CN109047659A - 一种梯度结构砂型挤压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梯度结构砂型挤压成形方法，属于铸造技术领域。该方法在铸造用树脂砂型的成形过程中，采用具有一定速度条件下的上下双向对压挤压方法，可以得到上下两端紧实度和强度较高，中间段呈疏松结构且透气性和退让性较好的砂型。并通过控制双向的挤压距离，可以实现砂型紧实度、抗拉强度、透气性等铸造性能沿挤压方向上的梯度分布。采用该具有梯度结构的树脂砂型进行金属件铸造成型，一方面可以满足凝固过程中，铸件各位置的体积收缩量不同对相应位置砂型退让性等铸造性能的差异性要求；另一方面砂型中的树脂加入量减少，可以显著提高砂型的退让性。

Description

一种梯度结构砂型挤压成形方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种梯度结构砂型挤压成形方法。

背景技术

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。对于传统的砂型铸造工艺，模样、芯盒等模具的设计和加工制造是一个多环节的复杂过程，其加工方式受制于模具的复杂程度，使得产品的研发和定型周期变长且成本提高，不适合进行单件、小批量产品的研发。快速成形技术能快速地将产品零件的CAD数字模型转换成物理模型、零件原型和零件，且无需采用专用工具和工装。该技术能最好的适应目前制造业市场对新产品的开发需求。砂型无模快速制造技术是将快速成形技术与铸造技术进行了有机结合，成型机在零件的三维CAD模型的驱动下，直接制造铸造砂型，省去了模样的制作，完全改变了传统铸型的制造方式，具有数字化、精密化、柔性化、绿色化等特点，为单件、小批量零件的快速制造提供了解决方案，在铸造领域具有划时代的意义。

机械科学研究总院针对砂型数字化无模铸造精密成形技术进行了系统研究，并为进一步提高砂型制造效率、减少型砂切削量，创新提出一种砂型数字化挤压切削一体化复合成形方法。该成形方法是将砂型数字化柔性挤压成形技术与数字化无模铸造精密成形技术配套使用，可实现铸造砂型的数字化无模快速制造，明显减少型砂切削量，缩短砂型的制造时间，满足铸造企业在变批量、多品种、低成本铸件制造的迫切需求，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于有效提高砂型数字化无模铸造精密成形的效率，节约型砂和粘结剂等造型材料，提升砂型铸造性能。并满足铸造凝固过程中铸件各位置的体积收缩量不同对相应位置砂型退让性等铸造性能的差异性要求。以及减少铸造用树脂砂型中树脂的加入量，提高砂型的退让性。

为实现上述目的，本发明提供一种梯度结构砂型挤压成形方法，该方法具体实施步骤如下：

①首先通过砂型柔性挤压近净成形优化算法直接获得近净成形砂型CAD三维模型；

②在近净成形砂型CAD三维模型的驱动下，控制多个柔性挤压阵列单元的升降对型砂型腔进行形状逼近并获得砂型近净成形柔性模具和砂箱；

③将混好的碱性酚醛树脂自硬砂填装入砂箱内；

④对砂箱内树脂砂进行具有一定速度条件下的上下双向对压挤压，并根据预制砂型铸造性能特点，控制砂箱上端压板和下端挤压单元的挤压距离；

⑤固化一定时间后，经过脱模获得近净成形砂型。

进一步地，所述砂型成形方法采用具有一定速度条件下的上下双向对压挤压法，可以得到上下两端紧实度和强度较高，中间段呈疏松结构且透气性和退让性较好的砂型。

进一步地，所述砂型成形方法通过控制双向的挤压距离，可以实现砂型紧实度、抗拉强度、透气性等铸造性能沿挤压方向上的梯度分布。

附图说明

图1为本发明一种梯度结构砂型挤压成形方法示意图。

图2为本发明挤压成形梯度结构砂型性能示意图。

图3为采用具有梯度结构砂型进行“工”字形件浇铸，铸件凝固过程中的受力情况。

具体实施方法

以下结合附图1、2对本发明一种梯度结构砂型挤压成形方法的实施过程进行详细说明。

本发明方法具体实施步骤如下。

1、模型建立：首先通过砂型柔性挤压近净成形优化算法直接获得近净成形砂型CAD三维模型；

2、柔性调形：在近净成形砂型CAD三维模型的驱动下，控制多个柔性挤压阵列单元(挤压头)的升降对型砂型腔进行形状逼近并获得砂型近净成形柔性模具和砂箱；

3、填砂：将预混好的树脂砂填入砂箱中；

4、对压挤压：如图1所示，对砂箱内树脂砂实施具有一定速度条件下的上下双向对压挤压，并根据预制砂型铸造性能特点，控制砂箱上端压板和下端模板的挤压距离，可以得到紧实度、抗拉强度、透气性、表面强度沿挤压方向梯度分布的树脂砂铸型。如图2所示，经过对压挤压后所得砂型的被挤压两端紧实度较高，其强度也较高，同时砂型中间段的紧实度较低，其透气性和退让性较好。

5、固化：保压一定时间，使树脂砂完全固化；

6、卸载压力并起模：将挤压压力卸载掉，起模将砂型取出；

7、整理清扫工作台。

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。

采用上述对压挤压法所得具有梯度结构砂型进行“工”字形件浇铸，铸件凝固过程中的受力情况如图3所示，可知：在凝固过程中，“工”字形件中间位置发生线性收缩，且该收缩会受到来自铸型型芯的阻力，使得“工”字形件形成受阻收缩，并在“工”字形件直角处逐渐形成应力集中，当型芯对“工”字形件的阻力高于件本身所能承受的应力值时，就会在直角处产生裂纹缺陷。但对于具有梯度结构的砂型，一方面该铸型与“工”字形件的直接接触面处具有较高的强度，能够承受住高温金属液的冲刷作用和“工”字形件的线性收缩力；另一方面，该铸型中间段为紧实度较低的疏松结构，这样可以减小铸型的重量，以及减少铸型中树脂的绝对用量，从而提高铸型的退让性，增大“工”字形件在铸型型腔内的收缩空间，减少铸件的热裂倾向。

Claims (3)

1.一种梯度结构砂型成形方法，该方法具体实施步骤为：

①首先通过砂型柔性挤压近净成形优化算法直接获得近净成形砂型CAD三维模型；

②在近净成形砂型CAD三维模型的驱动下，控制多个柔性挤压阵列单元的升降对型砂型腔进行形状逼近并获得砂型近净成形柔性模具和砂箱；

③将混好的碱性酚醛树脂自硬砂填装入砂箱内；

④对砂箱内树脂砂进行具有一定速度条件下的上下双向对压挤压，并根据预制砂型铸造性能特点，控制砂箱上端压板和下端挤压单元的挤压距离；

⑤固化一定时间后，经过脱模获得近净成形砂型。

2.如权利要求1所述的一种梯度结构砂型成形方法，其特征在于，该方法采用具有一定速度条件下的上下双向对压挤压法，可以得到上下两端紧实度和强度较高，中间段呈疏松结构且透气性和退让性较好的砂型。

3.如权利要求1所述的一种梯度结构砂型成形方法，其特征在于，该方法通过控制双向的挤压距离，可以实现砂型紧实度、抗拉强度、透气性等铸造性能沿挤压方向上的梯度分布。