基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝的製作方法
2023-05-23 14:24:51
專利名稱：基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種砂型鑄造工藝，尤其涉及一種採用消失法技術的砂型鑄造工藝。
背景技術：
框架鑄件毛坯如圖2所示，最大外形尺寸為200X190X110mm，其外形結構全部加 工，內部結構主要由5個相互連接的腔體組成，除腔體安裝面外，其餘表面均不加工，各腔 體內部尺寸精度為±0. 5mm。框架鑄件鑄造工藝中的傳統木模製作周期為15 20個工作 日，存在加工難度大、周期長、效率低的問題。 光固化快速成型是近十幾年發展起來的先進位造技術之一，可快速將三維CAD數 據直接生成實際物體，其精度高、速度快，非常適合新產品、新工藝的研製開發。由於光固化 快速成型加工費用較高，為儘可能地降低模型重量，模型製作一般採用"抽殼、內部加支撐" 的設計方案。
發明內容
本發明目的是提出一種基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其解決了現
有鑄造模型加工難度大、周期長、效率低等技術問題。 本發明的技術解決方案是 —種基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特殊之處在於其包括以下 步驟 1]制原型用計算機製作本體三維模型，對製作的三維模型進行100. 1% 100. 4%比例放大，將其保存為.Stl格式的文件；然後利用快速成型機製作實體樹脂原型；
2]造型取傳統粘土砂採用輕質砂舂造型工藝製作砂型； 3]樹脂燒蝕燒蝕溫度為450°C 65(TC，使樹脂原型充分燃燒，燒蝕保溫時間不 低於3h ; 4]澆注採用各種通用的澆注方法澆注本體鑄件； 5]清理去除內澆口，清除飛邊、毛剌。 上述本體三維模型包括完全分開的上部分和下部分。 上述鑄造工藝還包括原型燒蝕後開箱清理殘留灰分的步驟。 上述樹脂原型燒蝕溫度為510士1(TC;所述澆注方法為常壓重力澆注；所述本體鑄 件澆注溫度為680士1(TC。 上述本體為框架結構的本體；所述內部支撐厚度為0. 3mm 0. 7mm之間。
上述內部支撐厚度為O. 4mm 0. 6mm。 本發明優點本發明利用光固化快速成型的原型替代傳統模型造型，不用取模， 而將樹脂原型燒蝕氣化，完成砂型製作。光固化快速成型技術使砂型鑄造製作模型的技術 水平得到了大幅提升，基本解決了目前砂型鑄造用模的製造方法單一和生產周期較長等問 題。本發明將光固化快速成型技術與砂鑄造技術相結合不但大幅縮短了鑄件生產周期，而
3且提高了鑄件的尺寸精度、提高了可鑄結構的複雜程度，拓展了砂型鑄造的適用範圍。
圖1是本發明生產流程圖；圖2是本發明生產的框架鑄件毛坯示意圖；圖3是製作的框架鑄件上部分樹脂原型正面示意圖；圖4是製作的框架鑄件上部分樹脂原型反面示意圖；圖5是製作的框架鑄件下部分樹脂原型正面示意圖；圖6是製作的框架鑄件下部分樹脂原型反面示意圖；圖7是框架鑄件的澆注系統示意圖；圖8是框架下部分造型示意圖；圖9是翻箱示意圖；圖IO是框架下部分造型示意圖；圖ll是取出澆注系統示意圖；圖12是本體原型燒蝕後的下箱型腔示意圖；圖13是本體原型燒蝕後的上箱型腔示意具體實施例方式本發明鑄造工藝主要包括製作原型、造型、樹脂燒蝕、澆注、清理等工序，參見圖1 ;
現以複雜結構的框架鑄件毛坯為例，參見圖2，其本體鑄造工藝包括
a.制原型 用計算機製作本體三維模型，對製作好的三維模型進行100. 1 % 100. 4%比例 放大，將其保存為.stl格式的文件(.stl為三角面片的文件格式)；然後利用SPS600型快 速成型機製作實體樹脂原型，並檢驗其尺寸精度。 為便於造型及砂型清理，本發明將框架分成上、下兩部分，參見圖3至圖6 。為減少 光敏樹脂熱膨脹對砂型施加的作用力、防止砂型開裂失效，需要將樹脂原型的壁厚和內部 支撐厚度設計為0. 3mm 0. 7mm之間，優選0. 4mm 0. 6mm。本發明將壁厚設計為0. 6mm， 內部支撐厚度設計為O. 5mm。
b.造型 樹脂原型燒蝕溫度450°C 650°C 。因樹脂砂和油砂均會因其中的粘結劑加熱氧 化導致型砂潰散而失效，因此不適合消失法砂型鑄造。水玻璃砂雖然在750°C以下不會潰散 失效，但其在50(TC附近有相變發生，並伴有體積變化，對於複雜結構鑄件容易導致砂型自 行開裂而失效，而且不利於尺寸精度控制，因此本發明也不採用。粘土砂在65(TC以內不會 因永久性失去水而磚化，而且烘乾強化後尺寸穩定性較好，利於鑄件尺寸精度控制，所以本 發明採用傳統粘土砂製作砂型。具體造型參見圖8至圖11。 由於本發明將本體樹脂原型的壁厚和內部支撐厚度設計為0. 6mm和0. 5mm。為
減少手工造型過程中樹脂原型的變形量，本發明採用輕質砂舂造型，其施加應力可控制在
0. 15MPa以內。 c.樹脂燒蝕
4
澆注前先進行燒蝕，燒蝕的目的是充分燃燒樹脂，同時除去砂型水分，提高砂型強 度。本發明的燒蝕溫度低於其它殼型消失法鑄造的焙燒溫度，根據型砂選擇粘土和芯骨的 不同，一般不易高於65(TC。因本發明選用ZL201系列鋁製砂箱，樹脂原型燒蝕溫度定位 510±10°C。 為保證原型燒蝕徹底，樹脂原型的燒蝕保溫時間一般不低於3h。燒蝕結果參見圖 12至圖13。為保證型腔潔淨，可在原型燒蝕後開箱清理殘留灰分。 現有殼型消失法鑄造的焙燒溫度一般在650°C以上，而本發明燒蝕溫度選取 45(TC 65(TC，其主要原因是樹脂原型在45(rC以上容易裂解氣化，基本滿足消失法砂型 鑄造的工藝要求。但溫度達到65(TC以上時，粘土砂強度會因永久性失水而大幅度提高，退 讓性差，不易鑄造落砂。
d.澆注 本發明可採用各種通用的澆注方法。由於本發明框架鑄件的壁厚比較均勻，平 均壁厚為10mm左右，適合常壓重力鑄造，所以本發明採用常壓重力澆注本體鑄件。由於 本體澆注系統敝渣性能較差，為提高鋁合金熔液的潔淨度，氬氣旋轉噴吹精煉時間延長至 30min，本體鑄件澆注溫度定為680±10°C。本發明的澆注系統設計為中注式，如圖7所示， 由4個安裝凸臺將鋁液導入型腔內，4個邊冒口可起洩壓作用，並對4個安裝凸臺進行補縮。
e.清理將本體鑄件夾在鋸床上，調整內澆口垂直度，將內澆口沿根部去除，然後 用銼刀清除本體毛坯上的飛邊、毛剌，最後進行液體噴砂處理，待本體毛坯晾乾後交檢，具 體情況如圖17所示。
本發明的工藝適用性 基於光固化快速成型原型消失法砂型鑄造工藝不需要取模，所以不考慮拔模斜 度。在原型設計上主要考慮造型的可操作性和原型樹脂燒蝕的可行性。對於抽殼困難的零 件可不進行抽殼處理，但必須進行必要的圓角處理。 基於光固化快速成型原型消失法砂型鑄造在填砂、緊實等造型操作與普通砂型鑄 造的造型操作完全相同。與其它殼型消失法鑄造的一次制殼操作不同，其可根據型砂緊實 的需求進行多次分型，在分型面上可加裝定位銷定位。另外，造型過程可根據零件特殊結構 的要求，裝填不同特性的型砂，可基本滿足零件的特殊結構清理和特殊表面質量的要求。
基於光固化快速成型原型消失法砂型鑄造型腔處理與其它殼型消失法鑄造不同， 可根據鑄件結構和分型面的設置，打開部分型腔進行樹脂殘留灰分清理。對部分型腔表面 和冷鐵激冷麵進行必要塗覆。 基於光固化快速成型原型消失法砂型鑄造可採用傳統砂型鑄造的澆注系統，有利 於鑄件內部質量的保證。澆注系統去除與鑄件表面清理與傳統溼砂型鑄造相同。
權利要求
一種基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特徵在於其包括以下步驟1]制原型用計算機製作本體三維模型，對製作的三維模型進行100.1％～100.4％比例放大，將其保存為.stl格式的文件；然後利用快速成型機製作實體樹脂原型；2]造型取傳統粘土砂採用輕質砂舂造型工藝製作砂型；3]樹脂燒蝕燒蝕溫度為450℃～650℃，使樹脂原型充分燃燒，燒蝕保溫時間不低於3h；4]澆注採用各種通用的澆注方法澆注本體鑄件；5]清理去除內澆口，清除飛邊、毛刺。
2. 根據權利要求1所述的基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特徵在於 所述本體三維模型包括完全分開的上部分和下部分。
3. 根據權利要求1或2所述的基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特徵在於所述鑄造工藝還包括原型燒蝕後開箱清理殘留灰分的步驟。
4. 根據權利要求3所述的基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特徵在於 所述樹脂原型燒蝕溫度為510士1(TC;所述澆注方法為常壓重力澆注；所述本體鑄件澆注溫度為680士10。C。
5. 根據權利要求4所述的基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特徵在於 所述本體為框架結構的本體；所述內部支撐厚度為0. 3mm 0. 7mm之間。
6. 根據權利要求5所述的基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特徵在於 所述內部支撐厚度為0. 4mm 0. 6mm。
全文摘要
本發明涉及基於光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其包括以下步驟1]制原型用計算機製作本體三維模型，對製作的三維模型進行100.1％～100.4％比例放大，將其保存為.stl格式的文件；然後利用快速成型機製作實體樹脂原型；2]造型取傳統粘土砂採用輕質砂舂造型工藝製作砂型；3]樹脂燒蝕燒蝕溫度為450℃～650℃，使樹脂原型充分燃燒，燒蝕保溫時間不低於3h；4]澆注採用各種通用的澆注方法澆注本體鑄件；5]清理去除內澆口，清除飛邊、毛刺。本發明解決了現有鑄造模型加工難度大、周期長、效率低等技術問題。本發明縮短了鑄件生產周期，提高了可鑄結構的複雜程度，拓展了砂型鑄造的適用範圍。
文檔編號B22C9/04GK101716649SQ200910219009
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者王永剛 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第十六研究所