CN101428332A - 逐层布料方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逐层布料方法，包括步骤1：撒料，将颗粒状物质撒落在工作平台的工作平面上；步骤2：平整，将颗粒层表面按一定厚度要求平整均匀；步骤3：压实，对平整的颗粒层表面施加一定压下量，将其压实；步骤2通过平移推辊对颗粒层表面按一定厚度要求进行平整，推辊辊子的圆心平移方向的线速度与辊子和颗粒层接触处的线速度方向一致；本发明还提供一种实现上述逐层布料方法的装置，包括顺序设置在工作平台上方的撒料机构、平整机构和压实机构，该平整机构包括推辊、推辊驱动装置和推辊平移装置。本发明所提供的方法和装置用于无模铸型快速制造，可以使颗粒层的平整性和紧密性明显改善，从而有效提高铸型或模型的强度。

Description

逐层布料方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种逐层布料方法及其装置，特别是用于无模铸型快速制造设备中的逐层布料方法及其装置。

背景技术

近年来，无模铸型快速制造设备在铸造和模具制造领域日益得到应用。这种设备是根据一定的软件程序指令，将颗粒状物质，比如：砂粒，以一定的厚度逐层铺展堆叠在设备工作台上，然后由扫描头在砂层上根据指令绘出二维图形并喷射粘接剂、固化剂，使颗粒状物质(砂粒)堆叠固化成一个三维实体，然后再清除未固化颗粒状物质(散砂)，就得到一个铸型或模型。

中国专利号为ZL200520129895.5，名称为“自动定量给料和自动铺料装置”的发明专利，公开了一种用于无模快速成形设备中的给料和铺料装置。该装置在“铺料盒的一端设置刮板，其另一端设置有压辊”，在落料、铺料以后，“刮板将粒料或粉料推到工作加工区并刮平，同时压辊将粒料或粉料压实”。这种“刮板+压辊”的铺料方法和装置在实际应用中存在如下缺陷：由于颗粒层(砂层)的厚度比较薄，一般为0.2～1.0mm，在落料(撒料)完成后，刮板在刮平过程中常常在颗粒层(砂层)上刮出裂缝。图1为现有压辊的线速度υ与角速度ω的方向关系示意图，如图1所示，压辊直径较小且其圆心平移方向与辊子和颗粒层接触处的线速度方向相反，常常在向前转动碾压颗粒层的过程中使砂层表面形成波纹状压痕。这些缺陷都会影响下一步对颗粒层(砂层)的扫描和粘接，从而使铸型或砂型的精度和密度质量不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种逐层布料方法及其装置，可以使颗粒层(砂层)的平整性和紧密性明显改善，提高铸型或模型(砂型)的质量。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种逐层布料方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：撒料，将颗粒状物质撒落在工作平台的工作平面上；

步骤2：平整，将颗粒层表面按一定厚度要求平整均匀；

步骤3：压实，对平整的颗粒层表面施加一定压下量，将其压实；

所述的步骤2通过平移推辊对颗粒层表面按一定厚度要求进行平整，推辊辊子的圆心的平移方向的线速度与辊子和颗粒层接触处的线速度方向一致。

为了保证对颗粒层的平整质量，所述的步骤2中推辊外缘的线速度至少是推辊平移线速度的2倍。

在必要的情况下，所述的步骤2之前还可以包括如下步骤：

步骤21：粗平整，即用刮板对落料按一定厚度进行初步平整，平整后的厚度大于要求的料层厚度。

所述的步骤3通过压板对平整的颗粒层表面进行步进压实，压板每完成一次压下后，提起向前平移一定距离后再次压下，直至完成全部颗粒层的压实。压板的压下量为颗粒层厚度的5％至20％。

所述的步骤3中的压板为加温压板，其加热温度为50～120℃。

本发明还提供一种实现上述逐层布料方法的装置，包括顺序设置在工作平台上方的撒料机构、平整机构和压实机构，所述的平整机构包括推辊、驱动装置和平移装置，驱动装置驱动推辊以角速度ω旋转，同时平移装置驱动推辊以线速度υ沿颗粒层表面平移，该平移线速度υ的方向与推辊和颗粒层接触处的线速度方向一致。

根据平整需要，所述的推辊的直径为40～80mm。

为了保证推辊的清洁，所述的平整机构还包括有刷辊一，所述的刷辊一与驱动装置相连，其外缘与推辊的外缘相接触，刷辊一的直径是推辊直径的40～60％。

另外，所述的平整机构还包括有刮板，所述的刮板固定在平整机构的框架上，刮板上设有高度调节装置，通过调节刮板高度来调整刮砂量，对颗粒层进行粗平整。

所述的压实机构包括压板、分别与压板相连的压板下压装置和压板平移装置，压板下压装置包括有驱动轴，该驱动轴与凸轮相连，凸轮的下方设有轴承及轴承座，压板设置在轴承及轴承座的下方，连接块将压板与弹簧的一端连接起来，弹簧的另一端设置在横固定板上，导轨滑块位于侧固定板与连接块之间，导轨滑块在导轨上纵向滑动设置，横固定板的两端安装在机架上，并在机架上横向滑动设置。

根据不同的需要，所述的压板可以为金属材料，比如：铝板，或采用非金属材料，比如：木板、陶瓷板、玻璃板等。

为了调整压下量的大小，所述的凸轮为不同轮廓线的凸轮组中的某一凸轮，该凸轮组中包括多个凸轮，每个凸轮都固定在驱动轴上，通过横固定板的两端在机架上横向滑动，实现对凸轮组中不同轮廓线的凸轮的更换。

为了达到更好的效果，所述的压板内还设有加热装置和温控装置，该加热装置通常采用电加热棒或电加热板。

为了清除压板下表面残留的颗粒料，所述压实机构还包括有刷辊二，该刷辊二固定在工作台起始端的机架上，在动力驱动下，在压板经过时转动清洁。

综上所述，采用本发明的方法和装置用于无模铸型快速制造，可以使颗粒层(砂层)的平整性和紧密性明显改善，从而有效提高铸型或模型(砂型)的强度。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为现有压辊的线速度υ与角速度ω的方向关系示意图；

图2为本发明整体结构示意图；

图3为本发明压辊的线速度υ与角速度ω的方向关系示意图；

图4为本发明压实机构的结构示意图。

具体实施方式

图2为本发明整体结构示意图。下面结合图2的实施例对本发明的布料方法和布料装置做进一步的详细说明。

本发明所提供的逐层布料方法，主要包括如下步骤：

步骤1：撒料。由落砂装置4将砂粒撒工作平台9的工作平面上，落砂装置4在工作平台9的上方可以平移，并在移动同时进行撒砂。

步骤21：粗平整。刮板3沿砂层表面平移(注：图中此处省略了平移机构)，将在撒砂时形成的凹凸不平的砂层表面刮平。刮平后砂层的厚度应大于要求厚度的10～20％。对于无模砂型快速制造，砂层厚度一般要求为0.2～1.0毫米，如大于20％，则大致为0.25～1.2毫米。

步骤2：精平整。推辊2沿刮平的砂层表面平移的同时转动推砂(注：图中此处省略了平移机构)，消除在步骤21中形成的砂层表面缺陷，如：裂缝等，并使砂层达到要求的厚度。

需要说明的是，如果撒砂均匀，形成的砂层表面比较平整，则可以省略步骤21。

步骤3：压实。图2中的压实机构1为一压板机构，其采用步进压下方式，即压板每完成一次压砂后，提起向前平移(注：图中此处省略了平移机构)一定距离后再进行下次压砂，如此逐步前进完成全部砂层的压实。因为砂层面积随砂型不同而大小不同，往往不可能一次完成压砂。压板的压下量为压前砂层厚度的5～20％，根据砂层厚度、砂粒粒度等因素决定，一般砂层越厚、粒度越粗，则压下量越大。

如图2所示，本发明所提供的一种实现上述逐层布料方法的装置，包括顺序设置在工作平台9上方的撒料机构4、平整机构和压实机构1。所述的平整机构主要包括推辊2，该推辊2在装置驱动即：电机2.1的驱动下以角速度ω旋转，同时平移装置驱动推辊2以线速度υ沿颗粒层表面平移，该平移线速度υ的方向与推辊和颗粒层接触处的线速度方向一致。为了清除推辊2表面粘附的砂粒，可在推辊2上设置与其相接触的刷辊2.3。刷辊表面由刷毛构成，其直径一般为推辊的40～60％。刷辊2.3通过传动带2.2传动，在电机2.1的驱动下，两辊接触处的转动方向正好相反，从而刷去推辊2表面残留的砂粒，保持推辊2表面的清洁。根据颗粒的大小和平整需要，推辊2的直径通常为40～80mm。

如图2所示，所述的平整机构还包括有刮板3，刮板3固定在平整机构的框架上，刮板3上设有高度调节装置(图中未示出)，通过调节刮板高度来调整刮砂量，对颗粒层进行粗平整。

图3为本发明压辊的线速度υ与角速度ω的方向关系示意图。下面结合图2和图3对推辊的动作方式作进一步的说明。由图3所示，推辊与砂层接触处的角速度ω方向是与推辊平移方向线速度υ一致的，因此推辊对砂层有一水平推力和一向上抛力。为了降低推辊在平移过程中对砂层表面的“平推”效应，类似刮板的平推，就需要提高推辊与砂层表面接触处的线速度，根据实践经验，推辊外缘的线速度应为推辊平移线速度的2倍以上。一般使推辊直径为40～80mm。

图4为本发明压实机构的结构示意图。如图4所示，所述的压实机构1包括驱动轴1.1，与驱动轴1.1相连的凸轮组1.2中的某一凸轮，设置在凸轮组1.2中的某一凸轮下方的轴承及轴承座1.7，位于轴承及轴承座1.7下方的压板1.9，压板1.9上设置有加热装置1.8，连接块1.6将压板1.9与弹簧1.3连接起来，弹簧1.3另一端设置在横固定板1.51上，导轨滑块1.41位于侧固定板1.52与连接块1.6之间。导轨滑块1.41可在导轨1.42上纵向滑动。横固定板1.51的纵向两端(指垂直于纸面的方向的两端)安装在机架上并可在机架上横向滑动。

所述的凸轮组1.2中的某一凸轮根据不同砂层厚度和压下量的要求可以进行更换，即可以通过更换不同偏心半径和轮廓线的凸轮来调整压下量。

所述的加热装置1.8由电加热板制成，沿压板1.9纵向布置，根据压板的宽度和加热均匀的要求，至少沿宽度方向均匀布置两条加热板。加热板外壳为铝合金，内装电加热金属棒。加热板的温度通过热电偶和温控器控制，使压板温度为50～120℃，对于添加固化剂的砂一般为50℃，对于添加树脂的砂一般为85℃，压板进行温压，会促进添加剂与砂的融合反应，提高砂层的强度。

所述的压板1.9的材质，对于含树脂砂，一般采用铝板，对于含固化剂砂，可以使用非金属材料，如木板、陶瓷等。为了防止粘砂，也可以采用在压板上涂脱模剂，或用毛刷清除等方法。

结合图4所示，压实机构的工作过程是这样的：在制作砂型时，压实机构1横向平移并停止在工作平台9的砂层上方，压砂控制板发出指令，开启电机带动驱动轴1.1转动，从而带动凸轮组1.2中的某一凸轮转动，由于凸轮是偏心的，当凸轮的大半径一端逐渐向下转动时，凸轮的外缘会推动轴承1.7转动并向下运动，导轨滑块1.41跟着向下滑动，压板1.9下压，弹簧1.3拉伸；直到凸轮的大半径一端转动到最下端时，压板1.9压到最低端。当凸轮的大半径一端向上转动时，小半径一端向下转动，凸轮的边缘将向上移动，弹簧1.3收缩，滑块1.41向上滑动，压板1.9上移，直到凸轮的小半径一端转动到最下端时，弹簧1.3恢复到原来状态，压板1.9回到开始位置。这样就完成了一次压砂过程，然后压实机构横向平移，再进行下一次压砂。如此循序渐进，实现对砂层的压实。压实机构1完成工作台面全部一层砂层的压实后将退回到起始位置，如图2中虚线所示，在起始位置设置一个由电机驱动的与压板平移方向相反转动的刷辊10，如图2所示，当压板1.9经过时，将对其下表面的残留粘砂等杂质进行彻底清除，以确保压实机构1在进行下一次压砂动作时，压板1.9下表面的清洁。

本发明采用了“推辊+压板”的方法，使用专门的压实装置，用于无模砂型快速制造，使得砂层的平整性和密实性明显提高。用本发明制得的砂型，经仪器检测，砂型强度比现有的“刮板+压辊”装置制得的砂型提高了30～50％，克服了砂型容易破裂的缺点，提高了砂型的成品率，有效促进了无模砂型快速制造技术的推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (16)

1、一种逐层布料方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：撒料，将颗粒状物质撒落在工作平台的工作平面上；

步骤2：平整，将颗粒层表面按一定厚度要求平整均匀；

步骤3：压实，对平整的颗粒层表面施加一定压下量，将其压实；

其特征在于，所述的步骤2通过平移推辊对颗粒层表面按一定厚度要求进行平整，推辊辊子的圆心的平移方向的线速度与辊子和颗粒层接触处的线速度方向一致。

2、根据权利要求1所述的逐层布料方法，其特征在于，所述的步骤2中推辊外缘的线速度至少是推辊平移线速度的2倍。

3、根据权利要求1或2所述的逐层布料方法，其特征在于，所述的步骤2之前还包括如下步骤：

步骤21：粗平整，即用刮板对落料按一定厚度进行初步平整，平整后的厚度大于要求的料层厚度。

4、根据权利要求3所述的逐层布料方法，其特征在于，所述的步骤3通过压板对平整的颗粒层表面进行步进压实，压板每完成一次压下后，提起向前平移一定距离后再次压下，直至完成全部颗粒层的压实。

5、根据权利要求4所述的逐层布料方法，其特征在于，所述的步骤3中的压板的压下量为颗粒层厚度的5％至20％。

6、根据权利要求5所述的逐层布料方法，其特征在于，所述的步骤3中的压板为加温压板，其加热温度为50～120℃。

7、一种实现如权利要求1-6所述的逐层布料方法的装置，包括顺序设置在工作平台上方的撒料机构、平整机构和压实机构，其特征在于，所述的平整机构包括推辊、驱动装置和平移装置，驱动装置驱动推辊以线速度ω旋转，同时平移装置驱动推辊以线速度υ沿颗粒层表面平移，该平移线速度υ的方向与推辊和颗粒层接触处的线速度ω方向一致。

8、根据权利要求7所述的逐层布料方法，其特征在于，所述的推辊的直径为40～80mm。

9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的平整机构还包括有刷辊一，所述的刷辊一与驱动装置相连，其外缘与推辊的外缘相接触，刷辊一的直径是推辊直径的40～60％。

10、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的平整机构还包括有刮板，所述的刮板固定在平整机构的框架上，刮板上设有高度调节装置，通过调节刮板高度来调整刮砂量，对颗粒层进行粗平整。

11、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的压实机构包括压板、分别与压板相连的压板下压装置和压板平移装置，压板下压装置包括有驱动轴，该驱动轴与凸轮相连，凸轮的下方设有轴承及轴承座，压板设置在轴承及轴承座的下方，连接块将压板与弹簧的一端连接起来，弹簧的另一端设置在横固定板上，导轨滑块位于侧固定板与连接块之间，导轨滑块在导轨上纵向滑动设置，横固定板的两端安装在机架上，并在机架上横向滑动设置。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的压板为金属材料或非金属材料。

13、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的凸轮为不同轮廓线的凸轮组中的某一凸轮，该凸轮组中包括多个凸轮，每个凸轮都固定在驱动轴上，通过横固定板的两端在机架上横向滑动，实现对凸轮组中不同轮廓线的凸轮的更换，调整压下量的大小。

14、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的压板内还设有加热装置和温控装置。

15、根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的加热装置为电加热棒或电加热板。

16、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述压实机构还包括有刷辊二，该刷辊二固定在工作台起始端的机架上，在动力驱动下，当压板经过时转动，清除其下表面残留的颗粒料。

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