CN110000340A - 一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法 - Google Patents

一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，涉及先进制造技术领域，具体为一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，包括加热装置和FDM 3D打印装置，所述加热装置、抛光装置、浇铸装置、温控装置、电控装置、FDM 3D打印装置和壳模；FDM 3D打印装置分别与加热装置、抛光装置、浇铸装置、温控装置、电控装置和壳模固定连接；电控装置分别与加热装置、抛光装置、浇铸装置、温控装置和FDM 3D打印装置电连接。该合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，提供一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，能够使用FDM 3D打印技术快速地获得铸造壳模，应用化学物质对壳模的成型面进行抛光，并利用LMP合金的物理特性直接铸造合金件。

Description

一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及先进制造技术领域，具体为一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法。
背景技术
铸造是一种传统的生产技术，常用于制造形状复杂、结构各异的零件，其一般工艺流程是首先制备铸造模样，再利用铸模和砂箱翻制铸型，然后将熔融态的金属注入到铸型中，待冷却凝固后进行清理得到所需的铸件。
由于制备铸件的工艺过程冗长，不适应先进制造技术发展的要求，因此铸造技术的应用收到了一定的限制，基于上述问题，本发明提出了一种合金件快速制模与铸造系统，将FDM 3D打印技术和传统的铸造技术相结合，以ABS树脂(Acrylonitrile butadienestyrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，玻璃转化温度为105℃)为材料直接打印铸造型壳，然后利用低熔点合金(Low-melting-point alloy，LMP合金，熔点为60℃～90℃)的物理特性，将其加热熔化后浇入壳模来制备合金件。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，包括加热装置和FDM 3D打印装置，所述加热装置、抛光装置、浇铸装置、温控装置、电控装置、FDM 3D打印装置和壳模；FDM 3D打印装置分别与加热装置、抛光装置、浇铸装置、温控装置、电控装置和壳模固定连接；电控装置分别与加热装置、抛光装置、浇铸装置、温控装置和FDM 3D打印装置电连接。
可选的，所述加热装置包括加热器、容器H、加热油、输油泵、三位四通电磁换向阀、加热盘管A、加热盘管L、基座H和通气孔；基座H固定连接在FDM 3D打印装置上；基座H分别与加热器、输油泵、三位四通电磁换向阀、加热盘管A和加热盘管L固定连接；容器H固定连接在加热器上；容器H的顶端设有通气孔；容器H装有加热油；输油泵通过送油管分别与容器H、三位四通电磁换向阀连接；三位四通电磁换向阀通过送油管分别与加热盘管A、加热盘管L连接；三位四通电磁换向阀、加热盘管A和加热盘管L分别通过回油管，与容器H连接。
可选的，所述抛光装置包括容器A、丙酮、增压泵、喷嘴、抛光室、抽气泵、净化器、基座A、进气孔和副进气孔；容器A与加热盘管A固定连接；容器A的顶端设有进气孔；容器A装有丙酮；基座A固定连接在FDM 3D打印装置上；增压泵、抽气泵和净化器分别与基座A固定连接；增压泵通过输气管分别与容器A、喷嘴连接；喷嘴固定连接在抛光室上；抛光室的顶端设有进气孔；抛光室与基座A柔性连接；抽气泵通过输气管，分别与抛光室、净化器连接。
可选的，所述浇铸装置包括容器L、LMP合金、加注泵、定量阀、浇铸室、固模夹具和基座L；容器L与加热盘管L固定连接；容器L装有LMP合金；基座L固定连接在FDM 3D打印装置上；加注泵和定量阀分别与基座L固定连接；加注泵通过聚四氟乙烯管分别与容器L、定量阀连接；浇铸室与基座L柔性连接；固模夹具固定连接在浇铸室上。
可选的，所述温控装置包括温控器、温度传感器A、温度传感器L、温度传感器H和显示器；温控器与FDM 3D打印装置固定连接；温度传感器A分别与温控器、容器A电连接；温度传感器L分别与温控器、容器L电连接；温度传感器H分别与温控器、容器H电连接；显示器与温控器固定连接。
可选的，所述电控装置与FDM 3D打印装置固定连接；加热器、输油泵、三位四通电磁换向阀、增压泵、抽气泵、净化器、加注泵和定量阀分别与电控装置电连接。
可选的，所述FDM 3D打印装置上有一个打印平台；打印的壳模固定连接在打印平台上。
可选的，所述如下步骤：
1)利用CAD建模软件，构建合金件的三维实体模型；对三维实体模型进行抽壳处理，设置壳体厚度，获取合金件的壳模的三维实体模型，以及壳模的型腔体积数据VS；
2)在FDM 3D打印装置上，利用材料ABS打印合金件的壳模；
3)当打印完成的壳模的温度降至室温后，将放置在基座A上的抛光室，移至打印平台上，将壳模罩住；
4)向容器A中注入丙酮；
5)通过电控装置启动加热装置，利用加热器对容器H里的加热油进行加热；
6)利用温度传感器H采集加热油的温度Th，并实时传输给温控器；为防止温升过高，当温度Th升至加热油的加热温度允许上限值TH时，电控装置停止加热器的工作；
7)利用电控装置操控三位四通电磁换向阀，接通位；
8)利用输油泵，将容器H中温度为Th的加热油输送到加热盘管A；加热容器A中的丙酮，使丙酮汽化；
9)利用温度传感器A采集容器A中丙酮的温度Ta，并实时传输给温控器；当丙酮的温度Ta升至设定值TA时，温控器向电控装置发送电信号；电控装置接到电信号后，采用PID模式控制加热器的工作，使得加热油保持恒温Th(a)；
10)启动增压泵，将容器A中汽化的丙酮，输送至喷嘴，从抛光室的顶端以雾状喷到壳模上，对壳模的型腔进行抛光处理；
11)同时，打开抽气泵，从抛光室的底侧抽取废气并送至净化器，进行气体净化处理；
12)待抛光壳模的工作结束后，利用电控装置操控三位四通电磁换向阀，接通位，关闭增压泵和抽气泵；
13)向容器L中添加熔点为60℃～90℃的LMP合金；
14)利用电控装置操控三位四通电磁换向阀，接通位；
15)使用输油泵，将容器H中温度为Th的加热油输送到加热盘管L；加热容器L中的LMP合金，使LMP合金液化；
16)利用温度传感器L采集容器L中LMP合金的温度Tl，并实时传输给温控器；当LMP合金的温度Tl升至设定值TL时，温控器向电控装置发送电信号；电控装置接到电信号后，采用PID模式控制加热器的工作，使得加热油保持恒温Th(l)；
17)利用固模夹具夹紧壳模；
18)启动加注泵，将容器L中的液态LMP合金，输送至定量阀，从浇铸室的顶端浇铸到壳模内；当浇入的液态LMP合金的体积达到了壳模的型腔体积数据VS，关闭加注泵；
19)关闭加热器、输油泵；操控三位四通电磁换向阀接通位；
20)当壳模中的LMP合金冷却凝固、温度降至室温后，松开固模夹具，借助工具从打印平台上取下壳模；
21)借助工具去除包裹在合金件外围的壳模，并进行清理；
22)合金件制取任务结束。
本发明提供了一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，具备以下有益效果：
本发明针对熔点为60℃～90℃的LMP合金的物理特性，以具有105℃玻璃转化温度的ABS作为材料，利用FDM 3D打印技术快速制作壳模，有效地简化了铸模的生产流程；利用ABS树脂溶于丙酮的特性，对壳模的型腔进行抛光，有效地消除了因逐层堆积成型而在壳模型腔表面所形成的云纹，能够满足合金件的表面质量要求；利用加热油制取液态LMP合金，注入以ABS为材料的壳模，直接制取合金件，提高了合金铸件的生产效率。
附图说明
图1为本发明系统原理流程示意图；
图2为本发明加热装置的原理流程示意图；
图3为本发明抛光装置的原理流程示意图；
图4为本发明浇铸装置的原理流程示意图；
图5为本发明温控装置的原理流程示意图；
图6为本发明电控装置的原理流程示意图。
图中：1、加热装置；101、加热器；102、容器H；103、加热油；104、输油泵；105、三位四通电磁换向阀；106、加热盘管A；107、加热盘管L；108、基座H；1021、通气孔；2、抛光装置；201、容器A；202、丙酮；203、增压泵；204、喷嘴；205、抛光室；206、抽气泵；207、净化器；208、基座A；2011、进气孔；2051、副进气孔；3、浇铸装置；301、容器L；302、LMP合金；303、加注泵；304、定量阀；305、浇铸室；306、固模夹具；307、基座L；4、温控装置；401、温控器；402、温度传感器A；403、温度传感器L；404、温度传感器H；405、显示器；5、电控装置；6、FDM 3D打印装置；601、打印平台；7、壳模。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，包括加热装置1和FDM 3D打印装置6，加热装置1、抛光装置2、浇铸装置3、温控装置4、电控装置5、FDM 3D打印装置6和壳模7；FDM 3D打印装置6分别与加热装置1、抛光装置2、浇铸装置3、温控装置4、电控装置5和壳模7固定连接；电控装置5分别与加热装置1、抛光装置2、浇铸装置3、温控装置4和FDM 3D打印装置6电连接；
加热装置1包括加热器101、容器H102、加热油103、输油泵104、三位四通电磁换向阀105、加热盘管A106、加热盘管L107、基座H108和通气孔1021；基座H108固定连接在FDM 3D打印装置6上；基座H108分别与加热器101、输油泵104、三位四通电磁换向阀105、加热盘管A106和加热盘管L107固定连接；容器H102固定连接在加热器101上；容器H102的顶端设有通气孔1021；容器H102装有加热油103；输油泵104通过送油管分别与容器H102、三位四通电磁换向阀105连接；三位四通电磁换向阀105通过送油管分别与加热盘管A106、加热盘管L107连接；三位四通电磁换向阀105、加热盘管A106和加热盘管L107分别通过回油管，与容器H102连接；
抛光装置2包括容器A201、丙酮202、增压泵203、喷嘴204、抛光室205、抽气泵206、净化器207、基座A208、进气孔2011和副进气孔2051；容器A201与加热盘管A106固定连接；容器A201的顶端设有进气孔2011；容器A201装有丙酮202；基座A208固定连接在FDM 3D打印装置6上；增压泵203、抽气泵206和净化器207分别与基座A208固定连接；增压泵203通过输气管分别与容器A201、喷嘴204连接；喷嘴204固定连接在抛光室205上；抛光室205的顶端设有副进气孔2051；抛光室205与基座A208柔性连接；抽气泵206通过输气管，分别与抛光室205、净化器207连接；
浇铸装置3包括容器L301、LMP合金302、加注泵303、定量阀304、浇铸室305、固模夹具306和基座L307；容器L301与加热盘管L107固定连接；容器L301装有LMP合金302；基座L307固定连接在FDM 3D打印装置6上；加注泵303和定量阀304分别与基座L307固定连接；加注泵303通过聚四氟乙烯管分别与容器L301、定量阀304连接；浇铸室305与基座L307柔性连接；固模夹具306固定连接在浇铸室305上；
温控装置4包括温控器401、温度传感器A402、温度传感器L403、温度传感器H404和显示器405；温控器401与FDM 3D打印装置6固定连接；温度传感器A402分别与温控器401、容器A201电连接；温度传感器L403分别与温控器401、容器L301电连接；温度传感器H404分别与温控器401、容器H102电连接；显示器405与温控器401固定连接；
电控装置5与FDM 3D打印装置6固定连接；加热器101、输油泵104、三位四通电磁换向阀105、增压泵203、抽气泵206、净化器207、加注泵303和定量阀304分别与电控装置5电连接；
FDM 3D打印装置6上有一个打印平台601；打印的壳模7固定连接在打印平台601上。
综上，该合金件快速制模与铸造系统及其使用方法如下：
1)利用CAD建模软件，构建合金件的三维实体模型；对三维实体模型进行抽壳处理，设置壳体厚度，获取合金件的壳模7的三维实体模型，以及壳模7的型腔体积数据VS；
2)在FDM 3D打印装置6上，利用材料ABS打印合金件的壳模7；
3)当打印完成的壳模7的温度降至室温后，将放置在基座A208上的抛光室205，移至打印平台601上，将壳模7罩住；
4)向容器A201中注入丙酮202；
5)通过电控装置5启动加热装置1，利用加热器101对容器H102里的加热油103进行加热；
6)利用温度传感器H404采集加热油103的温度Th，并实时传输给温控器401；为防止温升过高，当温度Th升至加热油103的加热温度允许上限值TH时，电控装置5停止加热器101的工作；
7)利用电控装置5操控三位四通电磁换向阀105，接通位；
8)利用输油泵104，将容器H102中温度为Th的加热油103输送到加热盘管A106；加热容器A201中的丙酮202，使丙酮202汽化；
9)利用温度传感器A402采集容器A201中丙酮202的温度Ta，并实时传输给温控器401；当丙酮202的温度Ta升至设定值TA时，温控器401向电控装置5发送电信号；电控装置5接到电信号后，采用PID模式控制加热器101的工作，使得加热油103保持恒温Th(a)；
10)启动增压泵203，将容器A201中汽化的丙酮202，输送至喷嘴204，从抛光室205的顶端以雾状喷到壳模7上，对壳模7的型腔进行抛光处理；
11)同时，打开抽气泵206，从抛光室205的底侧抽取废气并送至净化器207，进行气体净化处理；
12)待抛光壳模7的工作结束后，利用电控装置5操控三位四通电磁换向阀105，接通位，关闭增压泵203和抽气泵206；
13)向容器L301中添加熔点为60℃～90℃的LMP合金302；
14)利用电控装置5操控三位四通电磁换向阀105，接通位；
15)使用输油泵104，将容器H102中温度为Th的加热油103输送到加热盘管L107；加热容器L301中的LMP合金302，使LMP合金302液化；
16)利用温度传感器L403采集容器L301中LMP合金的温度Tl，并实时传输给温控器401；当LMP合金302的温度Tl升至设定值TL时，温控器401向电控装置5发送电信号；电控装置5接到电信号后，采用PID模式控制加热器101的工作，使得加热油103保持恒温Th(l)；
17)利用固模夹具306夹紧壳模7；
18)启动加注泵303，将容器L301中的液态LMP合金302，输送至定量阀304，从浇铸室305的顶端浇铸到壳模7内；当浇入的液态LMP合金302的体积达到了壳模7的型腔体积数据VS，关闭加注泵303；
19)关闭加热器101、输油泵104；操控三位四通电磁换向阀105接通位；
20)当壳模7中的LMP合金302冷却凝固、温度降至室温后，松开固模夹具306，借助工具从打印平台601上取下壳模7；
21)借助工具去除包裹在合金件外围的壳模7，并进行清理；
22)合金件制取任务结束。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，包括加热装置(1)和FDM3D打印装置(6)，其特征在于：所述加热装置(1)、抛光装置(2)、浇铸装置(3)、温控装置(4)、电控装置(5)、FDM3D打印装置(6)和壳模(7)；FDM3D打印装置(6)分别与加热装置(1)、抛光装置(2)、浇铸装置(3)、温控装置(4)、电控装置(5)和壳模(7)固定连接；电控装置(5)分别与加热装置(1)、抛光装置(2)、浇铸装置(3)、温控装置(4)和FDM3D打印装置(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，其特征在于：所述加热装置(1)包括加热器(101)、容器H(102)、加热油(103)、输油泵(104)、三位四通电磁换向阀(105)、加热盘管A(106)、加热盘管L(107)、基座H(108)和通气孔(1021)；基座H(108)固定连接在FDM3D打印装置(6)上；基座H(108)分别与加热器(101)、输油泵(104)、三位四通电磁换向阀(105)、加热盘管A(106)和加热盘管L(107)固定连接；容器H(102)固定连接在加热器(101)上；容器H(102)的顶端设有通气孔(1021)；容器H(102)装有加热油(103)；输油泵(104)通过送油管分别与容器H(102)、三位四通电磁换向阀(105)连接；三位四通电磁换向阀(105)通过送油管分别与加热盘管A(106)、加热盘管L(107)连接；三位四通电磁换向阀(105)、加热盘管A(106)和加热盘管L(107)分别通过回油管，与容器H(102)连接。
3.根据权利要求1所述的一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，其特征在于：所述抛光装置(2)包括容器A(201)、丙酮(202)、增压泵(203)、喷嘴(204)、抛光室(205)、抽气泵(206)、净化器(207)、基座A(208)、进气孔(2011)和副进气孔(2051)；容器A(201)与加热盘管A(106)固定连接；容器A(201)的顶端设有进气孔(2011)；容器A(201)装有丙酮(202)；基座A(208)固定连接在FDM3D打印装置(6)上；增压泵(203)、抽气泵(206)和净化器(207)分别与基座A(208)固定连接；增压泵(203)通过输气管分别与容器A(201)、喷嘴(204)连接；喷嘴(204)固定连接在抛光室(205)上；抛光室(205)的顶端设有副进气孔(2051)；抛光室(205)与基座A(208)柔性连接；抽气泵(206)通过输气管，分别与抛光室(205)、净化器(207)连接。
4.根据权利要求1所述的一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，其特征在于：所述浇铸装置(3)包括容器L(301)、LMP合金(302)、加注泵(303)、定量阀(304)、浇铸室(305)、固模夹具(306)和基座L(307)；容器L(301)与加热盘管L(107)固定连接；容器L(301)装有LMP合金(302)；基座L(307)固定连接在FDM3D打印装置(6)上；加注泵(303)和定量阀(304)分别与基座L(307)固定连接；加注泵(303)通过聚四氟乙烯管分别与容器L(301)、定量阀(304)连接；浇铸室(305)与基座L(307)柔性连接；固模夹具(306)固定连接在浇铸室(305)上。
5.根据权利要求1所述的一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，其特征在于：所述温控装置(4)包括温控器(401)、温度传感器A(402)、温度传感器L(403)、温度传感器H(404)和显示器(405)；温控器(401)与FDM3D打印装置(6)固定连接；温度传感器A(402)分别与温控器(401)、容器A(201)电连接；温度传感器L(403)分别与温控器(401)、容器L(301)电连接；温度传感器H(404)分别与温控器(401)、容器H(102)电连接；显示器(405)与温控器(401)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，其特征在于：所述电控装置(5)与FDM3D打印装置(6)固定连接；加热器(101)、输油泵(104)、三位四通电磁换向阀(105)、增压泵(203)、抽气泵(206)、净化器(207)、加注泵(303)和定量阀(304)分别与电控装置(5)电连接。
7.根据权利要求1所述的一种合金件快速制模与铸造系统及其使用方法，其特征在于：所述FDM3D打印装置(6)上有一个打印平台(601)；打印的壳模(7)固定连接在打印平台(601)上。
8.一种使用如权利要求1～7任一项所述的合金件快速制模与铸造系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用CAD建模软件，构建合金件的三维实体模型；对三维实体模型进行抽壳处理，设置壳体厚度，获取合金件的壳模(7)的三维实体模型，以及壳模(7)的型腔体积数据VS；
2)在FDM3D打印装置(6)上，利用材料ABS打印合金件的壳模(7)；
3)当打印完成的壳模(7)的温度降至室温后，将放置在基座A(208)上的抛光室(205)，移至打印平台(601)上，将壳模(7)罩住；
4)向容器A(201)中注入丙酮(202)；
5)通过电控装置(5)启动加热装置(1)，利用加热器(101)对容器H(102)里的加热油(103)进行加热；
6)利用温度传感器H(404)采集加热油(103)的温度Th，并实时传输给温控器(401)；为防止温升过高，当温度Th升至加热油(103)的加热温度允许上限值TH时，电控装置(5)停止加热器(101)的工作；
7)利用电控装置5操控三位四通电磁换向阀(105)，接通位；
8)利用输油泵(104)，将容器H(102)中温度为Th的加热油(103)输送到加热盘管A(106)；加热容器A(201)中的丙酮(202)，使丙酮(202)汽化；
9)利用温度传感器A(402)采集容器A(201)中丙酮(202)的温度Ta，并实时传输给温控器(401)；当丙酮(202)的温度Ta升至设定值TA时，温控器(401)向电控装置(5)发送电信号；电控装置(5)接到电信号后，采用PID模式控制加热器(101)的工作，使得加热油(103)保持恒温Th(a)；
10)启动增压泵(203)，将容器A(201)中汽化的丙酮(202)，输送至喷嘴(204)，从抛光室(205)的顶端以雾状喷到壳模(7)上，对壳模(7)的型腔进行抛光处理；
11)同时，打开抽气泵(206)，从抛光室(205)的底侧抽取废气并送至净化器(207)，进行气体净化处理；
12)待抛光壳模(7)的工作结束后，利用电控装置(5)操控三位四通电磁换向阀(105)，接通位，关闭增压泵(203)和抽气泵(206)；
13)向容器L(301)中添加熔点为60℃～90℃的LMP合金(302)；
14)利用电控装置(5)操控三位四通电磁换向阀(105)，接通位；
15)使用输油泵(104)，将容器H(102)中温度为Th的加热油(103)输送到加热盘管L(107)；加热容器L(301)中的LMP合金(302)，使LMP合金(302)液化；
16)利用温度传感器L(403)采集容器L(301)中LMP合金的温度Tl，并实时传输给温控器(401)；当LMP合金(302)的温度Tl升至设定值TL时，温控器(401)向电控装置(5)发送电信号；电控装置(5)接到电信号后，采用PID模式控制加热器(101)的工作，使得加热油(103)保持恒温Th(l)；
17)利用固模夹具(306)夹紧壳模(7)；
18)启动加注泵(303)，将容器L(301)中的液态LMP合金(302)，输送至定量阀(304)，从浇铸室(305)的顶端浇铸到壳模(7)内；当浇入的液态LMP合金(302)的体积达到了壳模(7)的型腔体积数据VS，关闭加注泵(303)；
19)关闭加热器(101)、输油泵(104)；操控三位四通电磁换向阀(105)接通位；
20)当壳模(7)中的LMP合金(302)冷却凝固、温度降至室温后，松开固模夹具(306)，借助工具从打印平台(601)上取下壳模(7)；
21)借助工具去除包裹在合金件外围的壳模(7)，并进行清理；
22)合金件制取任务结束。
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