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1、(10)申请公布号 CN 104014751 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 1 4 7 5 1 A (21)申请号 201410279293.1 (22)申请日 2014.06.20 B22D 7/06(2006.01) (71)申请人中南大学 地址 410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路 932号 (72)发明人严宏志 周腾飞 叶辉 (74)专利代理机构长沙市融智专利事务所 43114 代理人邓建辉 (54) 发明名称 一种减小脱模力的分段式模芯 (57) 摘要 本发明公开了一种减小脱模力的分段式模 芯，芯轴(5)设有至少一道轴肩(11)，芯轴(5)。
2、的 下端连接有底部锥形模芯(1)，芯轴(5)的顶端连 接有芯头(8)，芯头(8)上设有起吊支撑孔(12)， 芯轴(5)上套装有数量与轴肩(11)的数量相等的 中间锥形模芯(3)，每个轴肩(11)对应顶压作用 于一个中间锥形模芯(3)且每个轴肩(11)相对每 一个中间锥形模芯(3)具有一段轴向活动间距， 芯轴(5)的上端套装有一个顶部锥形模芯(4)，在 芯头(8)与顶部锥形模芯(4)之间设有弹簧(6)， 底部锥形模芯(1)、中间锥形模芯(3)和顶部锥 形模芯(4)的锥度均为1:N。本发明是一种使模 芯脱出铸锭时击打省力的减小脱模力的分段式模 芯，以解决整体式模芯使用时劳动强度大、效率低 且安全性。
3、差的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 (10)申请公布号 CN 104014751 A CN 104014751 A 1/1页 2 1.一种减小脱模力的分段式模芯，其特征是：芯轴(5)为阶梯轴，所述的芯轴(5)设有 至少一道轴肩(11)，所述的芯轴(5)的下端连接有底部锥形模芯(1)，所述的芯轴(5)的顶 端连接有芯头(8)，所述的芯头(8)上设有起吊支撑孔(12)，所述的芯轴(5)上套装有数量 与所述的轴肩(11)的数量相等的中间锥形模芯(3)，每个所述的轴肩。
4、(11)对应顶压作用 于一个所述的中间锥形模芯(3)且每个所述的轴肩(11)相对每一个所述的中间锥形模芯 (3)具有一段轴向活动间距，所述的芯轴(5)的上端套装有一个顶部锥形模芯(4)，在所述 的芯头(8)与所述的顶部锥形模芯(4)之间设有弹簧(6)，所述的底部锥形模芯(1)、中间 锥形模芯(3)和顶部锥形模芯(4)的锥度均为1:N。 2.根据权利要求1所述的减小脱模力的分段式模芯，其特征是：所述的底部锥形模芯 (1)的上端面直径D1，所述的中间锥形模芯(3)的下端面直径D2，所述的中间锥形模芯(3) 的上端面直径D3，所述的顶部锥形模芯(4)的下端面直径D4，所述的顶部锥形模芯(4)的 上端。
5、面直径D5，所述的芯头(8)采用圆柱外形，直径为D6，其中：D1D2,D3D4,D5D6。 3.根据权利要求1或2所述的减小脱模力的分段式模芯，其特征是：所述的芯轴(5)的 两段均有螺纹，所述的芯头(8)与所述的芯轴(5)采用螺纹连接，所述的芯轴(5)与所述的 底部锥形模芯(1)采用螺纹连接。 4.根据权利要求1或2所述的减小脱模力的分段式模芯，其特征是：所述的芯头(8)与 所述的芯轴(5)采用焊接连接，所述的芯轴(5)与所述的底部锥形模芯(1)采用焊接连接。 权 利 要 求 书CN 104014751 A 1/4页 3 一种减小脱模力的分段式模芯 技术领域 0001 本发明涉及一种金属冶炼领。
6、域的模芯，特别是涉及一种脱出铸锭时可以节省击打 力的分段式模芯。 背景技术 0002 在金属浇铸中，模芯是被熔融态金属液凝固固定在铸锭中，用于吊车将铸锭从铸 模中起吊出的支撑物。将铸锭从铸模中起吊出后，要将模芯从铸锭中脱出，以重复利用。由 于金属凝固时收缩产生压紧力，因此模芯受到收缩金属的摩擦力大，要使模芯从铸锭中脱 出就变得很困难。目前，金属浇铸时使用的是整体式模芯，即为一整根锥形金属棒，当人工 抡大锤击打整体式模芯使其与铸锭脱出时，需要较大的锤击力，且有时需要多次击打才能 使模芯脱出铸锭，这种整体式模芯使用时劳动强度大、效率低且安全性差。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是提供。
7、一种使模芯脱出铸锭时击打省力的减小脱模 力的分段式模芯，以解决整体式模芯使用时劳动强度大、效率低且安全性差的问题。 0004 为了解决上述技术问题，本发明提供的减小脱模力的分段式模芯，芯轴为阶梯轴， 所述的芯轴设有至少一道轴肩，所述的芯轴的下端连接有底部锥形模芯，所述的芯轴的顶 端连接有芯头，所述的芯头上设有起吊支撑孔，所述的芯轴上套装有数量与所述的轴肩的 数量相等的中间锥形模芯，每个所述的轴肩对应顶压作用于一个所述的中间锥形模芯且每 个所述的轴肩相对每一个所述的中间锥形模芯具有一段轴向活动间距，所述的芯轴的上端 套装有一个顶部锥形模芯，在所述的芯头与所述的顶部锥形模芯之间设有弹簧，所述的底 。
8、部锥形模芯、中间锥形模芯和顶部锥形模芯的锥度均为1:N。 0005 所述的底部锥形模芯的上端面直径D1，所述的中间锥形模芯的下端面直径D2，所 述的中间锥形模芯的上端面直径D3，所述的顶部锥形模芯的下端面直径D4，所述的顶部锥 形模芯的上端面直径D5，所述的芯头采用圆柱外形，直径为D6，其中：D1D2,D3D4,D5D6。 0006 所述的芯轴的两段均有螺纹，所述的芯头与所述的芯轴采用螺纹连接，所述的芯 轴与所述的底部锥形模芯采用螺纹连接。 0007 所述的芯头与所述的芯轴采用焊接连接，所述的芯轴与所述的底部锥形模芯采用 焊接连接。 0008 采用上述技术方案的减小脱模力的分段式模芯，技术解决。
9、思路是将模芯受到铸锭 的摩擦力进行分时分段处理，以减小击打力。将模芯分成多个受力相等的段，即为底部锥 形模芯、中间锥形模芯、顶部锥形模芯，配上芯轴、芯头以及弹簧，完成装配后得到分段式模 芯。 0009 分段式模芯利用了熔融态金属液的快速凝固性，使模芯底部与铸模之间的接缝、 各段端面之间的接缝形成了自我密封的效果，有效防止了分段式模芯内部浸入熔融态金属 液；弹簧使模芯各段端面紧紧贴合，不但对模芯内部起到了防尘作用，而且由于模芯密度和 说 明 书CN 104014751 A 2/4页 4 熔融态金属液的密度很接近，因此弹簧的弹力还能够平衡熔融态金属液对中间锥形模芯、 顶部锥形模芯产生的浮力，防止各。
10、段端面之间出现缝隙；芯轴与模芯各段内部有一定的间 隙，防止模芯受热膨胀，影响使用；考虑芯轴与模芯存在径向间隙，模芯与芯轴间会产生径 向错位(如图8所示)，为了防止错位后在铸锭模芯孔中出现台阶、增大芯棒脱出击打力，模 芯采用统一的锥度，但各段之间成阶梯分布，即底部锥形模芯的上端面直径大于中间锥形 模芯的下端面直径，中间锥形模芯的上端面直径大于顶部锥形模芯的下端面直径。 0010 弹簧能使模芯各段端面紧紧贴合，对模芯内部起到了防尘作用，弹簧的弹力还能 够平衡熔融态金属液对中间锥形模芯、顶部锥形模芯产生的浮力，防止各段端面之间出现 缝隙。 0011 分段式模芯在击打脱出铸锭时，大锤的击打力作用在芯头。
11、，通过芯轴直接将击打 力传递到底部锥形模芯，待底部锥形模芯松动并与芯轴一同下移一段位移后，通过芯轴的 轴肩将击打力作用在中间锥形模芯，待中间锥形模芯松动后，芯轴与底部锥形模芯、中间锥 形模芯一同下移一段位移后，芯头直接作用于顶部锥形模芯，待顶部锥形模芯松动后，整个 分段式模芯即被击打出铸锭。整个击打过程一气呵成，由此击打力由时间先后顺序分别作 用在模芯的不同段，每次作用的击打力仅为模芯所受总摩擦力的三分之一左右，即分段式 模芯所需的击打力仅为整体式模芯的三分之一左右，击打力大幅度减小，可一次用较小的 击打力脱出模芯，同时提高了效率与安全性。 0012 分段式模芯技术解决方案步骤是： 0013 。
12、(1)确定模芯的材料及模芯的整体高度、锥度、最大圆锥外径； 0014 (2)模芯的整体结构； 0015 (3)模芯零件的热处理及焊接。 0016 分段式模芯技术解决方案步骤具体实施如下： 0017 步骤1：确定模芯的材料及模芯的整体高度、锥度、最大圆锥外径。 0018 根据所铸金属的特性选择不会影响金属冶炼质量且具有一定强度的模芯材料，根 据铸模底部到浇注口的高度设计模芯的整体高度，根据铸锭的重量以及模芯材料的强度设 计模芯的锥度，根据铸锭搬运的便捷性设计最大圆锥外径。 0019 步骤2：模芯的整体结构。 0020 模芯的结构包括底部锥形模芯、中间锥形模芯、顶部锥形模芯、芯头以及芯轴。每 一段。
13、的机构设计中，都是采用统一的锥度，其中底部锥形模芯的上端面直径大于中间锥形 模芯的下端面直径，中间锥形模芯的上端面直径大于顶部锥形模芯的下端面直径，芯头采 用圆柱外形，直径小于顶部锥形模芯的上端面；芯轴为阶梯轴，两段均有螺纹；芯头上有螺 纹孔和起吊支撑孔；芯轴的一端穿过中间锥形模芯，通过端部螺纹与底部锥形模芯螺纹孔 连接在一起，芯轴的另一端穿过顶部锥形模芯，通过端部螺纹与芯头螺纹孔连接在一起；芯 头下端面与顶部锥形模芯上端面之间装配了具有一定刚度的弹簧。 0021 步骤3：模芯零件的热处理及焊接。 0022 模芯的所用零部件均进行热处理，以提高模芯的强度，增加其承载能力；模芯的螺 纹连接处进行。
14、焊接处理，防止螺纹因长时间使用而松动。 0023 综上所述，本发明能将大锤作用在芯头上的击打力分时分段作用在模芯上，减小 击打力，是一种使模芯脱出铸锭时击打省力的减小脱模力的分段式模芯，解决了整体式模 说 明 书CN 104014751 A 3/4页 5 芯使用时劳动强度大、效率低且安全性差的问题。 附图说明 0024 图1是整体式模芯结构示意图。 0025 图2是分段式模芯结构示意图。 0026 图3是芯头结构示意图。 0027 图4是顶部锥形模芯结构示意图。 0028 图5是中间锥形模芯结构示意图。 0029 图6是底部锥形模芯结构示意图。 0030 图7是芯轴结构示意图。 0031 图8。
15、是无阶梯模芯的错位图及局部放大图。 0032 图9是模芯工作图。 0033 图10是模芯工作阶段一示意图。 0034 图11是模芯工作阶段二示意图。 0035 图12是模芯工作阶段三示意图。 0036 图中：1-底部锥形模芯、2-芯轴下端与底部锥形模芯焊缝、3-中间锥形模芯、4-顶 部锥形模芯、5-芯轴、6-弹簧、7-芯轴上端与芯头焊缝、8-芯头、9-铸锭、10-大锤。 具体实施方式 0037 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0038 如图1所示，金属冶炼工业中使用的整体式模芯。 0039 如图2所示，本发明分段式模芯，其技术解决方案步骤是： 0040 (1)确定模芯的材料及模芯的整。
16、体高度、锥度、最大圆锥外径； 0041 (2)模芯的整体结构； 0042 (3)模芯零件的热处理及焊接。 0043 具体实施如下： 0044 步骤1：确定模芯的材料及模芯的整体高度、锥度、最大圆锥外径。 0045 根据所铸金属的特性，本例选择45钢作为模芯材料，根据铸模底部到浇注口的高 度本例设计模芯高度为H，根据铸锭的重量以及模芯材料的强度本例设计模芯锥度为1:N， 根据铸锭搬运的便捷性设计最大圆锥外径为D0。 0046 步骤2：模芯的整体结构。 0047 参见图2，芯轴5为阶梯轴，芯轴5设有一道轴肩11，芯轴5的下端连接有底部锥 形模芯1，芯轴5的顶端连接有芯头8，芯头8上设有起吊支撑孔1。
17、2，芯轴5上套装有数量 与轴肩11的数量相等的中间锥形模芯3，每个轴肩11对应顶压作用于一个中间锥形模芯3 且每个轴肩11相对每一个中间锥形模芯3具有一段轴向活动间距，芯轴5的上端套装有一 个顶部锥形模芯4，在芯头8与顶部锥形模芯4之间装配了具有一定刚度的弹簧6，底部锥 形模芯1、中间锥形模芯3和顶部锥形模芯4的锥度统一均为1:N。 0048 芯轴5的两段均有螺纹，芯头8与芯轴5采用螺纹连接，芯轴5与底部锥形模芯1 采用螺纹连接；或 说 明 书CN 104014751 A 4/4页 6 0049 芯头8与芯轴5采用芯轴上端与芯头焊缝7连接，芯轴5与底部锥形模芯1采用 芯轴下端与底部锥形模芯焊缝。
18、2焊接连接。 0050 考虑芯轴5与模芯存在径向间隙，模芯与芯轴5间会产生径向错位(如图8所示)， 为了防止错位后在铸锭模芯孔中出现台阶、增大芯棒脱出击打力，模芯采用统一的锥度，但 各段之间成阶梯分布，即底部锥形模芯1的上端面直径大于中间锥形模芯3的下端面直径， 中间锥形模芯3的上端面直径大于顶部锥形模芯4的下端面直径。其中底部锥形模芯1的 上端面直径D1，中间锥形模芯3的下端面直径D2，中间锥形模芯3的上端面直径D3，顶部 锥形模芯4的下端面直径D4，顶部锥形模芯4上端面直径D5，芯头8采用圆柱外形，直径为 D6，其中：D1D2,D3D4,D5D6。 0051 步骤3：模芯零件的热处理及焊接。
19、 0052 模芯的所用零部件均进行调质处理，以提高模芯的强度，增加其承载能力；模芯的 螺纹连接处进行焊接处理，防止螺纹因长时间使用而松动。 0053 参见图2，分段式模芯在击打脱出铸锭9时，大锤10的击打力作用在芯头8，通过 芯轴5直接将击打力传递到底部锥形模芯1(如图9所示)，待底部锥形模芯1松动并与芯 轴5一同下移一段位移后，通过芯轴5的轴肩11将击打力作用在中间锥形模芯3(如图10 所示)，待中间锥形模芯3松动后，芯轴5与底部锥形模芯1、中间锥形模芯3一同下移一段 位移后，芯头8直接作用于顶部锥形模芯4(如图11所示)，待顶部锥形模芯4松动后，整个 分段式模芯即被击打出铸锭9(如图12所。
20、示)。整个击打过程一气呵成，由此击打力由时间 先后顺序分别作用在模芯的不同段，每次作用的击打力仅为模芯所受总摩擦力的三分之一 左右，即分段式模芯所需的击打力仅为整体式模芯的三分之一左右，击打力大幅度减小，可 一次用较小的击打力脱出模芯，同时提高了效率与安全性。 说 明 书CN 104014751 A 1/7页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104014751 A 2/7页 8 图3 图4 图5 图6 图7 说 明 书 附 图CN 104014751 A 3/7页 9 图8 说 明 书 附 图CN 104014751 A 4/7页 10 图9 说 明 书 附 图CN 104014751 A 10 5/7页 11 图10 说 明 书 附 图CN 104014751 A 11 6/7页 12 图11 说 明 书 附 图CN 104014751 A 12 7/7页 13 图12 说 明 书 附 图CN 104014751 A 13 。