一种行星架铸造系统结构和铸造方法

1.本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种行星架铸造系统结构和铸造方法。


背景技术：

2.行星架作为采煤机齿轮传动系统最为重要的输出构件，其结构复杂，在采煤机作业过程中承受很大的力矩。由于井下工作环境恶劣、采煤机工作时间长、强度大，使行星架在使用过程中容易发生变形，甚至断裂等故障，导致采煤机停机，甚至发生安全事故，因此行星架必须具有优异的力学性能。行星架一般采用铸造工艺生产，先铸造成结构和尺寸接近成品的毛坯，再经机加工和热处理获得满足组织性能要求的成品；现有技术中，行星架铸件热节孤立、分散、多，补缩困难，难获得致密组织；行星架下环形板与立柱连接处收缩阻力大，收缩量不易控制，铸件尺寸精度难以保证；下环形板与立柱的交接处，形成铸造热节，圆锥体上方的冒口无法补缩此处的热节，易出现大量缩松导致裂纹，使铸件成品质量达不到要求的问题。因此，为保证采煤机的安全运行，行星架需具有高的铸造质量。


技术实现要素：

3.本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种行星架铸造系统结构和铸造方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。
4.本发明的一个目的在于提出一种行星架铸造系统结构，包括：行星架铸型、冒口和浇口，所述行星架铸型包括主体结构和具有中心孔的环形板，所述主体结构包括由上至下依次连接的圆锥体、圆台和多个立柱，
5.所述冒口包括：明冒口和暗冒口，所述明冒口设于所述圆锥体上端，所述暗冒口与所述立柱一一对应，且连接至所述立柱与所述环形板的连接端面处；
6.所述浇口具有第一端口和位于其上端的第二端口，所述第一端口分别与多个所述暗冒口相连通，所述第二端口与所述明冒口相连通；
7.还包括：第一砂芯和第二砂芯，
8.所述第一砂芯，所述第一砂芯适配在由多个立柱限定的腔室中，第二砂芯适配在所述环形板的中心孔中；
9.其中，所述立柱与所述环形板之间的连接端面为分型面。
10.另外，根据本发明的行星架铸造系统结构，还可以具有如下技术特征：
11.在本发明的一个示例中，每个所述暗冒口的下端设有第一内浇道，所述第一端口靠近所述环形板下端设置，多个所述第一内浇道均与所述浇口的第一端口相连通。
12.在本发明的一个示例中，相邻的两个第一内浇道之间通过第一横浇道相连通，多个所述第一横浇道之间通过第二横浇道相连通，所述第一端口与所述第二横浇道相连通。
13.在本发明的一个示例中，在所述明冒口上配置有第二内浇道，所述第二内浇道倾斜向下与所述第二端口相连通。
14.在本发明的一个示例中，所述第二内浇道设置在所述明冒口高度的1/3-1/2处。
15.在本发明的一个示例中，所述第一砂芯、第二砂芯均采用退让型材料制备，其中，第一砂芯的吃砂量为80mm～100mm，所述第二砂芯的吃砂量为50mm～80mm。
16.在本发明的一个示例中，所述第一砂芯与所述腔室接触的拐角处设有洛铁矿砂层。
17.在本发明的一个示例中，所述暗冒口上设有第一出气孔，所述第一砂芯与第二砂芯均通过通气绳引接至砂型中。
18.在本发明的一个示例中，所述暗冒口包括：
19.冒口本体，沿着上下方向延伸；
20.冒口颈，一端与所述冒口本体相连通，另一端沿着水平方向延伸至所述立柱与所述环形板的连接端面处，其中，所述冒口颈包覆其所对应的连接端面。
21.本发明的另一个目的在于提出一种如上述所述的行星架铸造系统结构的行星架铸造工艺，包括如下步骤：
22.通过浇口注入金属液；
23.所述金属液经由第一端口进入第一内浇道，金属液由第一内浇道进入暗冒口，并由暗冒口进入行星架铸型中直至填充整个行星架铸型的型腔；
24.继续向浇口注入金属液，金属液上升至第二端口处，并由第二端口进入明冒口直至浇注完成。
25.本发明的有益效果如下：
26.1、通过暗冒口补缩环形板与立柱交接处形成的热节，使行星架铸件凝固时暗冒口中的金属液顺利通过冒口颈进入热节，避免缩松的出现，从而减少裂纹的产生。
27.2、第一砂芯收缩时为受阻收缩，行星架铸件因为高的砂型强度而造成尺寸偏差，通过在第一砂芯中加退让型材料，保证行星架铸件收缩顺利，产生较小的铸造应力，减少裂纹出现的可能，且行星架铸件尺寸精度相对较高。
28.3、由于第一砂芯在浇注过程中上方是金属液，第一砂芯中的气体不能顺利的从砂型排放到大气中，通过使用通气绳将砂型浇注过程中产生气体引到行星架铸件的外圈砂型上，继而通过砂型将气体排放到空气中。
29.4、金属液由第一横浇道和第二横浇道均匀平稳的进入第一内浇道，在行星架充型过程中金属液上升平稳，不造成紊流，减少卷气和夹渣缺陷的产生。
30.下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
32.图1为根据本发明公开的一个实施例的行星架铸造系统结构的结构示意图；
33.图2为根据本发明公开的一个实施例的行星架铸造系统结构的主视图；
34.图3为根据本发明公开的一个实施例的行星架铸造系统结构的仰视图；
35.图4为根据本发明公开的一个实施例的行星架铸造系统结构的立体图；
36.附图标记列表：
37.行星架铸造系统结构100；
38.行星架铸型10；
39.主体结构11；
40.圆锥体111；
41.圆台112；
42.立柱113；
43.环形板12；
44.冒口20；
45.明冒口21；
46.第一保温套211；
47.保温材料层212；
48.暗冒口22；
49.冒口本体221；
50.冒口颈222；
51.第二保温套223；
52.第一内浇道224；
53.第一出气孔225；
54.浇口30；
55.直浇道31；
56.第一端口311；
57.第二端口312；
58.浇口杯32；
59.第一砂芯40；
60.第二砂芯50；
61.第一横浇道60；
62.第二横浇道70；
63.第三横浇道80；
64.第二内浇道90；
65.腔室a；
66.分型面f；。
具体实施方式
67.为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
68.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有
一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
69.根据本发明第一方面的一种行星架铸造系统结构100，如图1至图4所示，包括：行星架铸型10、冒口20和浇口30，所述行星架铸型10包括主体结构11和具有中心孔的环形板12，所述主体结构11包括由上至下依次连接的圆锥体111、圆台112和多个立柱113，
70.所述冒口20包括：明冒口21和暗冒口22，所述明冒口21设于所述圆锥体111上端，所述暗冒口22与所述立柱113一一对应，且连接至所述立柱113与所述环形板12的连接端面处；
71.所述浇口30具有第一端口311和位于其上端的第二端口312，所述第一端口311分别与多个所述暗冒口22相连通，所述第二端口312与所述明冒口21相连通；
72.还包括：第一砂芯40和第二砂芯50，
73.所述第一砂芯40，所述第一砂芯40适配在由多个立柱113限定的腔室a中，第二砂芯50适配在所述环形板12的中心孔中；
74.其中，所述立柱113与所述环形板12之间的连接端面为分型面f；
75.铸造时，金属液(例如，钢水)由浇口30注入，并经由第一端口311进入第一内浇道224，金属液由第一内浇道224进入暗冒口22，并由暗冒口22进入行星架铸型10中直至填充整个行星架铸型10的型腔；继续向浇口30注入金属液，金属液上升至第二端口312处，并由第二端口312进入明冒口21直至浇注完成；上述铸造系统中，暗冒口22能够补缩环形板12与立柱113交接处形成的热节，使得铸件凝固时暗冒口22中的金属液顺利通过暗冒口22进入热节，避免缩送的出现，从而避免了裂纹的产生；通过设置明冒口21，能够在行星架铸件形成后向明冒口21中注入金属液，保证了明冒口21中的金属液的问题高于行星架铸件的温度，能够有效地补缩圆锥体111上端的热节。
76.可以理解的是，例如，该行星架铸可以采用两箱造型，即在上箱中制作主体结构11的砂型，在下箱中制作环形板的砂型。
77.在本发明的一个示例中，每个所述暗冒口22的下端设有第一内浇道224，所述第一端口311靠近所述环形板12下端设置，多个所述第一内浇道224均与所述浇口30的第一端口311相连通；
78.也就是说，金属液沿着浇口30流动至环形板12下端的第一端口311，然后经由第一端口311进入第一内浇道224内，金属液在第一内浇道224内上升至暗冒口22中，再由暗冒口22进入铸型中，上述结构在充型过程中金属液不接触砂型，能够使得金属液上升平稳，避免造成紊流，并能够减小卷气和夹渣缺陷的产生。
79.在本发明的一个示例中，相邻的两个第一内浇道224之间通过第一横浇道60相连通，多个所述第一横浇道60之间通过第二横浇道70相连通，所述第一端口311与所述第二横
浇道70相连通；
80.例如，在本发明中，立柱113包括四个，故而与之对应的暗冒口22也为四个，每个暗冒口22对应一个第一内浇道224，通过两个第一横浇道60分别连通相邻的两个第一内浇道224，然后再由一个第二横浇道70连通两个第一横浇道60，浇口30的第一端口311与第二横浇道70相连通；
81.在向浇口30注入金属液后，金属液沿着浇口30流动至环形板12下端的第一端口311，然后经由第一端口311进入第二横浇道70内，金属液由第二横浇道70流入两个与之相连通的两个第一横浇道60，再由第一横浇道60进入与之相连通的两个第一内浇道224第一内浇道224内，金属液在第一内浇道224内上升至暗冒口22中，再由暗冒口22进入铸型中，通过设置第一横浇道60和第二横浇道70可以使得金属液更加均匀平稳的进入第一内浇道224中，金属液进入行星架铸型10后，在充型过程中金属液不接触砂型，更加平稳的上升，进一步降低卷气和夹渣缺陷产生的风险。
82.作为优选地，多个第一横浇道60的内径相同。
83.在本发明的一个示例中，在所述明冒口21上配置有第二内浇道90，所述第二内浇道90倾斜向下与所述第二端口312相连通；
84.也就是说，明冒口21与浇口30之间通过阶梯型结构的第二内浇道90相连接，这样可以使得金属液更加平稳的进入冒口中，不会出现紊流现象。
85.上述结构能够在行星架铸件形成后通过第二内浇道90向明冒口21中注入金属液，保证了明冒口21中的金属液的温度高于行星架铸件的温度，有利于提高明冒口21的补缩效率。
86.在本发明的一个示例中，所述第二内浇道90设置在所述明冒口21高度的1/3-1/2处；
87.第二内浇道90设于明冒口21高度的1/3-1/2处为最佳高度范围，处于此范围高度内的第二内浇道90能够保证明冒口21中的金属液的温度高于行星架铸件的温度，大大提高明冒口21的补缩效率。
88.在本发明的一个示例中，明冒口21处通过在行星架铸型10的上端盖设第一保温套211而形成的，这样在浇注过程中，能够对明冒口21中的金属液起到保温效果，从而提高明冒口21的补缩效果。
89.与明冒口21类似的，在每个所述立柱113的一侧设有第二保温套223以形成所述暗冒口22；
90.通过设置保温套能够有效保证暗冒口22中金属液的温度，从而进一步提高暗冒口22的补缩效果。
91.在本发明的一个示例中，所述第一砂芯40、第二砂芯50均采用退让型材料制备，其中，第一砂芯40的吃砂量为80mm～100mm，所述第二砂芯50的吃砂量为50mm～80mm；
92.例如，第一砂芯40和第二砂芯50的中间采用缠绕绳、通气绳等退让材料，保证行星架铸件在凝固过程中受到最小的阻力，尽可能减少应力的产生和尺寸的变形；
93.第一砂芯40被立柱113与环形板12夹着，其在收缩时为受阻收缩，铸件会因为高的砂型强度而造成的尺寸偏差，在中间添加退让型材料，可以保证行星架铸件收缩顺利，产生较小的铸造应力，避免裂纹的出现，提高铸件尺寸精度。
94.在本发明的一个示例中，所述第一砂芯40与所述腔室a接触的拐角处设有洛铁矿砂层。
95.第一砂芯在所述立柱113与所述环形板12连接处以及立柱113与圆台112的连接处均设有洛铁矿砂层；
96.也就是说，需要对立柱113之间限定的第一砂芯40 2表面用洛铁矿砂进行处理，在设设洛铁矿砂层的时，需要将洛铁矿砂捣实，这样能够避免行星架铸件的粘砂。
97.在本发明的一个示例中，所述暗冒口22上设有第一出气孔225，所述第一砂芯40与第二砂芯50均通过通气绳引接至砂型中；
98.在每个暗冒口22上均设置第一出气孔225，通过第一出气孔225可以将暗冒口22中的气体排出；由于第一砂芯40在浇注过程中其上方为金属液，该部分的第一砂芯40不能顺利的从砂型中排到大气中，通过使用通气绳将第一砂芯40和第二砂芯50引至砂芯中排出，例如，可以将通气绳接引至第一出气孔225，在浇注过程中产生的气体经由第一出气孔225排出至空气中。
99.需要说明的是，关于第一砂芯40也可以包括外围结构，即所述第一砂芯包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有通孔和沿着所述通孔周向开设的多个贯穿孔，其中，所述行星架铸型适配在所述通孔中，所述贯穿孔内形成所述暗冒口，所述第二部分适配在由多个立柱限定的腔室中；所述暗冒口22上设有第一出气孔，所述第一砂芯40上设有第二出气孔413，其中，所述立柱113之间的第一砂芯40的第二部分与第二砂芯50均通过通气绳连接至砂型中；在每个暗冒口22上均设置第一出气孔225，通过第一出气孔225可以将暗冒口22中的气体排出，在第一砂芯40上设有第二出气孔413可以将砂芯中的气体排出铸件的型腔；由于第二部分42在浇注过程中其上方为金属液，该部分的第一砂芯40不能顺利的从砂型中排到大气中，通过使用通气绳将第二部分42和第二砂芯50在浇注过程中产生的气体经由第二出气孔413排出至空气中。
100.在本发明的一个示例中，所述暗冒口22包括：
101.冒口本体221，沿着上下方向延伸；
102.冒口颈222，一端与所述冒口本体221相连通，另一端沿着水平方向延伸至所述立柱113与所述环形板12的连接端面处，其中，所述冒口颈222包覆其所对应的连接端面；
103.金属液经由第一内浇道224进入冒口本体221，然后由暗冒口22进入行星架铸型10的型腔内，在形成铸件后，底部的暗冒口22通过冒口颈222补缩环形板12与立柱113交接形成的热节，使铸件凝固时暗冒口22中的金属液顺利通过冒口颈222进入热节，避免缩松的出现，从而减少裂纹的产生。
104.在本发明的一个示例中，所述行星架铸型10为树脂砂造型件，经过铸造成型后行星架铸件的收缩率为2％。
105.在本发明的一个示例中，所述浇口30包括直浇道31和浇口杯32，其中，直浇道31的上端连接浇口杯32，直浇道31的下端连接第二横浇道70，浇口杯32呈喇叭状结构，通过放置浇口杯32能够在浇注时可以提高金属液的注入效率，保证金属液能够顺利通过直浇道31进入行星架铸型10中，从而提高铸型的成形效率。
106.作为优选地，为了方便其与第二横浇道70之间的连接，在第二横浇道70与直浇道31之间还设置第三横浇道80。
107.根据本发明第二方面的一种如上述所述的行星架铸造系统结构100的行星架铸造工艺，包括如下步骤：
108.通过浇口30注入金属液；
109.所述金属液经由第一端口311进入第一内浇道224，金属液由第一内浇道224进入暗冒口22，并由暗冒口22进入行星架铸型10中直至填充整个行星架铸型10的型腔；
110.继续向浇口30注入金属液，金属液上升至第二端口312处，并由第二端口312进入明冒口21直至浇注完成；
111.具体地，在使用该铸造系统结构进行浇注时，金属液通过浇口30杯进入直浇道31，再由与直浇道31相连通的第三横浇道80进入第二横浇道70，金属液流经与第二横浇道70连通的第一横浇道60进入第一内浇道224，在充型过程中，金属液进入第一内浇道224后进入暗冒口22，回落，通过冒口颈222进入铸件型腔，金属液慢慢填充行星架铸型10的型腔，在此过程中暗冒口22中的气体通过设置在暗冒口22上方的第一出气孔225顺利进入大气中；当金属液上升到第二内浇道90时，金属液该从阶梯型第二内浇道90进入明冒口21，保证明冒口21中的金属液温度高于行星架铸件的温度，这有利于提高明冒口21补缩效率；凝固过程中，环形板12与立柱113接触形成的热节首先凝固，热的金属液通过暗冒口22经过冒口颈222补缩形成的接触热节，从而避免了缩松的产生，避免了裂纹的产生。
112.在本发明的一个示例中，在金属液由暗冒口22进入行星架铸型10中直至填充整个行星架铸型10的型腔的过程中还包括：
113.浇注时金属液镇静时间大于5min，保证金属液中的釉子能够充分上浮到其上表面。
114.在本发明的一个示例中，在金属液由第二端口312进入明冒口21直至浇注完成后还包括：在明冒口21的上端铺设保温材料层212，例如，保温材料为稻草灰，在浇注完成后施放稻草灰，其厚度为80mm-120mm。
115.上文中参照优选的实施例详细描述了本发明所提出的行星架铸造系统结构100和铸造方法的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

技术特征：
1.一种行星架铸造系统结构，包括：行星架铸型(10)、冒口(20)和浇口(30)，所述行星架铸型(10)包括主体结构(11)和具有中心孔的环形板(12)，所述主体结构(11)包括由上至下依次连接的圆锥体(111)、圆台(112)和多个立柱(113)，其特征在于，所述冒口(20)包括：明冒口(21)和暗冒口(22)，所述明冒口(21)设于所述圆锥体(111)上端，所述暗冒口(22)与所述立柱(113)一一对应，且连接至所述立柱(113)与所述环形板(12)的连接端面处；所述浇口(30)具有第一端口(311)和位于其上端的第二端口(312)，所述第一端口(311)分别与多个所述暗冒口(22)相连通，所述第二端口(312)与所述明冒口(21)相连通；还包括：第一砂芯(40)和第二砂芯(50)，所述第一砂芯(40)，所述第一砂芯(40)适配在由多个立柱(113)限定的腔室(a)中，第二砂芯(50)适配在所述环形板(12)的中心孔中；其中，所述立柱(113)与所述环形板(12)之间的连接端面为分型面(f)。2.根据权利要求1所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，每个所述暗冒口(22)的下端设有第一内浇道(224)，所述第一端口(311)靠近所述环形板(12)下端设置，多个所述第一内浇道(224)均与所述浇口(30)的第一端口(311)相连通。3.根据权利要求2所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，相邻的两个第一内浇道(224)之间通过第一横浇道(60)相连通，多个所述第一横浇道(60)之间通过第二横浇道(70)相连通，所述第一端口(311)与所述第二横浇道(70)相连通。4.根据权利要求1所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，在所述明冒口(21)上配置有第二内浇道(90)，所述第二内浇道(90)倾斜向下与所述第二端口(312)相连通。5.根据权利要求4所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，所述第二内浇道(90)设置在所述明冒口(21)高度的1/3-1/2处。6.根据权利要求1所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，所述第一砂芯(40)、第二砂芯(50)均采用退让型材料制备，其中，第一砂芯(40)的吃砂量为80mm～100mm，所述第二砂芯(50)的吃砂量为50mm～80mm。7.根据权利要求1所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，所述第一砂芯(40)与所述腔室(a)接触的拐角处设有洛铁矿砂层。8.根据权利要求1所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，所述暗冒口(22)上设有第一出气孔(225)，所述第一砂芯(40)与第二砂芯(50)均通过通气绳引接至砂型中。9.根据权利要求1所述的行星架铸造系统结构，其特征在于，所述暗冒口(22)包括：冒口本体(221)，沿着上下方向延伸；冒口颈(222)，一端与所述冒口本体(221)相连通，另一端沿着水平方向延伸至所述立柱(113)与所述环形板(12)的连接端面处，其中，所述冒口颈(222)包覆其所对应的连接端面。10.一种如权利要求1至权利要求9中任意一项所述的行星架铸造系统结构的行星架铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
通过浇口(30)注入金属液；所述金属液经由第一端口(311)进入第一内浇道(224)，金属液由第一内浇道(224)进入暗冒口(22)，并由暗冒口(22)进入行星架铸型(10)中直至填充整个行星架铸型(10)的型腔；继续向浇口(30)注入金属液，金属液上升至第二端口(312)处，并由第二端口(312)进入明冒口(21)直至浇注完成。

技术总结
本发明公开了一种行星架铸造系统结构和铸造方法，行星架铸造系统包括：行星架铸型、冒口和浇口，行星架铸型包括主体结构和具有中心孔的环形板，主体结构包括由上至下依次连接的圆锥体、圆台和多个立柱，冒口包括：明冒口和暗冒口，明冒口设于圆锥体上端，暗冒口与立柱一一对应，且连接至立柱与环形板的连接端面处；浇口具有第一端口和位于其上端的第二端口，第一端口分别与多个暗冒口相连通，第二端口与明冒口相连通；还包括：第一砂芯和第二砂芯，第一砂芯，第一砂芯适配在由多个立柱限定的腔室中，第二砂芯适配在环形板的中心孔中；其中，立柱与环形板之间的连接端面为分型面。柱与环形板之间的连接端面为分型面。柱与环形板之间的连接端面为分型面。


技术研发人员：陈正 陈烜 樊宇 王叶青 陈凯 刘琨 薛雨 程春龙 徐杰 王林
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/1