CN113020543B - 一种砂型芯成型方法及喷墨打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于快速成型技术领域，公开了一种砂型芯成型方法及喷墨打印装置。该砂型芯成型方法包括以下步骤：将型砂和第一固化剂预混合并对其进行干燥处理；对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，以形成多个砂粒单体；将多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，并完成铺砂过程，其中第一固化剂的添加量大于第二固化剂的添加量。该砂型芯成型方法随着第二固化剂添加量的减少，砂粒单体之间的粘接力和铺砂的阻力也减少，从而避免因砂粒聚集和板结导致铺砂器堵塞的情况。该砂型芯成型方法不破坏型砂，能保留型砂本身的形貌和性能，同时型砂与第一固化剂预混，无需再额外增加其他成型材料，简化工艺的同时，保持固化剂的成型性能。

Description

一种砂型芯成型方法及喷墨打印装置
技术领域
本发明涉及快速成型技术领域，尤其涉及一种砂型芯成型方法及喷墨打印装置。
背景技术
砂子作为铸造用砂型芯的重要组成部分，砂子的品种和性能对铸件质量起着至关重要的作用。为了满足型芯需求和铸件质量，砂子的种类不仅限于天然砂，还需要开发和应用不同类型的人造砂，并使用不同种类的用砂方式。
现有砂型芯成型方式最广泛使用的就是砂型芯喷墨打印成型，在成型时，先将型砂与固化剂混合，然后直接在工作箱中逐层铺砂，最后喷射粘结剂成型。型砂一般采用熔融陶瓷砂，熔融陶瓷砂为一种人造砂，因其具有较好的粒形、耐火度和导热性能，从而在传统树脂砂及覆膜砂制芯中得到广泛应用。
当利用砂型芯喷墨打印进行快速成型时，由于熔融陶瓷砂的表面致密且非常光滑，在熔融陶瓷砂先和固化剂混合后，固化剂并不会像其他种类砂子一样，渗于孔洞、凹槽及凹坑等，而是覆盖于圆滑的熔融陶瓷砂表面，这大大增加了砂粒间的粘结力，使得混砂时阻力增大，铺砂困难，在较长时间后堵塞铺砂器。如果减小固化剂量，虽然可以进行铺砂，但是由于固化剂含量过低，难以保证成型后的强度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砂型芯成型方法及喷墨打印装置，减少堵塞的风险的同时，具有良好的成型性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种砂型芯成型方法，包括以下步骤：
将型砂和第一固化剂预混合并对其进行干燥处理；
对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，以形成多个砂粒单体；
将多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，并完成铺砂过程，其中第一固化剂的添加量大于第二固化剂的添加量。
作为优选，在研磨步骤和二次混合步骤之间包括以下步骤：对砂粒单体进行筛分。
作为优选，所述筛分包括以下步骤：
如果砂粒单体的直径小于等于预设直径，将砂粒单体和第二固化剂进行二次混合；
如果砂粒单体的直径大于预设直径，将砂粒单体进行剔除。
作为优选，采用振动筛对砂粒单体进行筛分。
作为优选，利用冲气力冲击砂粒单体进行筛分。
作为优选，在对型砂和第一固化剂干燥处理的同时，进行静置处理。
作为优选，在完成铺砂过程后喷射粘结剂，以完成成型过程。
作为优选，型砂为熔融陶瓷砂。
作为优选，型砂中砂粒的直径小于0.3mm。
为达上述目的，本发明还提供了一种喷墨打印装置，采用上述的砂型芯成型方法进行打印成型。
本发明的有益效果：
本发明提供的砂型芯成型方法，通过将型砂和第一固化剂完成预混合并对其进行干燥处理，使第一固化剂能够在型砂的表面形成结晶状物质，降低了型砂表面的光滑度，避免第二固化剂在二次混合时砂粒具有较大的粘结力。采用型砂和第一固化剂预处理的方式，在型砂应用于喷墨打印时，具有较好的铺砂效果和成型性能，从而实现快速成型和型芯铸造。
在型砂和第一固化剂完成预混合后，会在型砂的各个砂粒之间形成连接桥，通过对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，使砂粒之间撞击和摩擦，型砂再次变成散状颗粒，在砂粒间的连接桥断裂之后，多个砂粒单体彼此相互独立，避免板结成块的情况。
由于在预混合时添加了一定剂量的第一固化剂，在二次混合时仍然可以起到了一定的固化作用，当多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，第一固化剂的添加量大于第二固化剂的添加量，即第二固化剂只需要少量的添加量就能达到所需的成型性能，与现有技术相比，随着第二固化剂添加量的减少，砂粒单体之间的粘接力和铺砂的阻力也减少，从而避免因砂粒聚集和板结导致铺砂器堵塞的情况。
该砂型芯成型方法不破坏型砂，保留型砂本身的形貌和性能，同时型砂与第一固化剂预混合，无需再额外增加其他成型材料，简化工艺的同时，保持第二固化剂的成型性能，该砂型芯成型方法，处理方法简单，易于实现。
本发明还提供了一种喷墨打印装置，采用上述的砂型芯成型方法进行打印成型，以解决熔融陶瓷砂在喷墨打印时，在铺砂器中聚集和板结导致落砂困难甚至堵塞铺砂器的问题，使其具有较好的铺砂效果和成型性能。
附图说明
图1是本发明砂型芯成型方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
当砂型芯喷墨打印时，需要先将固化剂和型砂进行混合，如果型砂表面质地比较致密，固化剂覆盖于型砂圆滑的表面，会增加砂粒间的粘结力，以在铺砂器中聚集和板结，从而导致落砂困难甚至堵塞铺砂器的情况。但是如果减小固化剂的添加量，虽然可以完成铺砂的操作，但是因固化剂含量过低，难以保证成型后的强度要求。
为了解决这个问题，本实施例提供了一种砂型芯成型方法，适用于喷墨打印技术领域。如图1所示，该砂型芯成型方法包括以下步骤：先将型砂和第一固化剂预混合并对其进行干燥处理，再对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，以形成多个砂粒单体，之后将多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，并完成铺砂过程。其中，第一固化剂和第二固化剂的成分相同，区别仅在于使用的步骤顺序和添加量，第一固化剂的添加量大于第二固化剂的添加量。
本实施例提供的砂型芯成型方法，通过将型砂和第一固化剂完成预混合并对其进行干燥处理，使第一固化剂能够在型砂的表面形成结晶状物质，降低了型砂表面的光滑度，避免第二固化剂在二次混合时砂粒具有较大的粘结力。采用型砂和第一固化剂预处理的方式，在型砂应用于喷墨打印时，具有较好的铺砂效果和成型性能，从而实现快速成型和型芯铸造。
在型砂和第一固化剂完成预混合后，会在型砂的各个砂粒之间形成连接桥，通过对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，使砂粒之间撞击和摩擦，型砂再次变成散状颗粒，在砂粒间的连接桥断裂之后，多个砂粒单体彼此相互独立，避免板结成块的情况。
由于在预混合时添加了一定剂量的第一固化剂，在二次混合时仍然可以起到了一定的固化作用，当多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，第一固化剂的添加量大于第二固化剂的添加量，即第二固化剂只需要少量的添加量就能达到所需的成型性能，与现有技术相比，随着第二固化剂添加量的减少，砂粒单体之间的粘接力和铺砂的阻力也减少，从而避免因砂粒聚集和板结导致铺砂器堵塞的情况。
该砂型芯成型方法不破坏型砂，能保留型砂本身的形貌和性能，同时型砂与第一固化剂预混合，无需再额外增加其他成型材料，简化工艺的同时，保持第二固化剂的成型性能，且该砂型芯成型方法处理方法简单，易于实现。
进一步地，型砂具体可以为锆砂、镁砂、石灰石砂、碳质砂、陶粒砂或其它陶瓷粉中任意一种，本实施例优选型砂为陶粒砂，具体为熔融陶瓷砂。熔融陶瓷砂为矿石原料经熔融后吹制而成，熔融陶瓷砂的表面致密且光滑。型砂中砂粒的直径小于0.3mm，砂粒的直径比较小，避免砂粒在两次混合固化剂后直径过大而堵塞铺砂器的情况。
在型砂和第一固化剂预混合之后，需要对其进行干燥处理，可选地，处理环境可以为自然状态或干燥环境，可以理解的是，自然状态下的烘干成本较低，干燥环境能够加快型砂和第一固化剂的烘干，但是生产成本较高，具体采用哪种处理环境可以根据实际生产需要进行调整。
在对型砂和第一固化剂干燥处理的同时，还可以进行静置处理，静置处理的时间可以为24h、48h及72h等，静置处理起到了固化作用，进一步保证型砂和第一固化剂的定型效果。
在研磨过程中，可以将其中一些砂粒之间的连接桥磨断，但是另外一些连接桥无法磨断，会导致砂粒的尺寸变大直接堵塞铺砂器的情况，为了解决这个问题，在研磨步骤和二次混合步骤之间包括以下步骤：对砂粒单体进行筛分，以完成对砂粒单体进行筛选。具体地，筛分过程包括以下步骤：如果砂粒单体的直径小于等于预设直径，将砂粒单体和第二固化剂进行二次混合；如果砂粒单体的直径大于预设直径，将砂粒单体进行剔除。采用这种方式，能够将一些连接桥无法断裂的大颗粒砂粒单体进行筛除，避免砂粒单体聚团而堵塞铺砂器的情况。
对于砂粒单体的筛分可以采用以下两种方式：
第一种，采用振动筛对砂粒单体进行筛分，在将砂粒单体放置于筛网后，通过振动驱动源振动筛网，使砂粒单体在筛网上振动。振动筛上的筛孔直径大约为预设直径，如果砂粒单体的直径小于等于预设直径，砂粒单体会从筛孔中漏出并通过收集桶进行收集；如果砂粒单体的直径大于预设直径，砂粒单体会滞留在筛网上，将筛网倾斜，以将砂粒单体倾倒在废料桶内。采用振动筛，可以保证砂粒单体的直径在小于预设直径范围之内，使砂粒单体的直径近似保持一致，筛选效果好。
第二种，利用冲气力冲击砂粒单体进行筛分。由于在干燥处理之后，各个砂粒之间的连接桥有可能处于不稳定状态，为此，在干燥处理之后，利用冲气力对砂粒单体进行冲击，起到了对砂粒单体初步打散的作用，在研磨和冲气力冲击的共同作用下，以保证砂粒单体的相互独立性。
将完成筛分后的砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，以完成铺砂过程，最后在完成铺砂过程后喷射粘结剂，以完成成型过程。通过喷射粘结剂，使砂粒单体和第二固化剂形成的整体结构的固定效果好，从而保证成型效果。
为了便于理解，以以下两种实施方式分别进行描述。
第一实施方式
选取500kg熔融陶瓷砂，组分为0.15％的第一固化剂，并将型砂和第一固化剂预混合后，在干燥环境中自然放置48h，在研磨后采用振动筛进行筛分，筛后的砂粒单体加入第二固化剂进行二次混合，在完成铺砂之后，喷射粘结剂完成成型过程。
第二实施方式
选取500kg熔融陶瓷砂，组分为0.25％的第一固化剂，并将型砂和第一固化剂预混合后，在自然状态下放置72h，在研磨后利用冲气力冲击砂粒单体进行筛分，筛后的砂粒单体加入第二固化剂进行二次混合，在完成铺砂之后，喷射粘结剂完成成型过程。
第一实施方式和第二实施方式均具有较好的落砂效果，在分别对第一实施方式、第二实施方式成型的砂芯进行性能测试时，第一实施方式成型的砂芯的抗拉强度大约为1.3MPa，第二实施方式成型的砂芯的抗拉强度大约为1.5MPa，两种实施方式均具有良好的强度性能。
本实施例提供的砂型芯成型方法的步骤如下所示：
S1、将型砂和第一固化剂预混合；
S2、在对型砂和第一固化剂干燥处理的同时，进行静置处理；
S3、对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，以形成多个砂粒单体；
S4、对砂粒单体进行筛分；
S5、将多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，以完成铺砂过程；
S6、喷射粘结剂，以完成成型过程。
本实施例还提供了一种喷墨打印装置，采用上述的砂型芯成型方法进行打印成型，以解决熔融陶瓷砂在喷墨打印时，在铺砂器中聚集和板结导致落砂困难甚至堵塞铺砂器的问题，使其具有较好的铺砂效果和成型性能。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种砂型芯成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
将型砂和第一固化剂预混合并对其进行干燥处理；
对完成干燥处理的型砂和第一固化剂进行研磨，以形成多个砂粒单体；
将多个砂粒单体和第二固化剂进行二次混合，并完成铺砂过程，其中第一固化剂的添加量大于第二固化剂的添加量；
第一固化剂和第二固化剂的成分相同。
2.根据权利要求1所述的砂型芯成型方法，其特征在于，在研磨步骤和二次混合步骤之间包括以下步骤：对砂粒单体进行筛分。
3.根据权利要求2所述的砂型芯成型方法，其特征在于，所述筛分包括以下步骤：
如果砂粒单体的直径小于等于预设直径，将砂粒单体和第二固化剂进行二次混合；
如果砂粒单体的直径大于预设直径，将砂粒单体进行剔除。
4.根据权利要求2所述的砂型芯成型方法，其特征在于，采用振动筛对砂粒单体进行筛分。
5.根据权利要求2所述的砂型芯成型方法，其特征在于，利用冲气力冲击砂粒单体进行筛分。
6.根据权利要求1所述的砂型芯成型方法，其特征在于，在对型砂和第一固化剂干燥处理的同时，进行静置处理。
7.根据权利要求1所述的砂型芯成型方法，其特征在于，在完成铺砂过程后喷射粘结剂，以完成成型过程。
8.根据权利要求1所述的砂型芯成型方法，其特征在于，型砂为熔融陶瓷砂。
9.根据权利要求1所述的砂型芯成型方法，其特征在于，型砂中砂粒的直径小于0.3mm。
10.一种喷墨打印装置，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的砂型芯成型方法进行打印成型。
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