CN109807286B - 一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以实现快速冷却金属模铸造方法，包括铸件浇注工艺设计、金属随型背模(2)设计与制备、砂制壳模(3)的设计与制备、铸件砂芯(4)的设计与制备、铸件(1)的制备五个步骤。本发明提供的金属型铸造方法，在金属随型背模(2)中设有冷却通道(7)，在铸件(1)浇注凝固过程中可以通入水或油进行模型温度的调节，加速铸件(1)的冷却，提高了生产效率，同时通过冷却控制可以实现对铸件(1)凝固成相的控制，实现铸件(1)产品的预期机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及砂型铸造领域，具体涉及一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法。
背景技术
铸铁件的铸造大多采用砂型铸造，砂型铸造是一种以硅砂作为主要材料的传统铸造工艺，首先需要制作模型、芯盒、底板和砂箱，然后用混制砂在上、下砂箱上进行上、下砂型的造型和制芯；并把砂芯装配到砂箱内，合箱浇注。
现有的砂型铸造过程中存在以下问题：1)需要消耗优质木材制作模型，而且制作周期长，费用高，不宜存放；2)需要大量工装，如砂箱、底板等；3)需要型砂混制和再生处理设备的投资，用砂量越大费用越高，而且砂在再生过程中会产生损耗，导致资源的消耗和工业废物产生；4)由于砂箱的尺寸固定，不能随铸件而灵活改变大小，造成吃砂量大，铸件成本高；5)传统砂型铸造方法不易控制铸件的机械性能和外形尺寸，尤其难于制备形状复杂的铸件。
目前，也有采用金属模进行铸造的工艺方法，但是采用金属模进行铸造，一般只适用于熔化温度较低的材料的铸造，而对于铸铁铸件一般是不采用金属模进行铸造的。因此，一种适用于铸铁材质的铸件的金属模铸造方法成为本领域技术人员追求的目标。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中铸铁件在砂型铸造过程中需要使用大量型砂导致生产效率低，产生污染，产品性能不宜保证的技术问题，提供一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，能够大幅减少型砂的使用量，提高产品的性能和生产效率，同时能够通过对冷却速度的控制获得所需的提高铸件的金属结构和机械性能，实现铸造中控型和控性的目标。
本发明提供一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，所述铸造方法采用金属模具和砂芯组型后进行浇注，其中金属模具由金属随型模具和与金属随型模具内表面紧密接触且具有一定厚度的砂制壳模组成，在金属随型模具上设有用于调节铸件冷却速度的冷却通道。
铸件的铸造过程通过传统的砂型铸造来完成，需要通过大量的型砂制备铸件砂型和铸件砂芯，而砂型需要经过再生处理除去型砂表面的树脂才能重复使用，在铸件制造过程中使用金属随型背模取代传统的铸件砂型，仅需在铸件砂芯和砂制壳模制备过程中使用型砂，同时金属随型背模冷却后即可重复使用，能够提高产品的生产效率；同一款金属随型背模在使用过程中具有更好的稳定性，能够保证铸件性能的稳定性；同时，金属随型背模在使用完毕后可回收利用。金属模具和砂制壳模的厚度通过冷固模拟软件进行仿真确定；冷却通道的设置可以实现对铸件冷却速度的控制，能够提高生产效率和产品的性能。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，包括以下步骤：
S1、浇注工艺设计：根据铸件的形状，通过建模软件设计铸件和浇冒口***的三维模型；
S2、金属随型背模的设计与制备：通过建模软件设计并制备金属随型背模；
S3、砂制壳模的设计与制备：通过建模软件设计并制备砂制壳模；
S4、铸件砂芯的设计与制备：通过建模软件设计并制备铸件砂芯；
S5、铸件的制备：将步骤S2制备的金属随型背模、步骤S3制备的砂制壳模和步骤S4制备的铸件砂芯合型后进行金属浇注，再经过冷却、开型、打磨、清理，得到铸件。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，步骤S2进一步包括以下步骤：
S21、金属随型背模的设计：根据铸件的形状，通过建模软件设计金属随型背模的三维模型；
S22、金属随型背模砂型、金属随型背模砂芯和冷却通道砂芯的设计与制备：通过建模软件设计并制备金属随型背模砂型、金属随型背模砂芯和冷却通道砂芯；
S23、金属随型背模的制备：将步骤S22制备的金属随型背模砂型、金属随型背模砂芯和冷却通道砂芯合型后进行金属浇注，再经过冷却、开型、打磨、清理，得到金属随型背模。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，砂制壳模和铸件砂芯通过3D打印砂型技术制备而成。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，金属随型背模砂型、金属随型背模砂芯和冷却通道砂芯通过3D打印砂型技术制备而成。
通过3D打印制备的金属随型背模砂型、金属随型背模砂芯、冷却通道砂芯、铸件砂芯和砂制壳模能够制备具有较高复杂度的铸件，扩展了砂型铸造的使用范围。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，砂制壳模的内表面与铸件的外表面相配合；铸件砂芯的外表面与铸件的内表面相配合。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，金属随型背模砂型的内表面与金属随型背模的外表面相配合；金属随型背模砂芯的外表面与金属随型背模的内表面相配合。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，金属随型背模砂型的内表面、金属随型背模砂芯和冷却通道砂芯的外表面涂覆用于避免金属随型背模粘砂的涂料；砂制壳模的内表面和铸件砂芯的外表面涂覆用于避免铸件粘砂的涂料。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，砂制壳模的厚度为5～20mm。砂制壳模的厚度在5～20mm之间，优选在10～15mm之间，既能够保证砂制壳模的强度又能够最大限度的节省型砂的使用量。
本发明所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，作为优选方式，金属随型背模和砂制壳模为分体组合式，采用胶粘接或机械子母扣扣合。
本发明由于在铸件的制造过程中使用金属模具代替砂型，能够大幅减少型砂的使用量，减少型砂再处理的费用与时间，减少了型砂的消耗，提高了铸件的生产效率；金属随型背模能够重复使用，能够提高铸件产品的质量稳定性。
本发明进一步在金属随型模具内部设有冷却通道，能够在铸件浇注凝固过程中可以通入水或油进行模型温度的调节，可加速铸件的冷却，提高了生产效率，同时通过冷却控制可以实现对铸件凝固成相的控制，实现铸件产品的预期机械性能。
本发明进一步通过3D打印技术制备金属随型背模、金属背模砂芯、冷却通道砂芯、铸件砂芯和砂制壳模，能够制备具有较高复杂性的铸件，扩展了砂型铸造的使用范围。
附图说明
图1为一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法流程图；
图2为一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法步骤S2流程图；
图3为一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法金属随型背模砂型和金属随型背模砂芯合型示意图；
图4为一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法铸件制备时金属模具和砂芯合型示意图；
图5为一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法铸件制备时金属模具、砂芯和铸件位置关系的剖视图；
图6为一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法铸件产品效果图。
附图标记：
1、铸件；2、金属随型背模；3、砂制壳模；4、铸件砂芯；5、金属随型背模砂型；6、金属随型背模砂芯；7、冷却通道。
具体实施方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1～6所示，一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，包括以下步骤：
S1、浇注工艺设计：根据铸件1的形状，通过建模软件设计铸件1和浇冒口***的三维模型；
S2、金属随型背模2的设计与制备：通过建模软件设计并制备金属随型背模2；具体包括以下步骤：
S21、金属随型背模2的设计：根据铸件1的形状，通过建模软件设计金属随型背模2的三维模型；
S22、金属随型背模砂型5、金属随型背模砂芯6和冷却通道砂芯的设计与制备：通过建模软件设计并通过3D打印技术制备金属随型背模砂型5、金属随型背模砂芯6和冷却通道砂芯，金属随型背模砂型5的内表面与金属随型背模2的外表面相配合，金属随型背模砂芯6的外表面与金属随型背模2的内表面相配合，金属随型背模砂型5的内表面、金属随型背模砂芯6的外表面和冷却通道砂芯的外表面涂覆用于避免金属随型背模2粘砂的涂料；
S23、金属随型背模2的制备：将步骤S22制备的金属随型背模砂型5、金属随型背模砂芯6和冷却通道砂芯合型后进行金属浇注，再经过冷却、开型、打磨、清理，得到带有冷却通道7的金属随型背模2；
S3、砂制壳模3的设计与制备：通过建模软件设计并通过3D打印技术制备砂制壳模3，砂制壳模3的内表面与铸件1的外表面相配合，砂制壳模3的厚度为10～15mm，金属随型背模2和砂制壳模3为分体组合式，采用胶粘接或机械子母扣扣合，砂制壳模3的内表面涂覆用于避免铸件1粘砂的涂料；
S4、铸件砂芯4的设计与制备：通过建模软件设计并通过3D打印技术制备铸件砂芯4，铸件砂芯4的外表面与铸件1的内表面相配合，铸件砂芯4的外表面涂覆用于避免铸件1粘砂的涂料；
S5、铸件1的制备：将步骤S2制备的金属随型背模2、步骤S3制备的砂制壳模3和步骤S4制备的铸件砂芯4合型后进行金属浇注，再经过冷却、开型、打磨、清理，得到铸件1，根据所需铸件1的特性在冷却过程中将冷却水通入冷却通道7实现对铸件1冷却速度的调节，实现对铸件1凝固成相的控制。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效，都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，其特征在于：所述铸造方法采用金属模具和砂芯组型后进行浇注，其中所述金属模具由金属随型背模（2）和与所述金属随型背模（2）内表面紧密接触且具有厚度为5~20mm的砂制壳模（3）组成，所述砂制壳模（3）采用3D打印制作而成，在所述金属随型背模（2）上设有用于调节铸件（1）冷却速度的冷却通道（7）；
其具体包括以下步骤：
S1、浇注工艺设计：根据铸件（1）的形状，通过建模软件设计所述铸件（1）和浇冒口***的三维模型；
S2、金属随型背模（2）的设计与制备：通过建模软件设计并制备所述金属随型背模（2）；
S3、砂制壳模（3）的设计与制备：通过建模软件设计并制备所述砂制壳模（3）；
S4、铸件砂芯（4）的设计与制备：通过建模软件设计并制备所述铸件砂芯（4）；
S5、铸件（1）的制备：将步骤S2制备的所述金属随型背模（2）、步骤S3制备的所述砂制壳模（3）和步骤S4制备的所述铸件砂芯（4）合型后进行金属浇注，再经过冷却、开型、打磨、清理，得到所述铸件（1）；
其中，步骤S2进一步包括以下步骤：
S21、金属随型背模（2）的设计：根据所述铸件（1）的形状，通过建模软件设计所述金属随型背模（2）的三维模型；
S22、金属随型背模砂型（5）、金属随型背模砂芯（6）和冷却通道砂芯的设计与制备：通过建模软件设计并制备所述金属随型背模砂型（5）、所述金属随型背模砂芯（6）和所述冷却通道砂芯；
S23、金属随型背模（2）的制备：将步骤S22制备的所述金属随型背模砂型（5）、所述金属随型背模砂芯（6）和所述冷却通道砂芯合型后进行金属浇注，再经过冷却、开型、打磨、清理，得到所述金属随型背模（2）；
所述铸件砂芯（4）通过3D打印砂型技术制备而成；
所述金属随型背模砂型（5）、所述金属随型背模砂芯（6）和所述冷却通道砂芯通过3D打印砂型技术制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，其特征在于：所述砂制壳模（3）的内表面与所述铸件（1）的外表面相配合；所述铸件砂芯（4）的外表面与所述铸件（1）的内表面相配合。
3.根据权利要求2所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，其特征在于：所述金属随型背模砂型（5）的内表面与所述金属随型背模（2）的外表面相配合；所述金属随型背模砂芯（6）的外表面与所述金属随型背模（2）的内表面相配合。
4.根据权利要求1~3其中任意一项所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，其特征在于：所述金属随型背模砂型（5）的内表面、所述金属随型背模砂芯（6）和所述冷却通道砂芯的外表面涂覆用于避免所述金属随型背模（2）粘砂的涂料；所述砂制壳模（3）的内表面和所述铸件砂芯（4）的外表面涂覆用于避免所述铸件（1）粘砂的涂料。
5.根据权利要求1~3其中任意一项所述的一种可以实现快速冷却的金属模铸造方法，其特征在于：所述金属随型背模（2）和所述砂制壳模（3）为分体组合式，采用胶粘接或机械子母扣扣合。
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