個鑄型，就要重鋪一次，費エ費時還耗資，難以保證澆注質量。這種鋪設方法還具有以下幾個弊病硬砂床制作的關鍵是砂床的通氣，以利于澆注過程中產生的大量氣體及時排除，而如果將型砂直接填在焦炭層上面，不可避免地要落到焦炭的間隙中去，影響砂床的正常排氣；而用焦炭鋪設硬砂床，焦炭不能回收，造成浪費。如果在焦炭層上面鋪草席，待澆注后草席燒枯，灰份會落入型砂中，使型砂受到污染，影響型砂的回收利用。而在焦炭鋪設的硬砂床上造型，由于外力作用，焦炭塊可能錯動，使砂床不穩，影響鑄件的成型。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，以解決現有技術中采用焦炭作為砂床底層而存在的砂床不穩及型砂容易落在焦炭縫隙中進而影響砂床正常排氣的技術問題；同時，本發明還提供ー種特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床。為實現上述目的，本發明所提供的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法采用如下技術方案ー種特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，鋪設步驟如下(一)首先在地坑中鋪設由多層交錯布置的支撐桿層構成的支撐架；(ニ)在支撐架的四周布置多個排氣管，排氣管的一端深入支撐架中、另一端引出地坑，引出地坑的一端用紙或布頭堵住；(三)在支撐架頂部鋪設排氣托板，在排氣托板上預設排氣通道；(四)在排氣托板上鋪設有夯實的型砂構成的背砂層；(五)在背砂層上松散覆蓋面砂層；(六)最后設置從面砂層頂部延伸至所述排氣托板的通氣孔。所述的步驟(一)中的支撐架的邊緣至地坑輪廓的間距為200-300mm，支撐架的邊緣與鑄件邊緣的間距至少為800mm。所述的支撐桿為鋼軌，支撐架的底層為平行鋪設有間距600-800mm的鋼軌的第一鋼軌層，然后在第一鋼軌層上部鋪設有第二鋼軌層，第二層鋼軌層中的鋼軌與第一鋼軌層中的鋼軌垂直交叉布置，且第二鋼軌層中的鋼軌間距同樣為600-800mm，在第二鋼軌層的上方繼續鋪設至少一層附加鋼軌層，直至支撐架總高度達到800-1000mm，其中，所述的附加鋼軌層中鋼軌的布置方式與自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層的布置方式相同，且該附加鋼軌層中的每ー根鋼軌在豎直方向上位于所述的自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層中的兩相鄰鋼軌之間。所述的步驟(ニ)中的排氣管采用直徑為100_150mm的鋼管。所述的步驟(四)中的背砂層由多層型砂分層夯實構成，背砂層的總厚度為600-800mm,每層厚度為100-150mm，背砂層分層夯實，背砂層的層密度從下往上逐漸降低。所述的背砂層中部水平埋有型砂加強件，該砂型加強件為直徑80-100_的鉄棒。所述的步驟(五)中的面砂層為厚度為20_30mm的鐵礦砂層，所述的步驟(六)中的通氣孔直徑為6-10mm，相鄰通氣孔間距260-300mm。

本發明所提供的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床采用如下技術方案ー種特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床，包括使用時位于地坑中的支撐架，支撐架由多層交錯布置的支撐桿層構成，在支撐架的四周布置有多個排氣管，該排氣管的一端深入支撐架中、另ー端向上延伸出地坑，引出地坑的一端用紙或布頭堵住，在支撐架的頂部鋪設有排氣托板，在排氣托板上預設有排氣通道，在排氣托板上鋪設由夯實的型砂構成的背砂層，背砂層的頂部覆蓋有面砂層，并在背砂層及面砂層上設置有從面砂層頂部延伸至所述排氣托板的通氣孔。所述的支撐桿為鋼軌，支撐架的底層為平行鋪設有間距600-800mm的鋼軌的第一鋼軌層，然后在第一鋼軌層上部鋪設有第二鋼軌層，第二層鋼軌層中的鋼軌與第一鋼軌層中的鋼軌垂直交叉布置，且第二鋼軌層中的鋼軌間距同樣為600-800mm，在第二鋼軌層的上方繼續鋪設至少一層附加鋼軌層，直至支撐架總高度達到800-1000mm，其中，所述的附加鋼軌層中鋼軌的布置方式與自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層的布置方式相同，且該附加鋼軌層中的每ー根鋼軌在豎直方向上位于所述的自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層中的兩相鄰鋼軌之間。所述的背砂層由多層型砂分層夯實構成，背砂層總厚度為600-800mm，每層厚度為100-150mm，背砂層分層夯實，背砂層的層密度從下往上逐漸降低，在所述的背砂層中部水平埋有型砂加強件,該砂型加強件為直徑80-100mm的鐵棒，所述的面砂層為厚度為20-30mm的鐵礦砂層,所述的通氣孔直徑為6-10mm,相鄰通氣孔間距260_300mm。本發明的有益效果是本發明所提供的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床的鋪設方法先設置由多層支撐桿層組成的支撐架，然后在支撐架上鋪設排氣托板，再在排氣托板上鋪設背砂層，最后在背砂層的頂部鋪設面砂層。與現有技術相比，上述的鋪設方法在鋪設過程中不再使用焦炭和草袋，不僅降低了成本，同時還減輕了污染。而設置專用的支撐架則可以有效避免砂床不穩的問題。同時，在支撐架的四周設置排氣管以及在支撐架上設置排氣托板，都可以有效提高整個硬砂床的排氣效果。本發明中將分層夯實的背砂層鋪設在排氣托板上，這樣型砂比較干凈，不容易被污染，更換的型砂可反復利用。本發明所提供的硬砂床鋪設方法屬于環保型砂床，能有效降低鑄件的制造成本，縮短生產周期。本發明所提供的硬砂床中不再使用焦炭和草袋，不僅降低了成本，同時還減輕了污染。而設置專用的支撐架則可以有效避免砂床不穩的問題。同時，在支撐架的四周設置排氣管以及在支撐架上設置排氣托板，都可以有效提高整個硬砂床的排氣效果。本發明中將分層夯實的背砂層鋪設在排氣托板上，這樣型砂保持干凈，不被污染，更換的型砂可反復利用。


圖I是本發明所提供的硬砂床的結構示意 圖2是圖I中排氣托板的結構示意 圖3是圖2的俯視 圖4是圖3中的A-A處局部剖視圖。
具體實施例方式一種地坑造型用硬砂床的鋪設方法，該鋪設方法的步驟如下
(一)首先在地坑中鋪設由多層交錯布置的支撐桿層構成的支撐架。此步驟中的支撐架的邊緣至地坑輪廓的間距為200-300mm，支撐架的邊緣與鑄件邊緣的間距至少為800mm。所述的支撐桿為鋼軌，支撐架的底層為平行鋪設有間距600-800mm的鋼軌的第一鋼軌層，然后在第一鋼軌層上部鋪設有第二鋼軌層，第二層鋼軌層中的鋼軌與第一鋼軌層中的鋼軌垂直交叉布置，且第二鋼軌層中的鋼軌間距同樣為600-800mm，在第二鋼軌層的上方繼續鋪設至少一層附加鋼軌層，直至支撐架總高度達到800-1000mm，其中，所述的附加鋼軌層中鋼軌的布置方式與自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層的布置方式相同，且該附加鋼軌層中的每ー根鋼軌在豎直方向上位于所述的自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層中的兩相鄰鋼軌之間。(ニ)在支撐架的四周布置多個排氣管，排氣管的一端深入支撐架中、另一端引出地坑，引出地坑的一端用紙或布頭堵住。此步驟中的排氣管采用直徑為100-150_的鋼管。(三)在支撐架頂部鋪設排氣托板，在排氣托板上預設排氣通道。(四)在排氣托板上鋪設有由多層型砂分層夯實構成的背砂層。此步驟中的背砂層的總厚度為600-800mm,姆層厚度為100-150mm,背砂層分層夯實,背砂層的層密度從下往上逐漸降低。并且在所述的背砂層中水平埋有型砂加強件，該砂型加強件為直徑SO-IOOmm的鐵棒。(五)背砂層夯實后，在背砂層上松散覆蓋面砂層。此步驟中的面砂層為厚度為20-30mm的鐵礦砂層。(六)最后在背砂層及面砂層上設置從面砂層頂部延伸至所述排氣托板的通氣孔。所述的通氣孔直徑為6-10mm,相鄰通氣孔間距260_300mm。當采用上述的鋪設方法鋪設硬砂床時，得到的如圖I所示的硬砂床，該硬砂床包括使用時位于地坑中的支撐架，支撐架由多層交錯布置的支撐桿層構成，此處的支撐桿300為鋼軌，支撐架的底層為平行鋪設有間距600-800mm的鋼軌的第一鋼軌層，然后在第一鋼軌層上部鋪設有第二鋼軌層，第二層鋼軌層中的鋼軌與第一鋼軌層中的鋼軌垂直交叉布置，且第二鋼軌層中的鋼軌間距同樣為600-800mm，在第二鋼軌層的上方繼續鋪設至少ー層附加鋼軌層，直至支撐架總高度達到800-1000mm，其中，所述的附加鋼軌層中鋼軌的布置方式與自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層的布置方式相同，且該附加鋼軌層中的每ー根鋼軌在豎直方向上位于所述的自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層中的兩相鄰鋼軌之間。在支撐架的四周布置有多個排氣管600，該排氣管600的一端深入支撐架中、另一端向上延伸出地坑，引出地坑的一端用紙或布頭堵住，此處的排氣管為直徑為100-150_的鋼管。在支撐架的頂部鋪設有排氣托板200，在排氣托板200預設有排氣通道，在排氣托板上鋪設由多層型砂層構成的背砂層，此處背砂層的總厚度為600-800mm，每層厚度為100_150mm，背砂層分層夯實，背砂層的層密度從下往上逐漸降低，在所述的背砂層中水平埋有型砂加強件，該砂型加強件100為直徑80-100mm的鐵棒。在背砂層的頂部還覆蓋有面砂層500，此處的面砂層為厚度為20-30mm的鐵礦砂層,然后設置從面砂層延伸至所述排氣托板的通氣孔400,所述的通氣孔直徑為6-10mm,相鄰通氣孔間距260_300mm。如圖2、圖3、圖4所示，為上述鋪設方法一種具體應用的實施例，該鋪設方法所鋪設的硬砂床用于聲場鑄造掛舵臂鑄件，該掛舵臂鑄件的外形輪廓尺寸8123 X 2047 X 5865mm，重量102噸。采用地坑造型，地坑尺寸11000 X 5000 X 9000mm。硬砂床的鋪設方法如下
(一)將地坑低面鏟平，底層平行鋪設6根長IOOOOmm的重型鋼軌作為第一鋼軌層，鋼軌在地坑中居中均勻分布，每根相距700mm ;然后，在第一鋼軌層上部垂直擺放鋪設第二鋼軌 層，第二鋼軌層中的鋼軌長度為4200mm，14根鋼軌均布，每根相距700mm ;作為附加鋼軌層的第三鋼軌層的長度10000mm、鋪設方向與第一鋼軌層中的鋼軌延伸方向相同，在豎直方向上，第三鋼軌層中的鋼軌位于第一鋼軌層的相鄰兩根鋼軌的中部，在第三鋼軌層中均布鋪設有5根重型鋼軌。由第一鋼軌層、第二鋼軌層、第三鋼軌層交錯布置以形成支撐架。(ニ)在支撐架四周放置4根？ 120mm排氣鋼管，鋼管一端深入支撐架下方，另一端引出地坑一定高度，用紙或布頭堵住。(三)在支撐架上方并行銜接鋪設排氣托板I。本實施例中的排氣托板I的結構如圖2、圖3、圖4所示，在排氣托板I的一端設置有臺階11、在另一端設置有搭接部12，當將多塊排氣托板銜接鋪設在支撐架上時，由一塊排氣托板的搭接部搭接在另ー塊排氣托板上的臺階上。在排氣托板上設置排氣孔13，該排氣孔13為臺階孔，在臺階孔的臺階上設置有排氣塞2，在排氣塞2上設置有三個與排氣孔相連通的通孔20，在本實施例中，所述的排氣孔和排氣塞上的通孔組成排氣通道。(四)先在排氣托板上鋪設ー層約IOOmm厚的型砂層，作為底層型砂，該底層砂型必須夯的緊實些，再在其上鋪設IOOmm型砂，夯實，共鋪設7層型砂，分層緊實，自下而上型砂層的層密度逐漸降低，并在背砂層的中部水平埋入直徑の80臟的鉄棒作為型砂加強件，。(五)背砂層夯實后,用鐵礦砂做面砂,松散覆蓋于背砂層上,厚度30mm。(六)最后在面砂層上扎直徑Φ8的通氣孔到排氣托板，通氣孔間距280mm。上訴實施例所提供的硬砂床鋪設方法，支撐架采用重型鋼軌，支撐效果好，同吋，避免了專用支撐架的制造；硬砂床鋪設的整個鋪設過程中不使用焦炭和草袋，降低成本，減少污染。排氣托板采用鑄鐵，強度高，尺寸大小適中，容易制造；鋪設簡單，鋪設后利用排氣托板上的排氣塞及排氣托板相互之間的縫隙排氣，排氣效果好；型砂中埋入鐵棒，砂床整體強度高，承受壓カ大；型砂保持干凈，不被污染，更換砂床上層面砂或部分型砂后可反復利用。即使砂床經過長期使用后需要重新鋪設，鋼軌的長度和硬砂床的大小可以依據鑄件的大小進行組合，鋼軌及排氣托板重復利用率高。隨著鑄件的大型化，要求砂床具有足夠大的承載能力和排氣效果，因此，制造硬砂床吋，不僅砂床的硬度要高、穩定性要好，且對硬砂床要特別的加固。隨著科學技術的發展，我國大型鑄件生產能力和產量也逐漸提高，研發長久型(可反復)使用的硬砂床，環保型硬砂床，不僅能降低鑄件的制造成本，縮短生產周期，而且滿足國際“綠色鋳造”發展要求。該發明所提供的硬砂床技術，支撐架采用重型鋼軌，支撐效果好，同時，避免了專用支撐架的制造；硬砂床鋪設中不使用焦炭和草袋，降低成本，減少污染；排氣托板采用鑄鐵，強度高，尺寸大小適中，容易制造；鋪設簡單，鋪設后利用排氣托板上的排氣塞及排氣托板相互之間的縫隙排氣，排氣效果好；型砂中埋入鐵棒，砂床整體砂床的強度高，承受壓カ大；型砂保持干凈，不被污染，更換砂床上層面砂或部分型砂后可反復利用。即使砂床經過長期使用后需要重新鋪設，鋼軌的長度和硬砂床的大小可以依據鑄件的大小進行 組合，鋼軌及排氣托板重復利用率高。
權利要求
1.ー種特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于鋪設步驟如下 (一)首先在地坑中鋪設由多層交錯布置的支撐桿層構成的支撐架； (ニ)在支撐架的四周布置多個排氣管，排氣管的一端深入支撐架中、另一端引出地坑，引出地坑的一端用紙或布頭堵住； (三)在支撐架頂部鋪設排氣托板，在排氣托板上預設排氣通道； (四)在排氣托板上鋪設有夯實的型砂構成的背砂層； (五)在背砂層上松散覆蓋面砂層； (六)最后設置從面砂層頂部延伸至所述排氣托板的通氣孔。
2.根據權利要求I所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于所述的步驟(一)中的支撐架的邊緣至地坑輪廓的間距為200-300mm，支撐架的邊緣與鑄件邊緣的間距至少為800mm。
3.根據權利要求2所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于所述的支撐桿為鋼軌，支撐架的底層為平行鋪設有間距600-800mm的鋼軌的第一鋼軌層，然后在第一鋼軌層上部鋪設有第二鋼軌層，第二層鋼軌層中的鋼軌與第一鋼軌層中的鋼軌垂直交叉布置，且第二鋼軌層中的鋼軌間距同樣為600-800mm，在第二鋼軌層的上方繼續鋪設至少一層附加鋼軌層，直至支撐架總高度達到800-1000mm，其中，所述的附加鋼軌層中鋼軌的布置方式與自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層的布置方式相同，且該附加鋼軌層中的每ー根鋼軌在豎直方向上位于所述的自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層中的兩相鄰鋼軌之間。
4.根據權利要求I所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于所述的步驟(ニ)中的排氣管采用直徑為100-150mm的鋼管。
5.根據權利要求I所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于所述的步驟(四)中的背砂層由多層型砂分層夯實構成，背砂層的總厚度為600-800_，每層厚度為100-150mm，背砂層分層夯實，背砂層的層密度從下往上逐漸降低。
6.根據權利要求5所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于所述的背砂層中部水平埋有型砂加強件，該砂型加強件為直徑80-100_的鉄棒。
7.根據權利要求I所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床鋪設方法，其特征在于所述的步驟(五)中的面砂層為厚度為20-30_的鐵礦砂層，所述的步驟(六)中的通氣孔直徑為6-10_，相鄰通氣孔間距260-300mm。
8.ー種特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床，其特征在于包括使用時位于地坑中的支撐架，支撐架由多層交錯布置的支撐桿層構成，在支撐架的四周布置有多個排氣管，該排氣管的一端深入支撐架中、另一端向上延伸出地坑，引出地坑的一端用紙或布頭堵住，在支撐架的頂部鋪設有排氣托板，在排氣托板上預設有排氣通道，在排氣托板上鋪設由夯實的型砂構成的背砂層，背砂層的頂部覆蓋有面砂層，并在背砂層及面砂層上設置有從面砂層頂部延伸至所述排氣托板的通氣孔。
9.根據權利要求8所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床，其特征在于所述的支撐桿為鋼軌，支撐架的底層為平行鋪設有間距600-800mm的鋼軌的第一鋼軌層，然后在第一鋼軌層上部鋪設有第二鋼軌層，第二層鋼軌層中的鋼軌與第一鋼軌層中的鋼軌垂直交叉布置，且第二鋼軌層中的鋼軌間距同樣為600-800mm，在第二鋼軌層的上方繼續鋪設至少一層附加鋼軌層，直至支撐架總高度達到800-1000mm，其中，所述的附加鋼軌層中鋼軌的布置方式與自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層的布置方式相同，且該附加鋼軌層中的每ー根鋼軌在豎直方向上位于所述的自該附加鋼軌層向下數兩層的鋼軌層中的兩相鄰鋼軌之間。
10.根據權利要求8或9所述的特大型鑄件地坑造型用鋳造硬砂床，其特征在于所述的背砂層由多層型砂分層夯實構成，背砂層總厚度為600-800mm,姆層厚度為100_150mm,背砂層分層夯實，背砂層的層密度從下往上逐漸降低，在所述的背砂層中部水平埋有型砂加強件，該砂型加強件為直徑80-100mm的鐵棒，所述的面砂層為厚度為20_30mm的鐵礦砂層，所述的通氣孔直徑為6-10mm,相鄰通氣孔間距260_300mm。
全文摘要
本發明公開了一種特大型鑄件地坑造型用鑄造硬砂床及其鋪設方法，首先在地坑中鋪設由多層交錯布置的支撐桿層構成的支撐架；在支撐架的四周布置多個排氣管，排氣管的一端深入支撐架中、另一端引出地坑；在支撐架頂部鋪設排氣托板，在排氣托板上預設排氣通道；在排氣托板上鋪設有夯實的型砂構成的背砂層，并在背砂層上松散覆蓋面砂層，最后設置從面砂層頂部延伸至所述排氣托板的通氣孔。與現有技術相比，上述的鋪設方法在鋪設過程中不再使用焦炭和草袋，不僅降低了成本，同時還減輕了污染。而設置專用的支撐架則可以有效避免砂床不穩的問題。同時，在支撐架的四周設置排氣管以及在支撐架上設置排氣托板，都可以有效提高整個硬砂床的排氣效果。
文檔編號B22C9/02GK102672100SQ20121000095
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者李洛利, 李繼文, 王文焱, 王愛琴, 謝敬佩 申請人:河南科技大學