CN111408690A - 一种高性能铝合金铸件无模成型铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料加工成型技术领域，特别涉及一种高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，所述的方法包括应用3D打印技术快速制造壳型，采用V法造型方式进行埋箱填实，再采用低压工艺进行浇注；根据本发明提供的实施方案，解决了传统的铸造工艺很难实现的复杂大型金属构件以及小批量的个性化产品的精密铸造，实现近净成型技术，极大提升了铸件的产品质量，改善了生产制造环境，减小了劳动强度，基本可以实现绿色铸造；且本发明提供的工艺技术能够让产品实现结构更加复杂化、性能更优越化、品质更精细化、制造更高效化、性价更合理化，具备较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工成型技术领域，特别涉及一种高性能铝合金铸件无模成型铸造方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最为广泛的一类有色金属材料，其具有密度低、强度高、塑性好、抗腐蚀、导电导热性优异等特点，在汽车、模具、机械装备、船舶、航空航天、国防军工等行业占有十分重要的地位，是实现工业轻量化的主要结构材料之一。
现有技术中，针对个性化定制的大结构复杂形状铝合金铸件，由于种类繁多，数量单一，结构差异，存在工艺设计及制造不合理、铸件加工余量大、结构设计不规范等缺点，且铸造工艺整体技术水平落后，铸件质量低，材料、能源消耗高，经济效益差，劳动条件恶劣，环境污染严重等因素突出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，解决传统铸造工艺难以实现的复杂大型金属构件，以及小批量的个性化产品的精密铸造。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，包括以下步骤：
(1)对产品的三维图进行预处理，删除无法铸造成型的细微特征，加工面增加加工余量后，模型整体放缩水，根据产品结构特征设计好浇注系统并完成浇注系统三维图形绘制，得到产品铸造工艺图，然后再运用三维软件绘制出砂型壳体三维模型；
(2)使用3D打印机打印出绘制好的铸造砂型，将打印好的砂型型腔内部积砂、棱角、毛刺等清理干净后，将砂型浸涂涂层，浸涂后将砂型置于烘箱中烘干；
(3)将烘烤完成的砂型进行合型，得到浇注壳型；在底板上铺一层PE薄膜，将PE薄膜的边缘用磁铁吸附在真空砂箱的四周，将壳型放置在底板上，使壳型底部凸起扣在底板上的孔内，将真空砂箱扣到所述的底板上并锁固；
(4)向真空砂箱内加入干的石英砂直至加满，将砂表刮平，盖上一层PE薄膜，然后用磁铁将PE薄膜的边缘吸附在真空砂箱的四周；
(5)将真空管插在真空砂箱的抽真空接口上，对真空砂箱进行抽真空，并保持压力在-0.030MPa～0.035MPa之间；
(6)将处理好的铝液转入坩埚中，合上保温炉的炉盖，将保温炉放入地坑；
(7)将完成V法快速埋箱造型的浇注砂型转运至地坑，完成升液管与砂型上的浇口对接；
(8)将压缩空气通过压缩空气接口送入保温炉内，向保温炉内铝液施加压力，完成浇注作业，关闭压缩空气；
(9)浇注完成后卸除真空砂箱的负压，干砂自动溃散，待铸件冷却后，清除铸件表面3D打印壳型即可得到铸件毛坯。
优选条件下，步骤(2)中，3D打印机打印出铸造砂型中，内模砂型采用随型镂空结构，外模砂型采用随型结构，砂型的壁厚为30-35mm，强度为5.5MPa-6.0MPa。
优选条件下，步骤(2)中，砂型浸涂涂层的厚度为0.5mm。
优选条件下，步骤(2)中，砂型处于烘箱中的烘烤条件包括，烘烤温度为180℃、烘烤时间为4-6小时。
优选条件下，步骤(8)中，压缩空气向保温炉内铝液施加的压力为0.6MPa-1.6MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的技术构思是应用3D打印技术快速制造壳型，采用V法造型方式进行埋箱填实，再采用低压工艺进行浇注；本申请的发明人发现，通过将多种工艺技术进行柔性结合，对不同尺寸、不同结构、差异化的个性产品，实现了标准化的制造工艺技术；
根据本发明提供的实施方案，解决了传统的铸造工艺很难实现的复杂大型金属构件以及小批量的个性化产品的精密铸造，实现近净成型技术，极大提升了铸件的产品质量，改善了生产制造环境，减小了劳动强度，基本可以实现绿色铸造；且本发明提供的工艺技术能够让产品实现结构更加复杂化、性能更优越化、品质更精细化、制造更高效化、性价更合理化，具备较好的应用前景。
附图说明
图1示出了本发明中实施例1所铸造产品的示意图；
图2示出了根据本发明的实施方式得出的图1中待铸造产品的铸造工艺图；
图3示出了根据本发明的实施方式得出的图1中待铸造产品用的3D打印砂型下型示意图；
图4示出了根据本发明的实施方式得出的图1中待铸造产品用的3D打印砂型上型示意图；
图5示出了根据本发明的实施方式得出的3D砂型合型示意图；
图6示出了根据本发明的实施方式得出的图1中待铸造产品的浇注示意图；
图中标号说明：1-真空砂箱，2-抽真空接口，3-石英砂，4-PE薄膜，5-壳型，6-底板，7-地坑，8-保温炉，9-坩埚，10-压缩空气接口，11-升液管。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
如图1所示为本实施例中待铸造产品的示意图；本发明提供了一种铝合金铸件无模成型铸造方法，具体包括以下步骤：
(1)对产品的三维图进行预处理，即对图1进行预处理，删除无法铸造成型的细微特征，加工面增加加工余量后，模型整体放缩水，根据产品结构特征设计好浇注系统并完成浇注系统三维图形绘制，得到产品铸造工艺图，如图2所示；
然后再运用三维软件绘制出砂型壳体三维模型；
(2)使用3D打印机打印出绘制好的铸造砂型，分别如图3所示的待铸造产品用的3D打印砂型下型；如图4所示的待铸造产品用的3D打印砂型上型；具体的，在3D打印机打印出铸造砂型中，内模砂型采用随型镂空结构，外模砂型采用随型结构，砂型的壁厚为30-35mm，强度为5.5MPa-6.0MPa；
将打印好的砂型型腔内部积砂、棱角、毛刺等清理干净后，将砂型浸涂涂层，具体的，砂型浸涂涂层的厚度为0.5mm，浸涂后将砂型置于烘箱中，在烘烤温度为180℃，烘烤时间为4-6小时的条件下烘烤处理；
(3)将烘烤完成的砂型进行合型，得到浇注壳型，如图5所示为3D砂型合型示意图；
如图6示出了根据本发明的实施方式得出的图1中待铸造产品的浇注示意图；
具体的操作步骤中，在底板6上铺一层PE薄膜4，将PE薄膜4的边缘用磁铁吸附在真空砂箱1的四周，将壳型5放置在底板6上，使壳型5底部凸起扣在底板6上的孔内，将真空砂箱1扣到所述的底板6上并锁固；
(4)向真空砂箱1内加入干的石英砂3直至加满，将砂表刮平，盖上一层PE薄膜4，然后用磁铁将PE薄膜4的边缘吸附在真空砂箱1的四周；
(5)将真空管插在真空砂箱1的抽真空接口2上，对真空砂箱1进行抽真空，并保持压力在-0.030MPa～0.035MPa之间；
(6)将处理好的铝液转入坩埚9中，合上保温炉8的炉盖，将保温炉8放入地坑7；
(7)将完成V法快速埋箱造型的浇注砂型转运至地坑7，完成升液管11与砂型上的浇口对接；
(8)将压缩空气通过压缩空气接口送入保温炉8内，向保温炉8内铝液施加压力，使得铝液通过升液管11进入到砂型内；具体的，所述的压缩空气向保温炉内铝液施加的压力为0.6MPa-1.6MPa，完成浇注作业后关闭压缩空气；
(9)浇注完成后卸除真空砂箱1的负压，干砂自动溃散，待铸件冷却后，清除铸件表面3D打印壳型即可得到铸件毛坯。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对产品的三维图进行预处理，删除无法铸造成型的细微特征，加工面增加加工余量后，模型整体放缩水，根据产品结构特征设计好浇注系统并完成浇注系统三维图形绘制，得到产品铸造工艺图，然后再运用三维软件绘制出砂型壳体三维模型；
(2)使用3D打印机打印出绘制好的铸造砂型，将打印好的砂型型腔内部积砂、棱角、毛刺等清理干净后，将砂型浸涂涂层，浸涂后将砂型置于烘箱中烘干；
(3)将烘烤完成的砂型进行合型，得到浇注壳型；在底板上铺一层PE薄膜，将薄膜的边缘用磁铁吸附在真空砂箱的四周，将壳型放置在底板上，使壳型底部凸起扣在底板上的孔内，将真空箱扣到所述的底板上并锁固；
(4)向真空砂箱内加入干的石英砂直至加满，将砂表刮平，盖上一层PE薄膜，然后用磁铁将薄膜的边缘吸附在真空砂箱的四周；
(5)将真空管插在真空砂箱的抽真空接口上，对真空砂箱进行抽真空，并保持压力在-0.030MPa～0.035MPa之间；
(6)将处理好的铝液转入坩埚中，合上保温炉的炉盖，将保温炉放入地坑；
(7)将完成V法快速埋箱造型的浇注砂型转运至地坑，完成升液管与砂型上的浇口对接；
(8)将压缩空气通过压缩空气接口送入保温炉内，向保温炉内铝液施加压力，完成浇注作业，关闭压缩空气；
(9)浇注完成后卸除真空砂箱的负压，干砂自动溃散，待铸件冷却后，清除铸件表面3D打印壳型即可得到铸件毛坯。
2.根据权利要求1所述的高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，其特征在于，步骤(2)中，3D打印机打印出铸造砂型中，内模砂型采用随型镂空结构，外模砂型采用随型结构，砂型的壁厚为30-35mm，强度为5.5MPa-6.0MPa。
3.根据权利要求1所述的高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，其特征在于，步骤(2)中，砂型浸涂涂层的厚度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，其特征在于，步骤(2)中，砂型处于烘箱中的烘烤条件包括，烘烤温度为180℃、烘烤时间为4-6小时。
5.根据权利要求1所述的高性能铝合金铸件无模成型铸造方法，其特征在于，步骤(8)中，压缩空气向保温炉内铝液施加的压力为0.6MPa-1.6MPa。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200714 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |