CN105665637A - 一种冰冻砂型的无模铸造成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,属于铸造快速成形技术领域。该方法根据铸件特点,选用合适型砂,与液体均匀混合,填充模具置于冷冻环境下;待型砂冷冻固化后,得到砂坯,放置于加工平台并固定;然后在加工设备上直接切削加工砂坯,得到铸型;最后在冰冻环境下进行浇铸,获得最终铸件。该方法是采用水或溶液作为粘接剂,来源广泛,价格低廉,不使用有机树脂和其他粘接剂,可避免浇注中发气量大、废砂回收再利用困难等问题,是一种环保绿色的铸造方法。该方法适用于零件快速开发试制和小批量生产。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域,具体涉及一种冰冻砂型的无模铸造成形方法。本发明适用于金属件单件小批量生产和零部件快速开发试制。
背景技术
铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一,是机械工业重要的基础工艺。传统的铸造工艺需要制作模具存在生产工序多,生产周期长;手工操作,劳动强度大;开发成品昂贵,工作环境恶劣。
无模铸型制造工艺是将快速成型工艺与传统砂型工艺结合。目前典型的cad直接铸型工艺主要有PCM工艺采用轮廓扫描喷射固化工艺,实现无模铸型的快速制造。该工艺对树脂砂的用量大,粘接剂含量高,导致存在加工精度不高,铸型发气量大,透气性却差的缺点。SLS工艺是通过高强度激光的照射,有选择的将材料粉末烧结在一起得到零件的截面,并层层累积。对于单件小批量生产来说,成本高,产生有毒气体,污染环境。3DP工艺采取逐点喷洒粘结剂来粘接粉末的方法制造原型,GS工艺先采用多通道喷头均匀喷洒树脂,然后另外一个喷头喷洒固化剂,最后层层固化成型,其工艺清砂困难,需要特殊处理工序,影响砂型精度和表面质量。
基于去除加工原理的无模铸造技术是使用CAD模型直接驱动数控机床置对砂坯进行切削成铸型,获得直接用于铸造的铸型,最后合模浇注。该技术不需要预先制作木模模样,具有制造周期短、成形速度快、成本低、砂型/砂芯一体化制造及可制造出复杂形状铸件等优点。但是在制成砂坯时,粘结剂选用粘土,水玻璃,有机树脂,在铸造生产过程中会产生有害气体。
总之在现有技术中,对于新产品快速开发及单件小批量零部件生产来说,存在开发成本高;生产工艺采用有机树脂或其他溶液作为粘结剂,大大增加铸型发气量,并且浇注过程中产生有害气体,容易污染环境;同时后续废砂回收过程困难,耗资大,污染环境。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,方法是采用水或溶液作为粘接剂,型砂材料与粘结剂按比例均匀混合,在低温环境下凝固成砂坯,由加工设备直接加工出铸型。该方法节省木模或金属模,缩短了零件制造周期,降低了生产成本;采用水或溶液作为粘结剂,不使用有机树脂,避免铸型浇注发气量大,大大提高了铸件质量。水或溶液来源广泛,价格低廉,废砂回收方便,符合现代绿色制造理念。
一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,该方法适用于铸造零件小批量生产和快速开发试制过程,具体实施步骤为:(1)根据铸件特点选择将合适铸造型砂种类;(2)将型砂与液体按一定质量分数均匀混合,装入模具置于液体凝固点以下温度环境;(3)型砂冷冻固化后,得到加工砂坯,置于加工平台;(4)根据加工型腔的形状,编制程序代码,输入到砂型数控机床,将砂坯切削加工得到所需所需砂型/芯单元;(5)在冷冻环境下,对砂型/芯单元进行整体组装,浇入熔融金属液;(6)金属液冷却成形,冷冻砂型吸热自动融化落砂,得到铸件,型砂回收利用。
进一步地,所述型砂材料为铸造用石英砂或非石英砂,如陶粒砂(宝珠砂)、铬铁矿砂、锆英石砂、石灰石砂、刚玉砂、镁砂、耐火熟料砂、橄榄石砂中的一种或多种。
进一步地,与型砂混合的粘结剂可以是水或水溶液,无有害气体产生,废砂置于室温或者加热环境下继续回收利用,符合绿色环保理念。
进一步地,砂坯环境温度为冷冻温度低于凝固点0-40度,制成砂坯冷冻密封保存;
进一步地,低温环境可以是通入的液氮或者干冰,也可以置于冷冻柜中。
进一步地,型砂冷冻固化后的砂坯是具有一定形状的预制砂坯,可以直接浇注;或者需要切削加工成铸型。
进一步地,在冰冻环境或常温状态,进行铸件浇铸。
附图说明
图1砂型模具示意图
图2砂型加工示意图
图3加工砂型示意图
图4铸件示意图
图中:1、砂箱;2、型砂;3、成形机;4、工作平台;5、终铸型;6、铸件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施过程进行详细说明。
本发明一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其型砂(1)根据铸件的不同要求可以是石英砂或非石英砂,目数可以为40/70、50/100、70/140、100/200,其粘结剂可以是水或者溶液,按照一定质量分数1%-10%,在一定温度条件下0℃-40℃冷冻固化制成砂坯,在成形机上直接切削加工成铸型。本发明方法具体实施步骤如下。
本发明以某砂型下箱为例,步骤如下。
步骤1:根据本发明工艺要求,选择铸造常用粒度为70/140目的硅砂,粘结剂选用水,将硅砂与水按照3%的质量比例混合,均匀混合后备用。
步骤2:将混合均匀的型砂,填充砂箱中(2),紧实之后并刮平表面,将砂箱放入-30℃冷冻室中,待水完全冷冻固化制成砂坯如图1所示。
步骤3:从砂箱中取出砂坯,将砂箱放置在常温环境,清理待下次使用。如图2将砂坯置于加工平台(4)上,必须保证加工平台区域干净、无浮砂,并加以固定等待加工。
步骤4:根据该零件cad模型反求砂型,生成加工程序,输入加工设备,由加工设备(3)切削加工成所需砂型(5)或砂芯,如图3所示。废砂由装置收集,由于粘结剂为水,置于常温或者加热环境下即可继续回收利用。
步骤5:金属液冷却成形,冷冻砂型由于吸热自动融化落砂,得到铸件(6),型砂绿色回收利用。
以上所述仅为本发明的基本步骤而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
步骤1:将型砂与液体按1%-10%的质量分数均匀混合,装入模具置于液体凝固点以下进行固化;
步骤2:待型砂冷冻固化后,得到砂坯,置于加工平台并固定;
步骤3:在冷冻环境下,通过加工设备将砂坯切削加工出所需砂型/芯单元;
步骤4:在冷冻环境下,对砂型/芯单元进行整体组装,浇入熔融金属液;
步骤5:金属液冷却成形,冷冻砂型吸热自动融化落砂,得到铸件,型砂回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于,所述与型砂混合的液体为水或溶液。
3.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于:冷冻温度低于凝固点为0-40度,保存条件冷冻密封保存。
4.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于,型砂冷冻固化方法是通入液氮或者干冰,或者将混制的型砂冷冻装置中。
5.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于,型砂冷却固化后的砂坯是具有一定形状的预制砂坯,可以直接浇注;或者需要切削加工成铸型。
6.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于,浇铸环境为冰冻环境或常温状态。
7.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于,所述型砂回收为废砂置于室温或者加热环境下,表面溶液蒸发后进行回收。
8.根据权利要求1所述的一种冰冻砂型的无模铸造成形方法,其特征在于,所述型砂为铸造用石英砂或非石英砂,如陶粒砂(宝珠砂)、铬铁矿砂、锆英石砂、石灰石砂、刚玉砂、镁砂、耐火熟料砂、橄榄石砂中的一种或多种。
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PB01 | Publication | ||
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CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100083 main floor, No. 18, No. 18, Xue Qing Road, Beijing City, 3 Applicant after: Beijing Institute of light quantitative science and Research Co., Ltd. Address before: 100083 main floor, No. 18, No. 18, Xue Qing Road, Beijing City, 3 Applicant before: Advanced Manufacture Technology Center,China Academy of Machinery Science & Technology |
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GR01 | Patent grant | ||
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