CN104001862B - 一种水溶型芯的快速成形系统及成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水溶型芯的快速成形系统及成形方法，属于材料成形技术领域。该成形系统包括箱体、微滴喷射装置、混料装置、铺料装置、移动加热装置、空间加热装置、粉料加热装置、配液仓、控制器、工作腔体、升降工作台以及测温探头。本发明所提供的成形方法首先建立型芯CAD几何实体模型，由微滴喷射装置按照计算机提取的滴液装置的运行轨迹完成所有离散层面的滴液工序，制得水溶型芯。本发明尤其适用于以可溶性无机盐溶液为粘结剂的型芯的快速成形制造，可直接制造出任意复杂形状的水溶型芯，该方法无需制造型芯模具，从而降低了制造成本，缩短了产品开发周期。
Description
技术领域：
本发明属于材料成形技术领域,具体涉及一种水溶型芯的快速成形系统及成形方法，该方法尤其适用于以可溶性无机盐溶液为粘结剂的型芯的快速成形制造。
背景技术：
在汽车、工程机械以及航空航天领域存在大量带有复杂内腔及弯曲孔道的铝合金铸件。这些复杂的铝合金铸件可采用内置金属芯、树脂砂芯以及水溶型芯的方式生产。由于金属芯制芯工艺复杂，且采用化学除芯易造成环境污染，这促使综合性能优异的有机树脂砂芯被大量应用于此类铸件的生产。近年来，随着工艺技术的发展，铝合金铸件的成型温度降低，原本易溃散的有机树脂砂芯的溃散性能减弱。另外，树脂砂芯在浇铸过程中会产生有毒有害气体，且旧砂再生存在污水治理困难、能耗高或砂粒破碎严重等问题。因此，水溶型芯以其优异的水溶溃散性能在带有复杂内腔及弯曲孔道的铸件生产中有着很好的应用前景。
中国专利CN1208149C公开了一种用于高压铸造的溃散芯的方法，该方法将一种水溶性盐单独或与细硬粉结合，待其溶化后浇入芯模待其凝固，或将其加工成细粉，然后以一定压力使其在芯模中成形。中国专利CN1314498C公开了一种挤压铸造用可溶盐芯及其制作方法，其方法是：将70％-85％的市售食用盐焙烧后与7％-16％的高铝矾土干混均匀，以及加入6％-10％的水玻璃充分混合，加入2％-5％的水充分混合，静置5分钟以上后，将混合物加入所需复杂内腔形状的金属模具中，在压力机上挤压紧实，待吹CO2气体后起模，最后将所制得的可溶盐芯在150℃以上烘烤2小时以上。中国专利CN1994615B公开了一种发动机活塞盐芯及制备方法，该型芯以70％-80％的水溶性金属盐和20％-30％的辅料组成，盐的粒度达到60-120目，辅料的粒度要达到至少200目。其制备方法是将金属盐置于高温箱式炉内加热焙烧2小时，然后倒入混砂机内混碾5-8分钟，经筛分、配料、称量后，在盐芯模具型腔内用压力机压制成型，最后烧结、钻孔得到所需型芯。中国专利CN101269401B公开了一种可溶性复合材料盐芯及制备方法，其方法是：将金属盐、粘结剂、氧化物纤维和金属复合盐晶须分别置于100℃-300℃的箱式炉中保温2-4小时，经碾磨筛分后按一定的比例配料，然后置于型腔中以10MPa-30MPa的压力压制成形，最后按照一定的加热制度烧结出炉。中国专利CN101391280B公开了一种压力铸造用异形盐芯的制造方法，该方法以氯化钠粉、金红石型氧化钛粉及氧化铝粉为原料，在钢制模具中以1000MPa-2000MPa的压力压制成形，然后在700℃-740℃的温度下烧结4-5小时。中国专利CN101869963B采用水溶性金属卤化盐、高岭土或滑石粉及Na2SiO3·H2O、K2SiO3·H2O或(NH4)2SiO3·H2O为原料，经混合、模压后，在100℃±5℃的温度下烘干，然后在680℃的温度条件下烧结10小时，最终制得一种铸造用水溶性复合盐芯。
上述方法在制备水溶型芯的过程中普遍需要先制出型芯的成形模具，这使得新产品的设计制造周期较长，成本偏高。且上述这些成形方法需要在较高的温度下熔融或烧结，因此其能耗较大。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是弥补现有水溶性型芯需采用模具成形以及需要较高烧结温度的不足，提供一种水溶型芯的快速成形系统及成形方法。
本发明提供的一种水溶型芯的快速成形系统包括箱体2、微滴喷射装置4、混料装置1、铺料装置18、移动加热装置3、空间加热装置20、粉料加热装置10、配液仓6、控制器9、工作腔体12、升降工作台11、第一测温探头15以及第二测温探头16；所述混料装置1及配液仓6分别位于所述箱体2内的两侧上部；所述混料装置1底部设有出料口19，所述出料口19下方设有受料台17，所述铺料装置18设置在所述受料台17及出料口19之间；所述移动加热装置3固定在第一滑块23上，所述第一滑块23套装在第一移动导轨22上；所述微滴喷射装置4固定在第二滑块24上，所述第二滑块24套装在第二移动导轨25上；所述第一移动导轨22安装在第一固定导轨21以及第二固定导轨26上，所述第二移动导轨25安装在所述第一固定导轨21以及第二固定导轨26上，所述第一移动导轨22以及第二移动导轨25能够在所述第一固定导轨21以及第二固定导轨26上滑动；所述第一固定导轨21以及第二固定导轨26的前后端分别固定在所述箱体2的前后内壁上，所述第一固定导轨21以及第二固定导轨26位于所述混料装置1及配液仓6之间；所述输液管5连接所述配液仓6以及微滴喷射装置4，可将溶液输入微滴喷射装置4；所述空间加热装置20位于箱体2的内部，所述第一测温探头15位于箱体2内部，通过第一测温探头15和空间加热装置20控制箱体2内空间温度；所述工作腔体12设置在所述移动加热装置3以及微滴喷射装置4的下方，所述升降工作台11设置在所述工作腔体12内，所述工作腔体12内设有由电机驱动做上下运动的活塞13，所述活塞13与所述升降工作台11相连；所述粉料加热装置10位于所述升降工作台11内，所述第二测温探头16位于铺好的粉料7中，通过第二测温探头16及粉料加热装置10控制升降台11上粉料7的温度。
所述微滴喷射装置4包括筒体36、螺杆28、驱动电机29、加热线圈31、第三测温探头37以及柱塞39；所述柱塞39设置在所述筒体36的筒腔38内，所述柱塞39与所述螺杆28下部相连；所述驱动电机29设置在所述筒体36的顶部，由所述驱动电机29控制螺杆28运动从而带动所述柱塞39上下运动；所述筒体36的侧边设有输入管口33，所述输入管口33上设有第一电动阀门32，所述筒体36的下部设有输出管口35，所述输出管口35上设有第二电动阀门34；所述加热线圈31位于所述筒体36的筒体壁30内，所述第三测温探头37设置在所述筒体36的筒腔38内，通过第三测温探头37和加热线圈31可控制筒体内部液体温度。
本发明所提供的成形系统用于制造水溶型芯的成形方法具体步骤如下：
(1)建立型芯CAD几何实体模型，并进行分层离散，生成每个离散层面滴液装置的运行轨迹文件，并将所述运行轨迹文件由数据接口8导入所述控制器9中；
(2)用所述混料装置1将芯砂与辅助料混合均匀；
(3)配置无机盐溶液存于所述配液仓6中；
(4)使用所述铺料装置18将混好的混料平铺于所述升降工作台11上；
(5)使用所述空间加热装置20以及粉料加热装置10对所述箱体2的空间及粉料7进行加热，加热温度范围为室温～400℃；
(6)由所述微滴喷射装置4按照计算机提取的第一层滴液装置的运行轨迹滴下无机盐溶液，并由所述移动加热装置3对所述升降工作台11上的包覆有无机盐溶液的粉料7进行加热，温度控制范围为室温～400℃；待第一离散层面完成后，所述升降工作台11下行一定工作距离，工作距离长度在0.01mm～1mm之间，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成，制备得到水溶型芯；
(7)在步骤(6)完成后关闭所述空间加热装置20以及粉料加热装置10，取出步骤(6)制得的水溶型芯。
本发明可直接制造出任意复杂形状的水溶型芯，该方法无需制造型芯模具，从而降低了制造成本，缩短了产品开发周期。
附图说明：
图1为本发明成形系统结构示意图；
图2为本发明成形系统中移动加热装置及微滴喷射装置位置示意图；
图3为本发明成形系统中微滴喷射装置结构示意图；
图4为本发明方法的操作流程示意图。
图中：1：混料装置；2：箱体；3：移动加热装置；4：微滴喷射装置；5：输液管；6：配液仓；7：粉料；8：数据接口；9：控制器；10：粉料加热装置；11：升降工作台；12：工作腔；13：活塞；14：已加工的部分工件；15：第一测温探头；16：第二测温探头17：受料台；18：铺料装置；19：出料口；20：空间加热装置；21：第一固定导轨；22：第一移动导轨；23：第一滑块；24：第二滑块；25：第二移动导轨；26：第二固定导轨；27：连接杆；28：螺杆；29：驱动电机；30：筒体壁；31：加热线圈；32：第一电动阀门；33：输入管口；34：第二电动阀门；35：输出管口；36：筒体；37：第三测温探头；38：筒腔；39：柱塞。
具体实施方式：
下面结合附图和实例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种水溶型芯的快速成形系统包括箱体2、微滴喷射装置4及移动加热装置3、混料装置1、铺料装置18、移动加热装置3、空间加热装置20、粉料加热装置10、配液仓6、控制器9、工作腔体12、升降工作台11、第一测温探头15以及第二测温探头16。混料装置1装有芯砂及辅助料，混好的混料可以从出料口19落到受料台17上。铺料装置18位于出料口19下方，受料台17上方，由电机驱动做水平运动。落到受料台17上的混合料由铺料装置18将其平铺于升降工作台11上。铺料装置18每运动一个来回铺粉一层。配液仓6位于箱体2另一侧上部。移动加热装置3通过连接杆27固定在第一滑块23上，第一滑块23位于第一移动导轨22上，并可在电机驱动下沿第一移动导轨22运动。微滴喷射装置4固定在第二滑块24上，第二滑块24位于第二移动导轨25上，并可在电机驱动下沿第二移动导轨25运动。第一移动导轨22和第二移动导轨25两端下方装在与其方向垂直的第一固定导轨21和第二固定导轨26。第一固定导轨21和第二固定导轨26两端端部固定在箱体2前后内壁，位于混料装置1及配液仓6之间。输液管5连接配液仓6和微滴喷射装置4上的输入管口33，可将溶液从配液仓6输入微滴喷射装置4的筒腔38内。空间加热装置20位于箱体2的前后内壁，第一测温探头15位于箱体2内，可通过第一测温探头15和空间加热装置20控制箱体2内空间温度；粉料加热装置10位于升降工作台11内，第二测温探头16位于铺好的粉料7中，可通过第二测温探头16及粉料加热装置11控制升降台上粉料7的温度。在移动加热装置3及微滴喷射装置4下方设有工作腔12，工作腔12内设有可由电机驱动做上下运动的活塞13，活塞13与升降工作平台11相连。
微滴喷射装置由筒体36、螺杆28、驱动电机29、加热线圈31、第一电动阀门32、第二电动阀门34、输入管口33、输出管口35、第三测温探头36和柱塞39组成。筒体36的筒腔38内装有柱塞39，柱塞39与螺杆28下部相连。筒体36顶部装有驱动电机29，由驱动电机29控制螺杆28运动而带动柱塞39上下运动。筒体壁30内装有加热线圈31。筒体36侧边设有输入管口33，下部设有输出管口35。第三测温探头36通过筒体壁30伸入筒腔38内。可通过第三测温探头36和加热线圈31控制筒腔38内液体温度。
本发明提供了无机盐粘结剂型芯的快速成形制造方法步骤如下：
(1)建立型芯CAD几何实体模型，并进行分层离散，生成每个离散层面滴液装置及移动加热装置的运行轨迹文件，并由数据接口8导入控制器9中；
(2)用混料装置1将芯砂与辅助料混合均匀；
(3)用配液仓6配置无机盐溶液；
(4)用铺料装置18将混好的混料平铺于升降工作台11；
(5)开启空间加热装置20及升粉料加热装置10对箱体2的空间及粉料7进行加热，箱体2的空间及粉料7的温度控制在105℃；
(6)由驱动电机控制微滴喷射装置4进行微滴喷射；开启移动加热装置3，按计算机设定的轨迹对包覆有无机盐溶液的芯砂混料进行加热，移动加热装置温度控制在105℃；
(7)由计算机判断此层面的喷射是否完成，若未完成回到步骤(5)；若已经完成停止滴液；
(8)由电机驱动活塞13在工作腔12中下降一个步长，其步长长度为0.1mm；
(9)由计算机判断型芯微滴喷射成型是否完成，若未完成回到步骤(2)；若已经完成则停止加热；
(10)取出型芯，微滴喷射成型完成。
Claims (2)
1.一种用于水溶型芯快速成形系统的成形方法，该成形系统包括箱体(2)、微滴喷射装置(4)、混料装置(1)、铺料装置(18)、移动加热装置(3)、空间加热装置(20)、粉料加热装置(10)、配液仓(6)、控制器(9)、工作腔体(12)、升降工作台(11)、第一测温探头(15)以及第二测温探头(16)；所述混料装置(1)及配液仓(6)分别位于所述箱体(2)内的两侧上部；所述混料装置(1)底部设有出料口(19)，所述出料口(19)下方设有受料台(17)，所述铺料装置(18)设置在所述受料台(17)及出料口(19)之间；所述移动加热装置(3)固定在第一滑块(23)上，所述第一滑块(23)套装在第一移动导轨(22)上；所述微滴喷射装置(4)固定在第二滑块(24)上，所述第二滑块(24)套装在第二移动导轨(25)上；所述第一移动导轨(22)安装在第一固定导轨(21)以及第二固定导轨(26)上，所述第二移动导轨(25)安装在所述第一固定导轨(21)以及第二固定导轨(26)上，所述第一移动导轨(22)以及第二移动导轨(25)能够在所述第一固定导轨(21)以及第二固定导轨(26)上滑动；所述第一固定导轨(21)以及第二固定导轨(26)的前后端分别固定在所述箱体(2)的前后内壁上，所述第一固定导轨(21)以及第二固定导轨(26)位于所述混料装置(1)及配液仓(6)之间；输液管(5)连接所述配液仓(6)以及微滴喷射装置(4)；所述空间加热装置(20)位于箱体(2)的内部，所述第一测温探头(15)位于箱体(2)内部；所述工作腔体(12)设置在所述移动加热装置(3)以及微滴喷射装置(4)的下方，所述升降工作台(11)设置在所述工作腔体(12)内，所述工作腔体(12)内设有由电机驱动做上下运动的活塞(13)，所述活塞(13)与所述升降工作台(11)相连；所述粉料加热装置(10)位于所述升降工作台(11)内，所述第二测温探头(16)位于铺好的粉料(7)中；所述成形方法具体步骤如下：
(1)建立型芯CAD几何实体模型，并进行分层离散，生成每个离散层面滴液装置的运行轨迹文件，并将所述运行轨迹文件由数据接口(8)导入所述控制器(9)中；
(2)用所述混料装置(1)将芯砂与辅助料混合均匀；
(3)配置无机盐溶液存于所述配液仓(6)中；
(4)使用所述铺料装置(18)将混好的混料平铺于所述升降工作台(11)上；
(5)使用所述空间加热装置(20)以及粉料加热装置(10)对所述箱体(2)的空间及粉料(7)进行加热，加热温度范围为室温～400℃；
(6)由所述微滴喷射装置(4)按照计算机提取的第一层滴液装置的运行轨迹滴下无机盐溶液，并由所述移动加热装置(3)对所述升降工作台(11)上的包覆有无机盐溶液的粉料(7)进行加热，温度控制范围为室温～400℃，待第一离散层面完成后，所述升降工作台(11)下行一定工作距离，工作距离长度在0.01mm～1mm之间，依次完成后续离散层面的滴液工序，直至所有离散层面的滴液工序完成，制备得到水溶型芯；
(7)在步骤(6)完成后关闭所述空间加热装置(20)以及粉料加热装置(10)，取出步骤(6)制得的水溶型芯。
2.根据权利要求1所述成形方法，其特征在于所述微滴喷射装置(4)包括筒体(36)、螺杆(28)、驱动电机(29)、加热线圈(31)、第三测温探头(37)以及柱塞(39)；所述柱塞(39)设置在所述筒体(36)的筒腔(38)内，所述柱塞(39)与所述螺杆(28)下部相连；所述驱动电机(29)设置在所述筒体(36)的顶部，由所述驱动电机(29)控制螺杆(28)运动从而带动所述柱塞(39)上下运动；所述筒体(36)的侧边设有输入管口(33)，所述输入管口(33)上设有第一电动阀门(32)，所述筒体(36)的下部设有输出管口(35)，所述输出管口(35)上设有第二电动阀门(34)；所述加热线圈(31)位于所述筒体(36)的筒体壁(30)内，所述第三测温探头(37)设置在所述筒体(36)的筒腔(38)内。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |