CN101716649A - 基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其包括以下步骤：1]制原型：用计算机制作本体三维模型，对制作的三维模型进行100.1％～100.4％比例放大，将其保存为.stl格式的文件；然后利用快速成型机制作实体树脂原型；2]造型：取传统粘土砂采用轻质砂舂造型工艺制作砂型；3]树脂烧蚀：烧蚀温度为450℃～650℃，使树脂原型充分燃烧，烧蚀保温时间不低于3h；4]浇注：采用各种通用的浇注方法浇注本体铸件；5]清理：去除内浇口，清除飞边、毛刺。本发明解决了现有铸造模型加工难度大、周期长、效率低等技术问题。本发明缩短了铸件生产周期，提高了可铸结构的复杂程度，拓展了砂型铸造的适用范围。

Description

基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺

技术领域

本发明涉及一种砂型铸造工艺，尤其涉及一种采用消失法技术的砂型铸造工艺。

背景技术

框架铸件毛坯如图2所示，最大外形尺寸为200×190×110mm，其外形结构全部加工，内部结构主要由5个相互连接的腔体组成，除腔体安装面外，其余表面均不加工，各腔体内部尺寸精度为±0.5mm。框架铸件铸造工艺中的传统木模制作周期为15～20个工作日，存在加工难度大、周期长、效率低的问题。

光固化快速成型是近十几年发展起来的先进制造技术之一，可快速将三维CAD数据直接生成实际物体，其精度高、速度快，非常适合新产品、新工艺的研制开发。由于光固化快速成型加工费用较高，为尽可能地降低模型重量，模型制作一般采用“抽壳、内部加支撑”的设计方案。

发明内容

本发明目的是提出一种基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其解决了现有铸造模型加工难度大、周期长、效率低等技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特殊之处在于：其包括以下步骤：

1]制原型：用计算机制作本体三维模型，对制作的三维模型进行100.1％～100.4％比例放大，将其保存为.stl格式的文件；然后利用快速成型机制作实体树脂原型；

2]造型：取传统粘土砂采用轻质砂舂造型工艺制作砂型；

3]树脂烧蚀：烧蚀温度为450℃～650℃，使树脂原型充分燃烧，烧蚀保温时间不低于3h；

4]浇注：采用各种通用的浇注方法浇注本体铸件；

5]清理：去除内浇口，清除飞边、毛刺。

上述本体三维模型包括完全分开的上部分和下部分。

上述铸造工艺还包括原型烧蚀后开箱清理残留灰分的步骤。

上述树脂原型烧蚀温度为510±10℃；所述浇注方法为常压重力浇注；所述本体铸件浇注温度为680±10℃。

上述本体为框架结构的本体；所述内部支撑厚度为0.3mm～0.7mm之间。

上述内部支撑厚度为0.4mm～0.6mm。

本发明优点：本发明利用光固化快速成型的原型替代传统模型造型，不用取模，而将树脂原型烧蚀气化，完成砂型制作。光固化快速成型技术使砂型铸造制作模型的技术水平得到了大幅提升，基本解决了目前砂型铸造用模的制造方法单一和生产周期较长等问题。本发明将光固化快速成型技术与砂铸造技术相结合不但大幅缩短了铸件生产周期，而且提高了铸件的尺寸精度、提高了可铸结构的复杂程度，拓展了砂型铸造的适用范围。

附图说明

图1是本发明生产流程图；

图2是本发明生产的框架铸件毛坯示意图；

图3是制作的框架铸件上部分树脂原型正面示意图；

图4是制作的框架铸件上部分树脂原型反面示意图；

图5是制作的框架铸件下部分树脂原型正面示意图；

图6是制作的框架铸件下部分树脂原型反面示意图；

图7是框架铸件的浇注***示意图；

图8是框架下部分造型示意图；

图9是翻箱示意图；

图10是框架下部分造型示意图；

图11是取出浇注***示意图；

图12是本体原型烧蚀后的下箱型腔示意图；

图13是本体原型烧蚀后的上箱型腔示意图；

具体实施方式

本发明铸造工艺主要包括制作原型、造型、树脂烧蚀、浇注、清理等工序，参见图1；现以复杂结构的框架铸件毛坯为例，参见图2，其本体铸造工艺包括：

a.制原型：

用计算机制作本体三维模型，对制作好的三维模型进行100.1％～100.4％比例放大，将其保存为.stl格式的文件(.stl为三角面片的文件格式)；然后利用SPS600型快速成型机制作实体树脂原型，并检验其尺寸精度。

为便于造型及砂型清理，本发明将框架分成上、下两部分，参见图3至图6。为减少光敏树脂热膨胀对砂型施加的作用力、防止砂型开裂失效，需要将树脂原型的壁厚和内部支撑厚度设计为0.3mm～0.7mm之间，优选0.4mm～0.6mm。本发明将壁厚设计为0.6mm，内部支撑厚度设计为0.5mm。

b.造型：

树脂原型烧蚀温度450℃～650℃。因树脂砂和油砂均会因其中的粘结剂加热氧化导致型砂溃散而失效，因此不适合消失法砂型铸造。水玻璃砂虽然在750℃以下不会溃散失效，但其在500℃附近有相变发生，并伴有体积变化，对于复杂结构铸件容易导致砂型自行开裂而失效，而且不利于尺寸精度控制，因此本发明也不采用。粘土砂在650℃以内不会因永久性失去水而砖化，而且烘干强化后尺寸稳定性较好，利于铸件尺寸精度控制，所以本发明采用传统粘土砂制作砂型。具体造型参见图8至图11。

由于本发明将本体树脂原型的壁厚和内部支撑厚度设计为0.6mm和0.5mm。为减少手工造型过程中树脂原型的变形量，本发明采用轻质砂舂造型，其施加应力可控制在0.15MPa以内。

c.树脂烧蚀：

浇注前先进行烧蚀，烧蚀的目的是充分燃烧树脂，同时除去砂型水分，提高砂型强度。本发明的烧蚀温度低于其它壳型消失法铸造的焙烧温度，根据型砂选择粘土和芯骨的不同，一般不易高于650℃。因本发明选用ZL201系列铝制砂箱，树脂原型烧蚀温度定位510±10℃。

为保证原型烧蚀彻底，树脂原型的烧蚀保温时间一般不低于3h。烧蚀结果参见图12至图13。为保证型腔洁净，可在原型烧蚀后开箱清理残留灰分。

现有壳型消失法铸造的焙烧温度一般在650℃以上，而本发明烧蚀温度选取450℃～650℃，其主要原因是树脂原型在450℃以上容易裂解气化，基本满足消失法砂型铸造的工艺要求。但温度达到650℃以上时，粘土砂强度会因永久性失水而大幅度提高，退让性差，不易铸造落砂。

d.浇注：

本发明可采用各种通用的浇注方法。由于本发明框架铸件的壁厚比较均匀，平均壁厚为10mm左右，适合常压重力铸造，所以本发明采用常压重力浇注本体铸件。由于本体浇注***敝渣性能较差，为提高铝合金熔液的洁净度，氩气旋转喷吹精炼时间延长至30min，本体铸件浇注温度定为680±10℃。本发明的浇注***设计为中注式，如图7所示，由4个安装凸台将铝液导入型腔内，4个边冒口可起泄压作用，并对4个安装凸台进行补缩。

e.清理：将本体铸件夹在锯床上，调整内浇口垂直度，将内浇口沿根部去除，然后用锉刀清除本体毛坯上的飞边、毛刺，最后进行液体喷砂处理，待本体毛坯晾干后交检，具体情况如图17所示。

本发明的工艺适用性：

基于光固化快速成型原型消失法砂型铸造工艺不需要取模，所以不考虑拔模斜度。在原型设计上主要考虑造型的可操作性和原型树脂烧蚀的可行性。对于抽壳困难的零件可不进行抽壳处理，但必须进行必要的圆角处理。

基于光固化快速成型原型消失法砂型铸造在填砂、紧实等造型操作与普通砂型铸造的造型操作完全相同。与其它壳型消失法铸造的一次制壳操作不同，其可根据型砂紧实的需求进行多次分型，在分型面上可加装定位销定位。另外，造型过程可根据零件特殊结构的要求，装填不同特性的型砂，可基本满足零件的特殊结构清理和特殊表面质量的要求。

基于光固化快速成型原型消失法砂型铸造型腔处理与其它壳型消失法铸造不同，可根据铸件结构和分型面的设置，打开部分型腔进行树脂残留灰分清理。对部分型腔表面和冷铁激冷面进行必要涂覆。

基于光固化快速成型原型消失法砂型铸造可采用传统砂型铸造的浇注***，有利于铸件内部质量的保证。浇注***去除与铸件表面清理与传统湿砂型铸造相同。

Claims (6)

1.一种基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特征在于：其包括以下步骤：

1]制原型：用计算机制作本体三维模型，对制作的三维模型进行100.1％～100.4％比例放大，将其保存为.stl格式的文件；然后利用快速成型机制作实体树脂原型；

2]造型：取传统粘土砂采用轻质砂舂造型工艺制作砂型；

3]树脂烧蚀：烧蚀温度为450℃～650℃，使树脂原型充分燃烧，烧蚀保温时间不低于3h；

4]浇注：采用各种通用的浇注方法浇注本体铸件；

5]清理：去除内浇口，清除飞边、毛刺。

2.根据权利要求1所述的基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特征在于：所述本体三维模型包括完全分开的上部分和下部分。

3.根据权利要求1或2所述的基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特征在于：所述铸造工艺还包括原型烧蚀后开箱清理残留灰分的步骤。

4.根据权利要求3所述的基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特征在于：所述树脂原型烧蚀温度为510±10℃；所述浇注方法为常压重力浇注；所述本体铸件浇注温度为680±10℃。

5.根据权利要求4所述的基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特征在于：所述本体为框架结构的本体；所述内部支撑厚度为0.3mm～0.7mm之间。

6.根据权利要求5所述的基于光固化快速成型的消失法砂型铸造工艺，其特征在于：所述内部支撑厚度为0.4mm～0.6mm。

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