CN114210944A - 带冷铁的铸造砂型的复合3d打印制备方法及铸造砂型 - Google Patents
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Abstract
本发明为解决现有技术中现有3D打印砂型铸造模型中冷铁安装不便，费用高的问题，公开了一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法及铸造砂型。该方法包含以下步骤：采用3D打印工艺，依据产品图纸制作3D打印砂型；采用线材3D打印工艺，依据同一产品图纸制作3D打印线材壳型，所述3D打印线材壳型与所述3D打印砂型配合；将所述3D打印砂型和所述3D打印线材壳型进行组装，两者之间的间隙形成冷铁型腔；向所述冷铁型腔加入铬铁矿砂混合物，所述铬铁矿砂混合物压实、固化后形成冷铁；除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型。本发明中可进行任意位置、任意形状的冷铁的布置，降低制作费用，扩大3D打印砂型的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及模具技术领域，尤其涉及一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法及铸造砂型。
背景技术
随着3D打印技术的推广与应用，目前使用3D打印砂型进行铸造生产的方法已在业内逐渐流行。这种3D打印生产砂型的方法，可以替代传统的木模模型造型过程，所得砂型具有超出木模砂型一倍的抗压强度，同时可直接打印成形各种复杂的砂型结构，具有极高的可成型性。
铸件于3D打印砂型铸造模型中冷却凝固时，最后凝固的部位也同样容易出现缩松、缩孔等缺陷，严重影响铸件质量。为此需要采用冷铁与冒口配合使用对铸件进行补缩，使铸件定向凝固。
然而，在现有3D打印砂型上加冷铁，该冷铁需要用碳钢等型材加工，费用高，周期长。同时，冷铁还需要在特定的位置进行镶装，操作不方便，部分因为结构限制还无法实现安装。
发明内容
本发明为解决现有技术中现有3D打印砂型铸造模型中冷铁安装不便，费用高的问题，提供一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法及铸造砂型，可进行任意位置、任意形状的冷铁的布置，降低制作费用。
本发明采用的技术方案是：
一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，包含以下步骤：
步骤S1，采用3D打印工艺，依据产品图纸制作3D打印砂型；
步骤S2，采用线材3D打印工艺，依据步骤S1中的同一产品图纸制作3D打印线材壳型，所述3D打印线材壳型与所述3D打印砂型配合；
步骤S3，将所述3D打印砂型和所述3D打印线材壳型进行组装，两者之间的间隙形成冷铁型腔；
步骤S4，向所述冷铁型腔加入铬铁矿砂混合物，所述铬铁矿砂混合物压实、固化后形成冷铁；
步骤S5，除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型。
进一步地，所述步骤S1，采用3D打印工艺，依据同一产品图纸制作3D打印砂型具体包含以下步骤：
步骤S11，依据产品图纸进行铸造工艺分析，确定浇铸***以及冷铁结构；
步骤S12，依据铸造工艺分析进行三维图纸设计，三维图纸中反映出浇铸***以及冷铁结构，所述冷铁结构包括冷铁的位置、形状和大小；
步骤S13，依据三维图纸进行三维建模设计，留出工艺补缩量；
步骤S14，依据三维建模，在砂型3D打印机上制作3D打印砂型；
步骤S15，3D打印砂型制作完成后，清理，备用。
进一步地，所述步骤S2，采用线材3D打印工艺，依据产品图纸制作3D打印线材壳型具体包含以下步骤：
步骤21，依据产品图纸进行铸造工艺分析，确定浇铸***以及冷铁结构，所述冷铁结构包括冷铁的位置、形状和大小；
步骤S22，依据铸造工艺分析对产品外形进行三维图纸设计；
步骤S23，依据产品外形的三维图纸进行产品外形的三维建模设计；
步骤S24，依据产品外形的三维建模，在线材3D打印机上制作3D打印线材壳型；
步骤S25，采用130~150目砂纸对3D打印线材壳型进行打磨，或者在3D打印线材壳型表面喷涂光敏树脂，固化后用砂纸打磨抛光，备用。
进一步地，所述铬铁矿砂混合物包括铬铁矿砂、热固性树脂和固化剂，热固性树脂的用量为铬铁矿砂重量的2~5%，固化剂的用量为热固性树脂重量的0.3~0.5%。
进一步地，所述铬铁矿砂的粒径为70~140目。
进一步地，所述热固性树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或者改性酚醛树脂。
进一步地，所述固化剂为硅烷或山梨醇丙酸酯。
进一步地，所述步骤S5，除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型具体包含以下步骤：
步骤S51，冷铁固化成型后，除去3D打印线材壳型，得到铸造模型；
步骤S52，对铸造模型的各模腔成型面进行打磨后，烘烤；
步骤S53，烘烤后的铸造模型的各个模腔喷涂醇基涂料，待醇基涂料干固后再次对各模腔成型面进行打磨；
步骤S54，铸造模型合箱组合，建立浇铸***；
步骤S55，填入背砂，固化后，得到带冷铁的铸造砂型。
铸造砂型，由前述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法制得。
本发明的有益效果是：
本发明为解决现有技术中现有3D打印砂型铸造模型中冷铁安装不便，费用高的问题，提供一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法及铸造砂型。该方法包括步骤S1，采用3D打印工艺，依据产品图纸制作3D打印砂型；步骤S2，采用线材3D打印工艺，依据同一产品图纸制作3D打印线材壳型，所述3D打印线材壳型与所述3D打印砂型配合；步骤S3，将所述3D打印砂型和所述3D打印线材壳型进行组装，两者之间的间隙形成冷铁型腔；步骤S4，向所述冷铁型腔加入铬铁矿砂混合物，所述铬铁矿砂混合物压实、固化后形成冷铁；步骤S5，除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型。本发明中带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法巧妙的将砂型3D打印和线材3D打印结合，利用两种先进的3D打印增材制造工艺的各自的优点，可进行任意位置、任意形状的冷铁的布置，彻底解决了3D打印砂型无法加冷铁的工艺问题，同时解决了成型冷铁的高成本问题和简单冷铁的任意性问题。同时，本发明中利用铬铁矿砂良好的激冷特性和砂的任意生成形状的优点，同时可以最大限度的接近铸件需要激冷的位置表面，得到最好的效果。本发明的实施，为3D打印砂型的更加广阔的应用，开辟了全新的路径。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例中，带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法的工艺流程图。
图2为实施例中，铬铁矿砂的注入示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
下面结合附图对发明的实施例进行详细说明。
在现有3D打印砂型上加冷铁，该冷铁需要用碳钢等型材加工，费用高，周期长。同时，冷铁还需要在特定的位置进行镶装，操作不方便，部分因为结构限制还无法实现安装。
本实施例中为解决现有技术中现有3D打印砂型铸造模型中冷铁安装不便，费用高的问题，提供一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其工艺流程如附图1所示。
具体的，一种带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，包含以下步骤：
步骤S1，采用3D打印工艺（PCM工艺），依据产品图纸制作3D打印砂型。
具体包含以下步骤：
步骤S11，依据产品图纸进行铸造工艺分析，确定浇铸***以及冷铁结构；
步骤S12，依据铸造工艺分析进行三维图纸设计，三维图纸中反映出浇铸***以及冷铁结构；浇铸***包括浇口杯、直浇口、横浇口、内浇口等；冷铁结构包括冷铁的位置、形状和大小；
步骤S13，依据三维图纸进行三维建模设计，留出工艺补缩量；
步骤S14，依据三维建模，在砂型3D打印机上制作3D打印砂型；
步骤S15，3D打印砂型制作完成后，清理，备用。
比如，以硅砂、呋喃树脂和硅烷的混合物为打印材料，其中硅砂的粒径为70~140目，呋喃树脂用量为硅砂重量的3%，硅烷为呋喃树脂重量的0.35%。采用3D打印机上使用打印材料依据产品图纸制作3D打印砂型，该3D打印砂型需反映出冷铁的位置、形状和大小。
3D打印砂型内部的模腔为浇铸成型区域。冷铁需安装在该模腔内，其与冒口配合使用对铸件进行补缩，使铸件定向凝固。
步骤S2，采用线材3D打印工艺，依据步骤S1中的同一产品图纸制作3D打印线材壳型，所述3D打印线材壳型与所述3D打印砂型配合。
具体包含以下步骤：
步骤21，依据产品图纸进行铸造工艺分析，确定浇铸***以及冷铁结构，所述冷铁结构包括冷铁的位置、形状和大小；
步骤S22，依据铸造工艺分析对产品外形进行三维图纸设计；
步骤S23，依据产品外形的三维图纸进行产品外形的三维建模设计；
步骤S24，依据产品外形的三维建模，在线材3D打印机上制作3D打印线材壳型；
步骤S25， 采用130~150目砂纸对3D打印线材壳型进行打磨，或者在3D打印线材壳型表面喷涂光敏树脂，固化后用砂纸打磨抛光，备用。
线材3D打印又叫FDM（热熔融沉积成型），使用材料一般有PLA，ABS，PC，PP，尼龙等材料制成的线材，直径一般为φ1.75mm、φ3mm。
3D打印线材壳型仅具有安放冷铁对应位置的产品外壳形状，其目的是与3D打印砂型配合，示出冷铁型腔。
步骤S3，将所述3D打印砂型和所述3D打印线材壳型进行组装，两者之间的间隙形成冷铁型腔。在3D打印线材壳型时，需要预留出加砂孔的位置，该加砂孔与冷铁型腔连通。
步骤S4，向所述冷铁型腔加入铬铁矿砂混合物，所述铬铁矿砂混合物压实、固化后形成冷铁，如附图2中所示。
其中，铬铁矿砂混合物包括铬铁矿砂、热固性树脂和固化剂， 热固性树脂的用量为铬铁矿砂重量的2~5%，固化剂的用量为热固性树脂重量的0.3~0.5%。铬铁矿砂的粒径为70~140目。热固性树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或者改性酚醛树脂。固化剂为硅烷或山梨醇丙酸酯。
比如，以铬铁矿砂、呋喃树脂3wt%和硅烷0.35wt%制成不定型的冷铁。
步骤S5，除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型。
具体包含以下步骤：
步骤S51，冷铁固化成型后，除去3D打印线材壳型，得到铸造模型；
步骤S52，对铸造模型的各模腔成型面进行打磨后，烘烤；
步骤S53，烘烤后的铸造模型的各个模腔喷涂醇基涂料，待醇基涂料干固后再次对各模腔成型面进行打磨；
步骤S54，铸造模型合箱组合，建立浇铸***；
步骤S55，填入背砂，固化后，得到带冷铁的铸造砂型。
本实施例中的铸造模型的制备方法巧妙的将砂型3D打印和线材3D打印结合，利用两种先进的3D打印增材制造工艺的各自的优点，可进行任意位置、任意形状的冷铁的布置，彻底解决了3D打印砂型无法加冷铁的工艺问题，同时解决了成型冷铁的高成本问题和简单冷铁的任意性问题。同时，本发明中利用铬铁矿砂良好的激冷特性和砂的任意生成形状的优点，同时可以最大限度的接近铸件需要激冷的位置表面，得到最好的效果。本发明的实施，为3D打印砂型的更加广阔的应用，开辟了全新的路径。
Claims (9)
1.带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1，采用3D打印工艺，依据产品图纸制作3D打印砂型；
步骤S2，采用线材3D打印工艺，依据步骤S1中的同一产品图纸制作3D打印线材壳型，所述3D打印线材壳型与所述3D打印砂型配合；
步骤S3，将所述3D打印砂型和所述3D打印线材壳型进行组装，两者之间的间隙形成冷铁型腔；
步骤S4，向所述冷铁型腔加入铬铁矿砂混合物，所述铬铁矿砂混合物压实、固化后形成冷铁；
步骤S5，除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型。
2.根据权利要求1所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述步骤S1，采用3D打印工艺，依据产品图纸制作3D打印砂型具体包含以下步骤：
步骤S11，依据产品图纸进行铸造工艺分析，确定浇铸***以及冷铁结构；
步骤S12，依据铸造工艺分析进行三维图纸设计，三维图纸中反映出浇铸***以及冷铁结构，所述冷铁结构包括冷铁的位置、形状和大小；
步骤S13，依据三维图纸进行三维建模设计，留出工艺补缩量；
步骤S14，依据三维建模，在砂型3D打印机上制作3D打印砂型；
步骤S15，3D打印砂型制作完成后，清理，备用。
3.根据权利要求1所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述步骤S2，采用线材3D打印工艺，依据步骤S1中的同一产品图纸制作3D打印线材壳型具体包含以下步骤：
步骤21，依据同一产品图纸进行铸造工艺分析，确定浇铸***以及冷铁结构，所述冷铁结构包括冷铁的位置、形状和大小；
步骤S22，依据铸造工艺分析对产品外形进行三维图纸设计；
步骤S23，依据产品外形的三维图纸进行产品外形的三维建模设计；
步骤S24，依据产品外形的三维建模，在线材3D打印机上制作3D打印线材壳型；
步骤S25，采用130~150目砂纸对3D打印线材壳型进行打磨，或者在3D打印线材壳型表面喷涂光敏树脂，固化后用砂纸打磨抛光，备用。
4.根据权利要求1所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述铬铁矿砂混合物包括铬铁矿砂、热固性树脂和固化剂，热固性树脂的用量为铬铁矿砂重量的2~5%，固化剂的用量为热固性树脂重量的0.3~0.5%。
5.根据权利要求4所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述铬铁矿砂的粒径为70~140目。
6.根据权利要求4所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或者改性酚醛树脂。
7.根据权利要求4所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述固化剂为硅烷或山梨醇丙酸酯。
8.根据权利要求1所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法，其特征在于，所述步骤S5，除去3D打印线材壳型，处理后得到带冷铁的铸造砂型具体包含以下步骤：
步骤S51，冷铁固化成型后，除去3D打印线材壳型，得到铸造模型；
步骤S52，对铸造模型的各模腔成型面进行打磨后，烘烤；
步骤S53，烘烤后的铸造模型的各个模腔喷涂醇基涂料，待醇基涂料干固后再次对各模腔成型面进行打磨；
步骤S54，铸造模型合箱组合，建立浇铸***；
步骤S55，填入背砂，固化后，得到带冷铁的铸造砂型。
9.铸造砂型，其特征在于，由权利要求1~8中任意一项所述的带冷铁的铸造砂型的复合3D打印制备方法制得。
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