CN114289689A - 一种滚压紧实近成形砂型制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸造和快速成形交叉领域，公开一种滚压紧实近成形砂型制作方法。该方法在铸造用树脂砂型的成形过程中，可拆卸模块进行对型腔的逼近，逐层加砂逐层滚压，可以得到近似轮廓更高的近成形砂型或模样，减小了近成形砂型体积，从而节约铸造用砂，缩短后续切削净成形时间。该方法不受铸件尺寸限制，可实现大尺寸砂型快速近成形制作。该方法采用的可拆卸模块的成形方式以及滚压棍对砂型的逐层滚压成形方式，大大降低了设备投入、原料、使用等成本。

Description

一种滚压紧实近成形砂型制作方法

技术领域

本发明属于铸造和快速成形交叉领域，具体涉及一种滚压紧实近成形砂型制作方法。

背景技术

铸造是一种基础的金属热加工成形工艺，砂型铸造作为应用最早、工艺最为成熟的铸造工艺应用广泛。传统有模砂型铸造工艺制造周期长、成本高、精度低、材料浪费大，难以满足铸造行业可持续快速发展需求。随着科技持续进步，不断有新的砂型快速制造技术被研发使用，例如基于激光的选区烧结成形技术(SLS)、基于微滴喷射的砂型/砂芯增材制造技术(3DP)以及挤压-切削一体化无模铸造复合成形技术。新技术的应用实现了砂型快速制造的数字化、复合化、智能化，满足了铸造行业新产品研制、开发周期短、小批量、个性化的需求。

新技术存在自身缺点和局限性：高昂的设备购置费、维修费、保养费，严苛的原料选用、使用环境，无法实现大型铸件砂型的快速制造。为了进一步提高砂型制造效率、减少型砂切削量、降低设备投入费用、满足不同尺寸铸件砂型制造、节约型砂材料和能源，本发明创新地提出一种砂型数字化滚压紧实近成形方法。

发明内容

本发明的目的在于提高砂型数字模块化无模铸造滚压紧实精密成形的效率，节约设备成本及型砂用量。在铸造用树脂自硬砂型的成形过程中，使用可拆卸单元模块代替现有数字化无模挤压成形机中的可升降式挤压单元阵列，可降低设备成本、提升砂型尺寸灵活性；通过逐层加砂、逐层滚压的紧实方式，实现了砂型紧实度、强度的提升；得到精确轮廓的近成形砂型，为后续净成形切削工序节约时间。

为实现上述目的，本发明提供了一种滚压紧实近成形砂型制作方法，该方法流程如下：

①采用计算机对砂型三维模型进行离散处理，将三维模型离散处理为n个投影面积为s，高为h的规则体，生成h坐标文件，得到近成形砂型数字模型；

②将能够安装可拆卸单元模块的底座置于可控升降平台上，方便控制每层铺砂的厚度以及滚压的压下量；

③根据近成形砂型数字模型坐标文件，将预制的可拆卸单元模块镶入底座中排成挤压砂型阵列，形成近净成形砂型底模，根据具体砂型底模大小选择不同尺寸砂箱侧壁，实现砂箱尺寸可调，根据具体砂箱尺寸选择对应长度的滚压辊；

④将混合好的树脂自硬砂填入砂箱中，逐层加砂、逐层滚压；

⑤重复步骤④，经逐层滚压、固化和起砂型等工序获得近净成形砂型。

进一步地，所述的离散处理，是将CAD三维模型离散分割成n个规则体，规则体组成挤压阵列，所述规则体对应的实物为可拆卸单元模块，单元模块高度由h坐标文件决定。

进一步地，所述的h坐标由近成形砂型数字模型底座面投影划分网格坐标确定，h为投影网格s区域内对应砂型高度的最小值。

进一步地，可拆卸单元模块为一系列预制的长宽为a，高度差为2mm的矩形模块，底部设计为可与底座镶嵌的结构，可拆卸单元模块可由木质、金属材料或热塑热固性材料制作而成。

进一步地，具体砂箱尺寸可调机制为：根据具体砂型模具大小选择不同尺寸砂箱侧壁，将砂箱侧壁固定到四周的液压装置上，驱动液压装置将砂箱侧壁推靠贴近砂型底模，组成砂箱。

进一步地，具体滚压机制为：可控升降平台下降h₁，树脂砂铺满砂箱后，可控升降平台上升h₂，滚压辊以一定的边界线速度进行滚压(如直径为40mm的滚压辊以0.2m/s的边界线速度进行滚压)，压下量为h₂，滚压后平台下降h₁，加砂后平台上升h₂继续滚压，重复上述操作逐层滚压作直至砂型完成。

本发明所述滚压紧实近成形砂型制作方法，采用逐层加砂、逐层滚压的滚压方式，可提高砂型强度，增加砂型的紧实率，对比普通下压紧实砂性与0.5mm压下量逐层滚压紧实砂型性能，逐层滚压紧实砂型抗弯强度由1.015MPa提升至1.151MPa，提升了13.40％；抗拉强度由0.695MPa提升至0.815MPa，提升了17.27％；抗压强度由1.521MPa提升至1.730MPa，提升了13.74％；紧实率提升了13.67％。

本发明可根据具体铸件大小调整砂箱尺寸，实现大型铸件砂型快速近成形制造，其中砂箱最大尺寸可达2000mm×1000mm×1000mm，从而提升砂型成形效率，节约型砂用量，节约后续加工时间。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)降低设备成本、提升砂型尺寸灵活性，

(2)增加砂型的紧实度，提高砂型强度，

(3)可根据具体铸件大小调整砂箱尺寸，实现大型铸件砂型快速近成形制造，提升砂型成形效率，节约型砂用量，节约后续加工时间。

附图及说明

图1为本发明可拆卸单元模块结构示意图；

图2为本发明能够安装可拆卸单元模块的底座结构示意图；

图3为本发明滚压紧实近成形砂型制作方法示意图；

图4为本发明滚压紧实近成形砂型示意图；

图5为本发明滚压紧实近成形砂型制作方法的逐层滚压操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图1～5，对本发明的一种滚压紧实近成形砂型制作方法的实施过程进行详细的说明。

以下所述仅为本发明的基本步骤和实施例参数，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

一种滚压紧实近成形砂型制作方法，具体步骤如下：

1.对砂型CAD三维模型进行离散处理，得到h坐标文件，离散规则体投影面为50mm×50mm的正方形。

2.将安装可拆卸单元模块的底座置于可控升降平台上，根据h坐标文件，手动将预制的具有高度差的可拆卸单元模块镶入底座中排成挤压砂型阵列，形成近净成形砂型底模，底模投影尺寸为800mm×800mm。可拆卸单元模块顶端尺寸为50mm×50mm，以普通木料制成。

3.根据具体砂型模具大小选择砂箱侧壁尺寸分别为1000mm×500mm与800mm×500mm，将砂箱侧壁固定到液压装置上后，驱动液压装置将砂箱侧壁推靠贴近砂型底模，组成砂箱。将混合好的树脂自硬砂填满砂箱，选用

的滚压辊进行预滚压，滚压辊边界线速度为0.2m/s。

4.可控升降平台下降2.5mm，树脂砂铺满砂箱后，可控升降平台上升0.5mm，利用滚压辊进行滚压，压下量为0.5mm，滚压后平台下降2.5mm，加砂后平台上升0.5mm继续滚压，重复上述操作直至砂型完成，参考图5。

5.将砂型上下翻转，取出可拆卸单元模块得到图4近成形砂型，性能测定表明该砂型抗弯强度可达1.151MPa，抗拉强度可达0.815MPa，抗压强度可达1.730MPa。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，具体步骤如下：

①采用计算机对砂型三维模型进行离散处理，将三维模型离散处理为n个投影面积为s，高为h的规则体，生成h坐标文件，得到近成形砂型数字模型；

②将能够安装可拆卸单元模块的底座置于可控升降平台上；

③根据近成形砂型数字模型坐标文件，将预制的可拆卸单元模块镶入底座中排成挤压砂型阵列，形成近净成形砂型底模，根据具体砂型底模大小选择不同尺寸砂箱侧壁，实现砂箱尺寸可调，根据具体砂箱尺寸选择对应长度的滚压辊；

④将混合好的树脂自硬砂填入砂箱中，进行逐层加砂、逐层滚压；

⑤重复步骤④，经逐层滚压、固化和起砂型工序获得近净成形砂型。

2.根据权利要求1所述滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，所述的离散处理，是将CAD三维模型离散分割成n个规则体，由规则体组成挤压阵列，所述规则体对应的实物为可拆卸单元模块，单元模块高度由h坐标文件决定。

3.根据权利要求1或2所述滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，所述的h坐标由近成形砂型数字模型底座面投影划分网格坐标确定，h为投影网格s区域内对应砂型高度的最小值。

4.根据权利要求1所述滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，所述的可拆卸单元模块为一系列预制的长宽为a，高度差为2mm的矩形模块，底部设计为可与底座镶嵌的结构，可拆卸单元模块由木质、金属材料或热塑热固性材料制作而成。

5.根据权利要求1所述滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，具体砂箱尺寸可调机制为：根据具体砂型模具大小选择不同尺寸砂箱侧壁，将砂箱侧壁固定到四周的液压装置上，驱动液压装置将砂箱侧壁推靠贴近砂型底模，组成砂箱。

6.根据权利要求1所述滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，具体滚压机制为：可控升降平台下降h₁，树脂砂铺满砂箱后，可控升降平台上升h₂，滚压辊以一定的边界线速度进行滚压，压下量为h₂，滚压后平台下降h₁，加砂后平台上升h₂继续滚压，重复上述操作逐层滚压作直至砂型完成。

7.根据权利要求1所述滚压紧实近成形砂型制作方法，其特征在于，所述的砂箱最大尺寸为2000mm×1000mm×1000mm。

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