CN111804872A - 一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，包括步骤：S1、将3D打印获得的零件聚苯乙烯阳膜制作成模组；S2、选择合适尺寸的砂箱；S3、向模组四周的砂箱内注入覆膜砂至模组顶部，振实砂箱内覆膜砂；S4、将砂箱放入加热箱内，升高加热箱温度至聚苯乙烯玻璃化转变温度；S5、继续升高加热箱内温度至聚苯乙烯熔融温度；S6、缓慢翻转砂箱，将聚苯乙烯熔融液倒出；S7、启动吹风机构，彻底清除砂箱内聚苯乙烯残留液；S8、取出已固化的覆膜砂型腔，将覆膜砂型腔四周进行；S9、实施浇注、凝固、落件、清理等铸件成型的后工序操作，获取快速样件。本发明成型方法大大节省了铸造制壳的周期，从而解决阳模快速打印、型壳快速制造，样件快速成型的问题。

Description

一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术领域，尤其涉及一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法。

背景技术

熔模铸造快速原型样件通常采用3D打印技术(包括SLA、SLS、LOM、FDM等技术)先打印一个树脂、塑料、聚苯乙烯或复合材料的阳模，再在阳模表面按熔模铸造制壳工艺进行多层制壳、焙烧、浇注；通过3D技术快速打印阳模，节省了制造金属模具(再来制作阳模/蜡模)的时间。但是，尽管3D打印节省了阳模/聚苯乙烯模的制造周期，但精密铸造制壳周期长，一定程度也影响了“快速制造”的内涵：国内普遍的精密铸造企业，无论是全硅溶胶还是复合型壳，制壳周期大多3天或以上，大型零件制壳层数多，周期则更长。解决阳模快速打印、型壳快速制造，才能真正实现精密铸造的“快速成型”。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，用来解决现有技术中3D打印阳膜后，铸造制壳周期长，样件无法真正实现快速成型的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，包括如下步骤：

S1、将3D打印获得的零件聚苯乙烯阳膜制作成模组；

S2、根据模组尺寸，选择合适尺寸的砂箱；

S3、砂箱底部先铺设不少于6mm厚的覆膜砂层，将模组至于砂箱中部，继续向模组四周的砂箱内注入覆膜砂至模组顶部，启动振砂机，振实砂箱内覆膜砂；

S4、将砂箱放入带有翻转机构的加热箱内，升高加热箱温度至聚苯乙烯玻璃化转变温度以上20℃，视模组大小保温10～20分钟；

S5、继续升高加热箱内温度至聚苯乙烯熔融温度10℃以上，保温3～5分钟；

S6、缓慢翻转砂箱，将聚苯乙烯熔融液倒出并用容器收集；

S7、启动吹风机构，彻底清除砂箱内聚苯乙烯残留液；

S8、打开加热箱，取出砂箱，再从砂箱中取出已固化的覆膜砂型腔，将覆膜砂型腔四周进行加固，顶部漏出浇口杯；

S9、按零件成分要求，配置并熔炼好金属液，实施浇注、凝固、落件、清理等铸件成型的后工序操作，获取快速样件。

优选的，在步骤S1中，所述的模组是利用乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔后粘接聚苯乙烯阳模及聚苯乙烯泡沫压制的浇口棒、浇口杯而制成。

优选的，在步骤S2中，砂箱为不锈钢材质，根据模组的尺寸大小，砂箱选择的尺寸为砂箱与模组的边距控制在4mm～6mm范围内。

优选的，在步骤S3中，所述覆膜砂为氧化锆作为原砂、酚醛树脂作为粘接剂的混合物。

优选的，在步骤S4中，加热箱内温度为115～120℃。

优选的，在步骤S5中，加热箱温度为245～250℃。

优选的，在步骤S7中，所述吹风机构设置在加热箱内下方，吹风机构的吹风口对准浇口杯部位并朝模组型腔内吹风，使聚苯乙烯余液在风力作用下彻底从模组型腔内祛除干净。

优选的，在步骤S8中，砂箱自上而下设置有2～3°的拔模斜度。

优选的，在进行步骤S9时，还包括在浇口杯上放置金属网。

本发明的相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)、本发明通过3D打印获得聚苯乙烯材质的零件阳膜，通过在砂箱中填充覆膜砂将零件阳膜进行包裹。通过加热箱对砂箱进行加热，一方面用来熔化聚苯乙烯阳模；另一方面，聚苯乙烯的熔化温度正好与覆膜砂烧结固化温度相当，从而建立覆膜砂型壳的强度。通过在加热箱中旋转砂箱，倒掉原来是固态现在是液态的阳模，形成覆膜砂型壳阴模空腔，从而为后面浇注使用。相对于现有的精密铸造制壳技术技术而言，一般都是经过5层以上的制壳，硅溶胶每层周期都在4～10h，制壳周期在3天及以上。本发明成型方法大大节省了铸造制壳的周期，从而解决阳模快速打印、型壳快速制造，样件快速成型的问题。

(2)、本发明通过在加热箱底部设置吹风机构，在翻转砂箱并倾倒完聚苯乙烯溶液后，通过吹风机构的吹风口对准浇口杯部位并朝模组型腔内吹风，使聚苯乙烯余液在风力作用下彻底从模组型腔内祛除干净，避免了后续浇注时金属液与聚苯乙烯发生化学及物理反应，造成增碳、出现气孔等缺陷，从而影响样件的成型质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的快速成型方法的流程图；

图2为本发明所公开的加热时的状态示意图；

图3为本发明所公开的步骤S6-S7的状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，结合图2和3，本发明实施例公开了一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，包括如下步骤：

S1、利用3D打印技术制作零件的阳模，3D打印技术可以为SLA、SLS、LOM、FDM等技术。阳膜选择聚苯乙烯材质，因聚苯乙烯为3D打印行业成本最低的材料。再利用乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔后粘接聚苯乙烯阳模及聚苯乙烯泡沫压制的浇口棒、浇口杯制成模组1。

S2、根据模组1尺寸，选择合适尺寸的砂箱2。在本发明中，砂箱2为不锈钢材质，根据模组1的尺寸大小，砂箱2选择的尺寸为砂箱2与模组1的边距控制在4mm～6mm范围内。由此以来，可以保证砂箱2中的覆膜砂3在烧结固化后形成的覆膜砂型壳阴模空腔在满足强度的同时，不至于浪费材料。

S3、砂箱2底部先铺设不少于6mm厚的覆膜砂3层，将模组1至于砂箱2中部，继续向模组1四周的砂箱2内注入覆膜砂3至模组1顶部，启动振砂机，振实砂箱2内覆膜砂3；在本步骤中，先在砂箱2底部铺设不少于6mm的覆膜砂3层，可以方便将模组1放置在砂箱2内底部的覆膜砂3层上，对模组1起到一定的承载力，防止人工手动放置模组1时候无法准确控制模组1底部距离砂箱2底面的距离，有可能造成后续覆膜砂型壳阴模底部薄弱，强度不够，进而造成后续浇注时漏钢、跑火现象。通过振砂机对砂箱2进行振动，覆膜砂3由于存在一定的流动性，可以使模组1四周的覆膜砂3填实模组1与砂箱2之间的空隙，避免造成后续烧结固化后覆膜砂型壳阴模出现气孔。通过振砂机振实砂箱2内覆膜砂3，最终使覆膜砂3覆盖模组1顶部，只漏出浇口杯。

S4、待覆膜砂3填实砂箱2后，将砂箱2放入带有翻转机构5的加热箱4内，升高加热箱4温度至聚苯乙烯玻璃化转变温度以上20℃，具体的，加热温度为115～120℃，视模组1大小保温10～20分钟。此过程是使聚苯乙烯加热到软化点，保温10～20分钟，使聚苯乙烯充分软化。

S5、继续升高加热箱4内温度至聚苯乙烯熔融温度10°以上，具体的，加热箱4温度为245～250℃，保温3～5分钟。在此步骤作用下，聚苯乙烯到达完全熔融状态时，加热箱4的温度刚好满足砂箱2内覆膜砂3的固化烧结温度，因此，使得聚苯乙烯模组1由原来的固态阳膜转变成液体阳膜，同时形成覆膜砂型壳阴模空腔，便于后面浇注使用。

S6、通过翻转机构5对砂箱2进行缓慢翻转，将砂箱2内的聚苯乙烯溶液倒出并用容器7收集，此操作步骤是用来清除砂箱2内的聚苯乙烯溶液，保留覆膜砂型壳阴模空腔，便于后面浇注使用。

S7、启动吹风机构6，吹风机构6设置在加热箱4内下方，吹风机构6的吹风口对准浇口杯部位并朝模组1型腔内吹风，使聚苯乙烯余液在风力作用下彻底从模组1型腔内祛除干净。避免了后续浇注时金属液与聚苯乙烯发生化学及物理反应，造成增碳、出现气孔等缺陷，从而影响样件的成型质量。

S8、打开加热箱4，将砂箱2取出，再从砂箱2中取出已固化的覆膜砂3型腔，将覆膜砂3型腔四周进行加固，顶部漏出浇口杯；优选的，覆膜砂3型腔从砂箱2中脱出后，可以选择另一个尺寸较大的砂箱2，将覆膜砂3型腔放置与砂箱2的中部，并采用废砂将覆膜砂3型腔四周填埋，使得覆膜砂3型腔顶部只漏出浇口杯，采用这样的工艺方法，其目的在于增加覆膜砂3型腔抵抗钢水浇注时压强，预防浇注漏钢、跑火现象发生。覆膜砂3顶部漏出浇口杯便于进行金属液浇注。

S9、零件的覆膜砂3型阴模型壳成型后，按照零件材质材质要求，配置并熔炼好金属液，实施浇注、凝固、落件、清理等铸件成型的后工序操作，最终获取快速样件。

采用上述技术方案，通过3D打印获得聚苯乙烯材质的零件阳膜，通过在砂箱2中填充覆膜砂3将零件阳膜进行包裹。通过加热箱4对砂箱2进行加热，一方面用来熔化聚苯乙烯阳模；另一方面，聚苯乙烯的熔化温度正好与覆膜砂3烧结固化温度相当，从而建立覆膜砂型壳的强度。通过在加热箱4中旋转砂箱2，倒掉原来是固态现在是液态的阳模，形成覆膜砂型壳阴模空腔，从而为后面浇注使用。相对于现有的精密铸造制壳技术技术而言，一般铸造零件都是经过5层以上的制壳，硅溶胶每层周期都在4～10h，制壳周期在3天及以上。而通过本发明的快速成型方法，在得到覆膜砂型壳阴模，整个过程仅仅需要1～2个小时，大大节省了铸造制壳的周期，从而解决阳模快速打印、型壳快速制造，样件快速成型的问题。

在本发明实施例中，覆膜砂3为氧化锆作为原砂、酚醛树脂作为粘接剂的混合物。氧化锆是一种多晶质耐火纤维材料，该物质本身熔点高达2900℃，适于进行覆膜型壳的浇注，而且具有不氧化的特性，避免了聚苯乙烯或金属液与之发生氧化反应。酚醛树脂作为粘接剂，提高氧化锆原砂的粘接力。

在本实施中，砂箱2自上而下设置有2～3°的拔模斜度。由此以来，方便将覆膜砂3型腔从砂箱2中脱出。

在本实施中，在进行步骤S9时，还包括在浇口杯上放置金属网。通过放置金属网，可以过滤掉金属液中的杂质，使得精铸样件质量更高。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将3D打印获得的零件聚苯乙烯阳膜制作成模组；

S2、根据模组尺寸，选择合适尺寸的砂箱；

S3、砂箱底部先铺设不少于6mm厚的覆膜砂层，将模组至于砂箱中部，继续向模组四周的砂箱内注入覆膜砂至模组顶部，启动振砂机，振实砂箱内覆膜砂；

S4、将砂箱放入带有翻转机构的加热箱内，升高加热箱温度至聚苯乙烯玻璃化转变温度以上20℃，视模组大小保温10～20分钟；

S5、继续升高加热箱内温度至聚苯乙烯熔融温度10℃以上，保温3～5分钟；

S6、缓慢翻转砂箱，将聚苯乙烯熔融液倒出并用容器收集；

S7、启动吹风机构，彻底清除砂箱内聚苯乙烯残留液；

S8、打开加热箱，取出砂箱，再从砂箱中取出已固化的覆膜砂型腔，将覆膜砂型腔四周进行加固，顶部漏出浇口杯；

S9、按零件成分要求，配置并熔炼好金属液，实施浇注、凝固、落件、清理等铸件成型的后工序操作，获取快速样件。

2.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S1中，所述的模组是利用乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔后粘接聚苯乙烯阳模及聚苯乙烯泡沫压制的浇口棒、浇口杯而制成。

3.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S2中，砂箱为不锈钢材质，根据模组的尺寸大小，砂箱选择的尺寸为砂箱与模组的边距控制在4mm～6mm范围内。

4.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S3中，所述覆膜砂为氧化锆作为原砂、酚醛树脂作为粘接剂的混合物。

5.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S4中，加热箱内温度按115～120℃。

6.如权利要求5所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S5中，加热箱温度按245～250℃。

7.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S7中，所述吹风机构设置在加热箱内下方，吹风机构的吹风口对准浇口杯部位并朝模组型腔内吹风，使聚苯乙烯余液在风力作用下彻底从模组型腔内祛除干净。

8.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在步骤S8中，砂箱自上而下设置有2～3°的拔模斜度。

9.如权利要求1所述的一种聚苯乙烯覆膜砂型壳熔模铸造快速成型方法，其特征在于：在进行步骤S9时，还包括在浇口杯上放置金属网。

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