CN101987347B

CN101987347B - 一种发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法

Info

Publication number: CN101987347B
Application number: CN 201010295797
Authority: CN
Inventors: 宗学文; 李涤尘; 孙野; 王小丽; 王永信
Original assignee: XIAN RUITE RAPID MANUFACTURE ENGINEERING Co Ltd; Xian Jiaotong University
Current assignee: XIAN RUITE RAPID MANUFACTURE ENGINEERING Co Ltd; Xian Jiaotong University
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: CN101987347A

Abstract

本发明涉及一种发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，包括以下步骤为：1)采用光固化快速成型技术制作出树脂件模具；2)制作加强铁丝，使其具有与砂芯相同的空间螺旋线形状；3)在模具中填砂并放入第2)步骤中制作好的加强铁丝；4)使用刮板沿着模具分型面刮树脂砂，使其上的树脂砂略微隆起，然后合模压紧；5)待树脂砂凝固后，开模取出砂芯，并对其进行适当的后处理。本发明使用快速成型方法制作出的复杂砂芯的树脂件模具，质量轻、强度好，表面粗糙度也能达到Ra＝3.2um，所以能在保证制作出的砂芯质量的前提下，较大程度地降低模具制造成本和制造周期，而且针对越是复杂形状的制件，该方法的优势就越明显。

Description

一种发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种发动机歧形排气管铸造所用砂芯的制造方法。

背景技术

在发动机用排气管的铸造过程中，需要使用砂芯来形成排气管内腔体。而这种砂芯具有空间自由曲面形状，异常复杂。传统的砂芯制造方法，是先利用机加工模具钢的方法制造出双开模具，合模后通过填砂或机器抛砂制芯。这种方法制作的模具，强度高，尺寸精度好，表面粗糙度低，所以其使用寿命长，制作出的砂芯质量也高。但是对于带有空间自由曲面形状的、异常复杂的砂芯，要使用机加工法在模具钢上切削出对应的模具表面形状，就显得十分困难，这不仅需要机床具备更高的联动轴数，而且加工成本及耗时也很巨大。所以对于发动机排气管样件在低成本、短周期条件下的研发试制，传统的砂芯制造方法是不合适的。

发明内容

本发明提供了一种发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，其解决了传统砂芯制造方法中机加工复杂模具成本高、制造周期长的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，包括以下步骤：

1)采用光固化快速成型制造砂芯所用的树脂件模具，该模具包括上模和下模，该模具以砂芯的最大截面为模具分型面；

2)将若干带有细凹槽的卡板放入模具型腔中，再把加强用铁丝以若干细凹槽形成的轨迹为参照进行弯折，使其具有与砂芯相同的空间螺旋线形状；所述卡板包括圆弧部和水平定位部，其圆弧部与模具的半圆形型腔配合，水平定位部与模具分型面相配合，所述细凹槽设置于水平定位部上；

3)在树脂件模具工作表面涂刷脱模剂，待其晾干后，将搅拌均匀的原砂、呋喃树脂和固化剂分别填入上模和下模型腔中，并放入第2)步骤中制作好的加强铁丝；

4)使用刮板对上模或者下模中的一个上进行刮砂，使树脂砂表面隆起高出模具分型面，另一半模具中的树脂砂使用平底刮板刮平，然后合模压紧；所述刮板包括水平定位部和竖直定位部，该水平定位部和竖直定位部分别与上模或者下模的分型面和外侧面配合，水平定位部上设有一个弧形缺口；

5)待树脂砂凝固后，开模取出砂芯。

所述步骤1)中采用光固化快速成型制造砂芯所用的树脂件模具包括以下步骤：由三维制图软件PRO/E设计出制作砂芯用模具，然后保存副本为STL数据格式；再使用Magics软件对该STL数据进行抽壳处理，壁厚2mm，以及加支撑处理；将最终数据输入快速成型机中，并设置好各项加工参数，其中分层厚度0.1mm，填充扫描速度7000mm/s，支撑扫描速度2000mm/s，轮廓扫描速度6500mm/s；所使用的树脂材料为光固化树脂14120；全部设置完成后进行制作模具。

所述步骤3)中涂刷脱模剂为银粉脱模剂。

所述原砂、呋喃树脂和固化剂的质量比例为100∶1∶0.4。

所述制造方法还包括对开模取出的砂芯进行后处理的步骤：在开模取出的砂芯表面涂刷涂料以降低其表面粗糙度，所用的涂料牌号为SJ-SM，其密度为1.1～1.6g/cm3，涂料晾干后，对砂芯表面进行打磨。

本发明的有益效果是：使用该快速成型方法制作出的复杂砂芯的树脂件模具，质量轻、强度好，特别是使用进口光固化树脂14120，其制件的抗拉强度及弯曲强度分别达到了54MPa和75MPa，表面粗糙度也能达到Ra＝3.2um，所以能在保证制作出的砂芯质量的前提下，较大程度地降低模具制造成本和制造周期，而且针对越是复杂形状的制件，该方法的优势就越明显。这就为发动机排气管在研发阶段的样件试制及其功能性验证提供了很好的技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例砂芯模具下模及两端滑块示意图；

图2为本发明实施例砂芯模具上模及两端滑块示意图；

图3为本发明实施例砂芯模具装配示意图；

图4a为本发明实施例在填砂时所用的卡板的示意图；

图4b为本发明实施例在刮砂时所用的刮板的示意图；

图5为光固化快速成型技术工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明具体实施例模具的设计如下：

请参阅图1及图2所示，本发明实施例砂芯模具包括上模1和下模2，上模1的两端设有第一滑块11和第二滑块12，下模2的两端设有第三滑块21和第四滑块22，该四个滑块11、12、21、22用于固定加强砂芯用铁丝，该四个滑块11、12、21、22与模具两端的凹槽处相配合。

请参阅图3所示，以砂芯的最大截面为模具分型面，故其分型面为空间曲面形状；模具的开模方式为上下开，上模1和下模2以销孔定位方法定位；在开模方向上的模具外形与砂芯的空间弯曲形状相匹配，并在模具较厚部位打有通孔，以降低树脂材料的消耗；在模具的上、下两个表面上设计有内陷的网状筋条10，以尽量防止制件的变形。

请参阅图4a所示，卡板3用于弯折加强铁丝，该卡板3包括圆弧部31和水平定位部32，其圆弧部31与模具的半圆形型腔配合，水平定位部32与模具分型面相配合，水平定位部32中间的设有细凹槽33便作为弯折铁丝时的参照。使用时，将若干卡板3放入模具型腔中，中间的细凹槽33便形成了一条空间螺旋线形的轨迹，作为弯折铁丝时的参照。将加强砂芯用铁丝卡入凹槽33中，便可弯折出所需的形状。

请参阅图4b所示，刮板4用于刮砂，其包括水平定位部41和竖直定位部42，该水平定位部41和竖直定位部42分别与上模1或者下模2的分型面和外侧面配合，水平定位部41上设有一个弧形缺口43，刮砂时，弧形缺口43便使得树脂砂形成中间隆起的形状。

请参阅图5所示，光固化快速成型(Stereo lithography，SL)是应用最为广泛的快速成型技术，它以光敏树脂液体为材料，以激光扫描为手段。在光固化快速成型机中，有一个装满光敏树脂的水槽，其中还有一个可升降的平板。工作时，该平板移动到刚好低于液面的位置，并使其上只留有很薄一层液体树脂(一个单位的层厚度)。使用相关软件将CAD模型切片成0.125-0.75mm的厚度，根据该片层信息，激光束在液体薄层上扫描出对应的轮廓形状，而被照射到的液体树脂就会固化。该层制作完成后，平板再下降一个层厚度，使得已固化面上再布满一层液体树脂，并重复上述过程，最终可制作出树脂零件。其工作原理可见附图5。这种快速成型技术的优点是：能制造出形状复杂的制件；制件精度较高，常在0.1mm以内；制件表面粗糙度低。

本发明具体实施例的详细实施步骤如下：

1)制造树脂件模具

采用光固化快速成型(Stereo lithography，SL)制作制造砂芯的树脂件模具：由三维制图软件PRO/E设计出制作砂芯用模具，然后保存副本为STL数据格式；再使用Magics软件对该STL数据进行抽壳处理，壁厚2mm，以及加支撑处理；将最终数据输入快速成型机中，并设置好各项加工参数，其中分层厚度0.1mm，填充扫描速度7000mm/s，支撑扫描速度2000mm/s，轮廓扫描速度6500mm/s。所使用的树脂材料为进口光固化树脂14120，其抗拉强度为45～54MPa，弯曲强度为60～75MPa；全部设置完成后开始加工制作。

制作完成后，树脂槽中的平板上升到液面以上，让制件静置足够时间，以便使其中的树脂液体尽量流淌干净。从成型机中取出后，需要进行一些后处理。首先将制件底部的支撑除去，然后用酒精水溶液将制件表面粘附的树脂液体清洗干净，并风干。之后仔细检查制件各处，如有破损，应使用树脂修补，然后用紫外线照射使其凝固。成型后的制件表面并不是十分光滑，对于工作面、配合面等处，要使用打磨工具对其进行打磨抛光。

2)制作加强铁丝

将设计制作好的若干带有细凹槽33的卡板3放入模具型腔，曲率大处可以放置得较密集。再把合适长度的加强用铁丝以若干细凹槽33形成的轨迹为参照进行弯折，使其具有与砂芯相同的空间螺旋线形状，便得到了加强用铁丝。

3)填砂

在准备好的树脂件模具的型腔上涂刷银粉脱模剂，待其晾干后，以质量比例为100∶1∶0.4取原砂、呋喃树脂和固化剂并搅拌均匀，将搅拌混合均匀后的原砂、呋喃树脂和固化剂混合物立刻分别填入上模1和下模2的模具型腔中，再将加强铁丝埋入。

4)刮砂合模

使用刮板4对上模1或者下模2中的一个上进行刮砂使树脂砂表面隆起，另一半模具使用平底刮板刮平，最后将两半填满树脂砂的模具合模压紧。根据试验测定，手工填砂的紧实度为70％～80％，采用刮板4刮砂加压震动后制作出砂芯，其紧实度达到了90％以上。

5)开模取出砂芯

待树脂砂固结之后，使用木锤敲击模具上下平面，使得模具与砂芯结合力变弱或脱离，再脱开上模1和下模2取出砂芯。

6)后处理

对砂芯做进一步的后处理：涂刷涂料以降低其表面粗糙度，所用的涂料牌号为SJ-SM，其密度为1.1～1.6g/cm3。涂料晾干后，对其表面进行打磨，以保证涂料层厚度均匀，防止因涂层厚度不均匀而导致砂芯的精度降低。

Claims

1.一种发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用光固化快速成型制造砂芯所用的树脂件模具，该模具包括上模(1)和下模(2)，该模具以砂芯的最大截面为模具分型面；

2)将若干带有细凹槽(33)的卡板(3)放入模具型腔中，再把加强用铁丝以若干细凹槽(33)形成的轨迹为参照进行弯折，使其具有与砂芯相同的空间螺旋线形状；所述卡板(3)包括圆弧部(31)和水平定位部(32)，其圆弧部(31)与模具的半圆形型腔配合，水平定位部(32)与模具分型面相配合，所述细凹槽(33)设置于水平定位部(32)上；

3)在树脂件模具工作表面涂刷脱模剂，待其晾干后，将搅拌均匀的原砂、呋喃树脂和固化剂分别填入上模(1)和下模(2)型腔中，并放入第2)步骤中制作好的加强铁丝；

4)使用刮板(4)对上模(1)或者下模(2)进行刮砂，使树脂砂表面隆起高出模具分型面，另一半模具中的树脂砂使用平底刮板刮平，然后合模压紧；所述刮板(4)包括水平定位部(41)和竖直定位部(42)，该水平定位部(41)和竖直定位部(42)分别与上模(1)或者下模(2)的分型面和外侧面配合，刮板(4)的水平定位部(41)上设有一个弧形缺口(43)；

5)待树脂砂凝固后，开模取出砂芯。

2.如权利要求1所述发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，其特征在于，所述步骤1)中采用光固化快速成型制造砂芯所用的树脂件模具包括以下步骤：

由三维制图软件PRO/E设计出制作砂芯用模具，然后保存副本为STL数据格式；再使用Magics软件对该STL数据进行抽壳处理，壁厚2mm，以及加支撑处理；将最终数据输入快速成型机中，并设置好各项加工参数，其中分层厚度0.1mm，填充扫描速度7000mm/s，支撑扫描速度2000mm/s，轮廓扫描速度6500mm/s；所使用的树脂材料为光固化树脂14120；全部设置完成后进行制作模具。

3.如权利要求1所述发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中涂刷脱模剂为银粉脱模剂。

4.如权利要求1所述发动机歧形排气管铸造用砂芯的制造方法，其特征在于：所述原砂、呋喃树脂和固化剂的质量比例为100∶1∶0.4。