CN102397991B

CN102397991B - 一种无模铸型快速制造方法

Info

Publication number: CN102397991B
Application number: CN 201110378912
Authority: CN
Inventors: 李锋军; 蔡安克; 袁书仓; 周在立; 王彬彬; 易丽文; 任凤章; 段华荣; 马春庆
Original assignee: China Yituo Group Corp Ltd
Current assignee: China Yituo Group Corp Ltd
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: CN102397991A

Abstract

本发明属于铸造技术领域，公开一种无模铸型快速制造方法，采用计算机控制无模砂型制造设备中有关铺粉系统，先在工作台上铺一层酚醛树脂覆膜砂，接着计算机将获得的砂型每一层截面的轮廓数据信息指令，驱动设备的喷射系统喷射溶剂，被喷射的部分酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，完成一层成形后，工作台下降一个层高，再进行下一层的铺粉、喷射溶剂和干燥，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体，去除余砂，并经烘干固化，获得高强度的铸型；本发明具有初始固化不加热，砂芯的变形比较小的特性，同时降低了树脂的使用量，进而避免铸型发气量大的不足。使用的溶剂成本低，绿色环保，节约能源，具有推广使用的价值。

Description

一种无模铸型快速制造方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，尤其涉及一种无模铸型快速制造方法。

背景技术

目前的快速样机生产技术大多都基于分层制造技术，分层制造技术是将被加工对象分解为多个平行的薄层，加工过程中，通过逐层成形这些薄层并叠加，而完成制造。这一过程往往要借助于计算机技术来实现。

现有的用分层制造技术快速制作铸造砂型（包括砂型和砂芯，以下统称铸型）的常用方法主要有以下两种：

一种是用激光对覆膜砂进行选择性烧结，先在工作台上铺一层覆膜砂，并加热至略低于覆膜砂熔点温度，然后激光束按照截面形状进行扫描，被扫描的部分材料熔化、粘接成形，一层完成成形后，工作台下降一个层高，再进行下一层的铺料和烧结，直至最终逐层堆叠固化成铸型。这种方法的主要缺点是制成的砂型变形量大，影响铸型和型芯的装配，铸件尺寸精度受影响。

另一种是对覆有固化剂的型砂进行选择性喷覆树脂，先在工作台上铺一层覆有固化剂的型砂，然后由计算机控制精确地喷射树脂，两者发生胶联反应，一层层固化型砂而堆积铸型。这种方法的主要缺点是砂型树脂含量高，随后的铸造过程中铸造缺陷发生率高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无模铸型快速制造方法，能够减少制成的铸型变形量，提高铸型和型芯的装配质量，提高铸件尺寸精度；同时降低了树脂的使用量，进而避免铸型发气量大的不足。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下所述技术方案：

一种无模铸型快速制造方法，采用计算机控制无模砂型制造设备中有关铺粉系统，先在工作台上铺一层酚醛树脂覆膜砂，接着计算机将内存的砂型该层截面的轮廓数据信息指令，驱动设备的喷射系统喷射溶剂无水乙醇，被喷射溶剂无水乙醇的酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，完成第一层成形后，工作台下降一个层高，再进行第二层的铺粉、喷射溶剂无水乙醇，被喷射溶剂无水乙醇的酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，重复上述步骤，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体，去除没有固化成形的余砂，并经进一步烘干固化，获得高强度的铸型；具体步骤如下：

步骤1：铺底砂，首先清理工作台边框及工作台板上的浮砂，再将可移动工作台板下移5mm，用铺粉辊铺底层覆膜砂粉；

步骤2：铺第1薄层覆膜砂，工作台板下移0.2~2mm ，用铺粉辊铺第1层覆膜砂粉，即砂层厚度0.2~2mm；

步骤3：在铸型区域喷溶剂无水乙醇，由喷溶剂喷头按照铸型该层截面的轮廓数据信息指令向铸型区域喷射溶剂无水乙醇，被喷射的部分酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，获得具有一定初始强度的第1层砂芯；

步骤4：干燥，通过烘干装置将喷溶剂的砂层在50~60℃条件下干燥，进一步提高其初始强度；

步骤5：重复步骤2至步骤4，再进行下一层的铺粉、喷溶剂和干燥，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体砂芯；

步骤6：将未经喷溶剂的余砂去除；

步骤7：将初步粘结形成的铸型砂芯放在铸型转运容器中，充填支撑材料，支撑材料选用玻璃微珠或干砂；

步骤8：将铸型转运容器、铸型砂芯和充填支撑材料整体放入烘干箱中加热烘干固化，固化温度为200~220 ℃；

步骤9：冷却后取出制成的铸型砂芯。

一种无模铸型快速制造方法，铸型所用砂粉为酚醛树脂覆膜砂，即表面覆有固体酚醛树脂粘结剂的铸造型砂。

一种无模铸型快速制造方法，所述的干燥装置，采用电加热干燥。

一种无模铸型快速制造方法，所述最终加热固化采用烘干箱进行烘干固化。

一种无模铸型快速制造方法，所述喷射系统喷射所用的溶剂为无水乙醇，乙醇质量分数≥99.7%，水分的质量分数≤0.3%。

一种无模铸型快速制造方法，所述制作的铸型要在烘干箱中进行最终加热固化，其工作温度为200~220℃。

一种无模铸型快速制造方法，所述制造酚醛树脂覆膜砂所用的原砂，为石英砂或陶粒砂、铬铁矿砂和橄榄石砂，粒度为70/140目。

由于采用以上所述的技术方案，本发明可达到以下有益效果：

一种无模铸型快速制造新方法，是先用作为溶剂的无水乙醇使得酚醛树脂覆膜砂粉湿润、树脂溶解，干燥后形成初始强度，可直接应用或经再次固化形成最终更高强度，初始固化不加热，减小砂芯的变形；同时降低了树脂的使用量，进而避免铸型发气量大的不足。使用的溶剂成本低，绿色环保，节约能源。具有可推广的价值，其有益效果如下：

1、本方法初始固化不加热，砂芯的变形比较小。

2、用本发明方法制成的铸型，避免了现有的快速铸型制造方法制成的铸型因树脂含量高而造成的发气量高等问题。

3、制造覆膜砂所用的原砂，为适合铸造使用的各种型砂，材料来源十分广泛，如：石英砂、陶粒砂、铬铁矿砂和橄榄石砂。

附图说明

图1 工作台沿g向向下移5mm后的示意图；

图2 铺底砂的示意图；

图3 工作台沿g向向下移2mm后的示意图；

图4 铺第1层砂的示意图；

图5 喷溶剂的示意图；

图6是图5的 A向视图；

图7 初始干燥示意图；

图8工作台沿g向向下移2mm后的示意图；

图9铺第2层砂的示意图；

图10整个砂芯完成后的示意图；

图11取出余砂后的示意图；

图12砂芯放入容器后的示意图；

图13砂芯加热烘干固化的示意图；

图14最终固化后砂芯的示意图。

图中：1、铺粉辊；2、固定工作台边框；3、可移动工作台板；4、工作台板与可移动工作台5的连接板； 5、可移动工作台；6、酚醛树脂覆膜砂粉；7、喷溶剂装置喷头；8、含溶剂的8字形第1层砂芯；9、加热干燥装置；10、含溶剂的8字形两层砂芯；11、含溶剂的8字形整体初始固化后的砂芯；12、铸型转运容器；13、玻璃微珠（或干砂）；14、烘干箱；15、最终固化后的8字形砂芯。另图中：

、铺粉辊向右行走方向；

、铺粉辊向左行走方向；g、工作台向下移动方向。

具体实施方式

如图1至图14所示，一种无模铸型快速制造方法，采用计算机控制无模砂型制造设备中现有的有关铺粉系统，先在工作台上铺一层酚醛树脂覆膜砂，接着计算机将内存的砂型每一层截面的轮廓数据信息指令，驱动设备的喷射系统喷射溶剂，被喷射的部分酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥完成第一层成形后，工作台下降一个层高，再进行第二层的铺粉、喷射溶剂无水乙醇，被喷射溶剂无水乙醇的酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体，去除没有被溶化的余砂，并经烘干固化，获得高强度的铸型。

具体以8字形试块为例，步骤如下：

步骤1：铺底砂，首先清理快速成型装置的工作台边框2及工作台面3的浮砂，使工作区域干净、无浮砂；再通过计算机控制传动机构带动可移动工作台5，使与之连接的可移动工作台板3 沿g向同时下移5mm，见图1；

铺底砂，用铺粉辊1铺底层覆膜砂粉6，即铸型所用砂粉为酚醛树脂覆膜砂，即表面覆有固体酚醛树脂粘结剂的铸造型砂；见图2；

步骤2：铺第1薄层覆膜砂，工作台板3 沿g向下移2mm ，见图3；用铺粉辊铺第1层覆膜砂粉，即覆膜砂砂层厚度2mm；见图4；

步骤3：在铸型区域喷溶剂，由计算机系统控制的喷溶剂喷头7向铸型区域喷射溶剂无水乙醇，被喷射的部分酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，获得具有一定初始强度的第1层砂芯；即8字形第1层砂芯8，喷射系统喷射所用的溶剂为无水乙醇，乙醇质量分数≥99.7%，水分的质量分数≤0.3%。见图5、6；

步骤4：干燥，通过计算机控制系统装置，打开烘干装置9，将喷溶剂的砂层8在50~60℃条件下干燥；所述的干燥装置，采用电加热干燥，见图7；

步骤5：再进行下一层的铺粉、喷溶剂和干燥，即重复步骤2至步骤4，完成砂芯第2层，重复如此步骤，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体砂芯11；

即同步骤2，可移动工作台板继续下移2mm ，见图8；同步骤3、4，铺第2层覆膜砂，砂层厚度2mm，得到含溶剂的8字形两层砂芯10，见图9；重复上述每层步骤直到获得所需整体砂芯11，见图10；

步骤6：将未经喷溶剂的余砂去除，见图11；

步骤7：将初步粘结形成的铸型砂芯11放在铸型转运容器12中，充填支撑材料，支撑材料选用玻璃微珠13或干砂，见图12；

步骤8：将转运容器12铸型砂芯11充填支撑材料整体放入烘干箱中加热烘干固化，固化工作温度为200~220 ℃；即将整体砂芯11、转运容器12和充填支撑材料13同时放入烘干箱14中，加热固化，见图13；

步骤9：冷却后取出制成的铸型砂芯15，即最终固化后的8字形砂芯15，见图14 。

以上铸型所用砂粉为酚醛树脂覆膜砂，即表面覆有固体酚醛树脂粘结剂的铸造型砂。所述制造覆膜砂所用的原砂，为石英砂或陶粒砂、铬铁矿砂和橄榄石砂，粒度为70/140目；所用固体酚醛树脂含量为1.8%-2.3%。

Claims

1.一种无模铸型快速制造方法，其特征在于：采用计算机控制无模砂型制造设备中有关铺粉系统，先在工作台上铺一层酚醛树脂覆膜砂，接着计算机依据内存的砂型每一层截面的轮廓数据信息指令，驱动设备的喷射系统喷射溶剂无水乙醇，被喷射溶剂无水乙醇的酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，完成第一层成形后，工作台沿工作台向下移动方向g下降一个层高，再进行第二层的铺粉、喷射溶剂无水乙醇，被喷射溶剂无水乙醇的酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，重复上述步骤，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体，去除没有被溶化的余砂，并经烘干固化，获得高强度的铸型；具体步骤如下：

步骤1：铺底砂，首先清理工作台边框（2）及工作台板（3）的浮砂，再将可移动工作台板（3）沿工作台向下移动方向g，向下移5mm，用铺粉辊（1）铺底层覆膜砂粉（6）；

步骤2：铺第1薄层覆膜砂，工作台板（3）沿工作台向下移动方向g，向下移2mm ，用铺粉辊（1）铺第1层覆膜砂粉，即砂层厚度2mm；

步骤3：在铸型区域喷溶剂，由喷溶剂喷头（7）向铸型区域喷射溶剂，被喷射的部分酚醛树脂覆膜砂溶化、粘接成形，获得具有一定初始强度的第1层砂芯（8）；

步骤4：干燥，通过烘干装置（9）将喷溶剂的砂层（8）在50~60℃条件下干燥；

步骤5：再进行下一层的铺粉和干燥，工作台沿工作台向下移动方向g，向下降一个层高，即重复步骤2至步骤4，直至最终逐层堆叠固化成铸型实体砂芯（11）；

步骤6：将未经喷溶剂的余砂去除；

步骤7：将初步粘结形成的铸型砂芯（11）放在容器转运容器（12）中，充填支撑材料，支撑材料选用玻璃微珠或干砂（13）；

步骤8：将转运容器（12）中铸型砂芯（11）充填支撑材料整体放入烘干箱中加热烘干固化，固化温度为200~220 ℃；

步骤9：冷却后取出制成的铸型砂芯（15）。

2.根据权利要求1所述的一种无模铸型快速制造方法，其特征在于：铸型所用砂粉为酚醛树脂覆膜砂，即表面覆有固体酚醛树脂粘结剂的铸造型砂。

3.根据权利要求1所述的一种无模铸型快速制造方法，其特征在于：所述喷射系统喷射所用的溶剂为无水乙醇，乙醇质量分数≥99.7%，水分的质量分数≤0.3%。

4.根据权利要求1所述的一种无模铸型快速制造方法，其特征在于：所述制造覆膜砂所用的原砂，为石英砂或陶粒砂、铬铁矿砂和橄榄石砂，粒度为70/140目。