CN114178471B - 铸造方法及铸造模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属铸造技术领域，尤其涉及一种铸造方法及铸造模具。本公开实施例提供的铸造方法，包括：绘制铸件的三维模型；对铸件的三维模型进行处理，得到铸造模具的三维模型；对铸造模具的三维模型进行结构处理，得到浇注模具的三维模型；使用UV光固化陶瓷浆料根据浇注模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇注模具的素坯；对浇注模具的素坯进行后处理；对浇注模具的素坯进行脱脂烧结处理，得到铸型的烧结件；使用浇注模具进行浇注，得到铸件。本申请公开的铸造方法采用3D打印的方式打印出浇注模具，有效地避免了出现产生气泡缺陷；避免了出现塑料模具外壳的脱除导致铸型产生变形和缺陷；操作方法更加简单，且用时减少，更加便捷。

Description

铸造方法及铸造模具
技术领域
本发明涉及金属铸造技术领域，尤其涉及一种铸造方法及铸造模具。
背景技术
目前，高端金属零部件多采用精密铸造获得，例如航空发动机涡轮叶片、涡流器、旋流器等。复杂的零件如航空发动机空心涡轮叶片，铸造工艺复杂，周期长，一般包括如下步骤：设计制备型芯模具、制备陶瓷型芯、设计制备压蜡模具、压蜡模、挂浆制壳、焙烧脱蜡、浇注等。其中，模具的设计和制造需要较长的周期和较大的成本，且修改困难。
现有技术中，关于铸型模具的制造方法包括陶瓷注浆法，该方法基于光固化快速成型的型芯型壳一体化石膏铸型制造方法，属于石膏铸型快速制造领域，包括：S1采用光固化快速成型设备制造用于灌注石膏铸型的原型树脂件；S2配制浆料；S3在真空注型机中，将步骤S1制得的原型树脂件和步骤 S2配制的浆料，进行充型浇注，浇注后静置待凝固，制得石膏素坯；S4将石膏素坯烧结去除原型树脂件，制得石膏铸型。
现有的铸型模具的制造方法由于采用灌浆成型容易产生气泡缺陷，且对于精细结构不易充型；塑料模具外壳的脱除容易使铸型产生变形和缺陷；三维模型设计更复杂，对设计要求更高，耗时长。
发明内容
本发明提供一种铸造方法及铸造模具，可有效地解决上述或者其他潜在技术问题。
本发明的第一个方面是提供一种铸造方法，包括绘制铸件的三维模型；对铸件的三维模型进行处理，得到铸造模具的三维模型；对铸造模具的三维模型进行结构处理，得到浇注模具的三维模型；使用UV光固化陶瓷浆料根据浇注模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇注模具的素坯；对浇注模具的素坯进行后处理；使用浇注模具进行浇注，得到铸件。
在根据第一方面的可选的实施例中，对铸件的三维模型进行处理，具体包括：对铸件的三维模型进行抽壳处理，得到模腔的三维模型；在模腔的三维模型上绘制浇口的三维模型；绘制连通浇口和模腔的过滤通孔，得到铸造模具的三维模型。需要说明的是，本申请中根据铸件的三维模型进行抽壳处理，得到模腔的三维模型，使得绘制模腔的三维模型的操作更加简单便捷，提高了绘图速率。
在根据第一方面的可选的实施例中，对铸造模具的三维模型进行结构处理，还包括：在铸造模具的三维模型上绘制加强筋、冷却空腔和型芯槽；对绘制有加强筋、冷却空腔和型芯槽的铸造模具的三维模型进行分型处理，得到浇注模具的三维模型。需要说明的是，绘制加强筋用于提高铸造模具结构的稳定性，保证浇注过程的稳定性，设置冷却空腔可有效地对铸造模具进行散热，设置型芯槽便于在完成金属液的浇注冷却后，去除型芯，进而便于去除铸造模具。
在根据第一方面的可选的实施例中，对绘制有加强筋、冷却空腔和型芯槽的铸造模具的三维模型进行分型处理，具体包括：以铸造模具的弯折处为分型面，沿着分型面将铸造模具的三维模型分割为至少两个铸型单元；在相邻两个铸型单元绘制装配结构。需要说明的是，以铸造模具的弯折处为分型面，将铸造模具的三维模型分割为至少两个铸型单元，分块进行打印，可将复杂结构简单化，可保证打印出复杂的零件模型，同时分块打印，每一铸型单元的素坯在进行后处理过程中，便于进行后处理，便于对内腔进行精准处理，保证铸型单元的结构精度，进而保证铸造模具的精度，使得加工的铸件更加精密。
在根据第一方面的可选的实施例中，对浇注模具的素坯进行后处理，具体包括：清洗、干燥；去除多余支撑结构；对表面缺陷进行检查和修补；将相邻两个铸型单元进行粘接。需要说明的是，在对浇注模具的素坯进行后处理过程中，清洗，干燥可保证浇注模具的素坯内部的清洁，避免打印残渣影响浇注铸件的精度；去除多余支撑结构可将多余的支撑件去除避免影响浇注铸件；对表面缺陷进行检查和修补，进一步确保浇注模具素坯结构的准确性与稳定性；将相邻两个铸型单元进行粘接，分型打印之后，分别进行检测后，进行组装得到组装的浇注模具。
在根据第一方面的可选的实施例中，使用热固化剂和UV光固化陶瓷浆料混合组成的粘接剂将相邻两个铸型单元进行粘接；其中，热固化剂的质量占比为UV光固化陶瓷浆料的0.01％～1％。需要说明的是，粘接剂采用热固化剂和UV光固化陶瓷浆料混合组成，可更好地对相邻两个铸型单元进行融合粘接，进一步保证粘接的稳定性。
在根据第一方面的可选的实施例中，将相邻两个铸型单元进行粘接，具体包括：组装全部的铸型单元；在组装后的相邻两个铸型单元的分型面处涂设粘接剂，并用UV光照射固化；将固化后的浇注模具进行烘烤，烘烤温度为60℃～150℃，烘烤时间为5min～60min。需要说明的是，在分型面处涂设粘接剂，并用UV光照射固化，随后进行烘烤。可有效地保证相邻两个铸型单元粘接的牢固性。
在根据第一方面的可选的实施例中，UV光固化陶瓷浆料包括陶瓷粉体和液体粘结剂；液体粘结剂包括UV组分和助剂；UV组分包含UV单体、UV 交联剂、UV低聚物和UV活性稀释剂；助剂包括分散剂，光引发剂和阻聚剂； UV单体包括水溶性UV单体和高折射率UV单体。需要说明的是，为了更好地适应3D打印，在本申请中公开的UV光固化陶瓷浆料中包含有液体粘结剂，进一步地，液体粘结剂中包含有UV组分，且UV组分中的水溶性UV单体和高折射率UV单体；其中的水溶性UV单体材料的添加使得打印出的浇注模具的素坯直接采用水进行清洗即可，使得清洗过程更加简单，然而在传统技术中，在清洗过程中，需要采用专门的清洗剂进行清洗，清洗过程复杂，且费时费力；其中的高折射率UV单体可有效地提高打印出的浇注模具的素坯的精度；其中的UV交联剂为多官能团活性UV材料，为树脂聚合固化提供交联点，使陶瓷素坯具有较高的强度；其中的UV活性稀释剂为低粘度UV 材料，用于降低浆料黏度并保证浆料的光固化活性；UV低聚物为长链或大分子UV材料，用于提高陶瓷素坯的力学性能，降低固化收缩率，调节浆料的塑性；其中的UV低聚物用于保证液体粘结剂适宜的聚合收缩率。同时助剂中的分散剂用于调整浆料适宜的黏度；助剂中的光引发剂用于保证适宜的聚合效率；助剂中的阻聚剂用于保证UV光固化陶瓷浆料长时间储存不产生自聚合。
在根据第一方面的可选的实施例中，陶瓷粉体的体积含量占比为 40％～75％，液体粘结剂的体积含量占比为25％～60％，助剂的质量占比不超过液体粘结剂的20％；和/或，水溶性UV单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酰吗啉、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇接枝\嵌段丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种；和/或，高折射率UV单体为苯乙氧基改性丙烯酸酯类单体、苯基苯酚乙氧基丙烯酸酯、聚乙二醇邻苯基苯醚丙烯酸酯、2-苯硫基乙基丙烯酸酯、DSMAgiSyn 2818、(8)乙氧化四溴双酚A二丙烯酸酯、(4)乙氧化双酚S二丙烯酸酯、(10)乙氧化双酚S二丙烯酸酯、9,9-双 [4-(2-丙烯酰氧基)苯基]芴中的一种或多种；和/或，UV交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双-季戊四醇六丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种；和/或，UV低聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯,聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改质聚酯丙烯酸酯、双酚A 环氧丙烯酸酯、改性邻甲酚醛环氧丙烯酸酯、环氧大豆油丙烯酸酯、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物、胺改质聚醚类丙烯酸酯中的一种或多种；和/或， UV活性稀释剂为乙氧化2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、乙氧化壬基酚丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚 A二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
本发明的第二个方面还提供一种铸造模具，包括型壳、型芯以及浇口；型壳具备有第一成型部以及第二成型部，第一成型部与第二成型部均为圆筒状结构，第一成型部的内径大于第二成型部的内径；第一成型部与第二成型部的端部连接，且第一成型部与第二成型部的内腔同轴线连通；浇口设置为喇叭状结构，浇口的小尺寸端与第二成型部远离第一成型部的端部连接，且浇口与第二成型部的内腔连通；型芯沿着第一成型部的底部延伸至第二成型部靠近浇口的端部；型芯与第一成型部以及第二成型部同轴心，使得第一成型部以及第二成型部的内腔为环形腔。
在根据第二方面的可选的实施例中，型壳的外侧壁设置有加强筋，加强筋一端连接于第一成型部和/或第二成型部的外侧壁，另一端连接于浇口的外侧壁；第一成型部与第二成型部分体设置，第一成型部与第二成型部的连接处设置有相配合的卡槽或卡键；浇口与第二成型部的连接处设置有过滤通孔；第一成型部和/或第二成型部的侧壁内设有冷却空腔。
本公开实施例提供的铸造方法，包括：绘制铸件的三维模型；对铸件的三维模型进行处理，得到铸造模具的三维模型；对铸造模具的三维模型进行结构处理，得到浇注模具的三维模型；使用UV光固化陶瓷浆料根据浇注模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇注模具的素坯；对浇注模具素坯进行后处理；对浇注模具的素坯进行脱脂烧结处理，得到铸型的烧结件；使用浇注模具进行浇注，得到铸件。本申请公开的铸造方法采用3D打印的方式打印出浇注模具，相比陶瓷注浆形成的模具，有效地避免了出现产生气泡缺陷；无需设置铸件模具的注浆模具因此也避免了出现塑料模具外壳的脱除导致铸型产生变形和缺陷；同时无需绘制模具的注浆模具，无需制造注浆模具，操作方法更加简单，且用时减少，更加便捷。最后，本申请采用的UV 光固化陶瓷浆料作为原料打印铸造模具，更加便于清洗以及精度更高。
本公开提供的铸造模具，基于上述的制造方法，因此也具备有上述的技术效果。
本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明，其中：
图1为本公开实施例提供的铸造方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的铸造方法中的铸件的整体结构示意图；
图3为本公开实施例提供的铸造方法中的型壳以及型芯的整体结构示意图；
图4为本公开实施例提供的铸造方法中的铸造模具的结构示意图；
图5为本公开实施例提供的铸造方法中的浇注模具的结构示意图；
图6为本公开实施例提供的铸造方法中的分型时的铸造模具的结构示意图。
附图标记：
111-第一圆柱体；112-第二圆柱体；
113-第一圆孔；
131-型壳；132-型芯；
133-浇口；134-过滤通孔；
135-加强筋；136-冷却空腔；
137-型芯槽；
151-分型面；153-卡键。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
应当理解的是，下面的实施例并不限制本发明所保护的方法中各步骤的执行顺序。本发明的方法的各个步骤在不相互矛盾的情况下能够以任意可能的顺序并且能够以循环的方式来执行。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
现有技术中，关于铸型模具的制造方法包括陶瓷注浆法，该方法基于光固化快速成型的型芯型壳一体化石膏铸型制造方法，属于石膏铸型快速制造领域，包括：S1采用光固化快速成型设备制造用于灌注石膏铸型的原型树脂件；S2配制浆料；S3在真空注型机中，将步骤S1制得的原型树脂件和步骤 S2配制的浆料，进行充型浇注，浇注后静置待凝固，制得石膏素坯；S4将石膏素坯烧结去除原型树脂件，制得石膏铸型。
现有的铸型模具的制造方法由于采用灌浆成型容易产生气泡缺陷，且对于精细结构不易充型；塑料模具外壳的脱除容易使铸型产生变形和缺陷；三维模型设计更复杂，对设计要求更高，耗时长。
有鉴于此，本公开实施例提供的铸造方法，包括：绘制铸件的三维模型；对铸件的三维模型进行处理，得到铸造模具的三维模型；对铸造模具的三维模型进行结构处理，得到浇注模具的三维模型；使用UV光固化陶瓷浆料根据浇注模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇注模具的素坯；对浇注模具的素坯进行后处理；对浇注模具的素坯进行脱脂烧结处理，得到铸型的烧结件；使用浇注模具进行浇注，得到铸件。本申请公开的铸造方法采用3D 打印的方式打印出浇注模具，相比陶瓷注浆形成的模具，有效地避免了出现产生气泡缺陷；无需设置铸件模具的注浆模具因此也避免了出现塑料模具外壳的脱除导致铸型产生变形和缺陷；同时无需绘制模具的注浆模具，无需制造注浆模具，操作方法更加简单，且用时减少，更加便捷。最后，本申请采用的UV光固化陶瓷浆料作为原料打印铸造模具，更加便于清洗以及精度更高。
请参照图1，本申请实施例提供的铸造方法，包括绘制铸件的三维模型；对铸件的三维模型进行处理，得到铸造模具的三维模型；对铸造模具的三维模型进行结构处理，得到浇注模具的三维模型；使用UV光固化陶瓷浆料根据浇注模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇注模具的素坯；对浇注模具的素坯进行后处理；对浇注模具的素坯进行脱脂烧结处理，得到铸型的烧结件；使用浇注模具进行浇注，得到铸件。
请参照图2，示例性地，绘制铸件的三维模型，具体包括：定义XOZ平面为第一基准面，在第一基准面内绘制第一圆形，并沿着+Y轴方向拉伸成第一圆柱体111；以第一圆柱体111的顶面或底面为第二基准面，在第二基准面内绘制第二圆形，第二圆形的圆心与第一圆形的圆形重合，第二圆形的直径小于第一圆形的直径，沿着+Y轴方向将第二圆形拉伸成第二圆柱体112；以第二圆柱体112远离第一圆柱体111的端面为第三基准面，在第三基准面内绘制第三圆形，第三圆形的圆心与第二圆形的圆心重合，第三圆形的直径小于第二圆形的直径，沿着－Y轴方向将第三圆形切除为第一圆孔113，第一圆孔113贯穿第一圆柱体111以及第二圆柱体112，以得到铸件的三维模型。需要说明的是，这里并不对铸件的具体结构进行限定，在其他具体实施例中，可以根据用户的实际需求，适应性地替换为其他铸件的具体结构。
示例性地，在本实施中，绘制铸件的三维模型所采用的三维建模软件可以为solidworks、UG、3DS MAX、Autodesk Inventor、犀牛、MAYA或C4D，绘制铸件的三维模型后，可将其存储为STL格式。示例性地，在本实施例中，采用的三维建模软件为solidworks。
请参照图3，示例性地，对铸件的三维模型进行处理，具体包括：对铸件的三维模型进行抽壳处理，得到模腔的三维模型；在模腔的三维模型上绘制浇口133的三维模型；绘制连通浇口133和模腔的过滤通孔134，得到铸造模具的三维模型。需要说明的是，本申请中根据铸件的三维模型进行抽壳处理，得到模腔的三维模型，使得绘制模腔的三维模型的操作更加简单便捷，提高了绘图速率。具体地，在绘制过程中，以铸件的三维模型为基础，进行抽壳处理，得到型壳131以及型芯132，型壳131的内腔与铸件的三维模型的外表面相匹配，型芯132的外表面与铸件的三维模型的第一圆孔113相匹配；
请参照图4，沿着型壳131的轴向方向，以型壳131的顶端或底端为第四基准面绘制与顶端面或者底端面相同的第四圆形，向上拉伸，同时设定向外拔模角度形成圆锥台，对圆锥体进行抽壳得到喇叭状的浇口133；
在浇口133与型壳131连接处，在第四基准面上绘制第二圆孔，并将第二圆孔进行圆环阵列得到圆形组，其中，圆环的内圆与第三圆形相同，圆环的外圆与第二圆形相同；沿着－Y轴或+Y轴方向将圆形组切除，得到连通浇口133与型壳131内腔的过滤通孔134；得到铸型。
示例性，在本实施例中，对铸件的三维模型进行抽壳处理，具体包括：以存储为STL格式的铸件为基础，采用magics、10Dim或Chitu软件进行绘制得到模腔的三维模型。示例性地，在本实施例中，采用magics软件，向 magics软件中导入STL格式的铸件，进行向外抽壳操作，壳厚设定为 1mm-20mm，得到模腔的三维模型。示例性地，壳厚设定为10mm。
请参照图5，在可选地示例性实施例中，对铸造模具的三维模型进行结构处理，还包括：在铸造模具的三维模型上绘制加强筋135、冷却空腔136 和型芯槽137；对绘制有加强筋135、冷却空腔136和型芯槽137的铸造模具的三维模型进行分型处理，得到浇注模具的三维模型。需要说明的是，绘制加强筋135用于提高铸造模具结构的稳定性，保证浇注过程的稳定性，设置冷却空腔136可有效地对铸造模具进行散热，设置型芯槽137便于在完成金属液的浇注冷却后，去除型芯132，进而便于去除铸造模具。示例性地，加强筋135设置环绕型壳131设置，加强筋135的两端分别连接浇口133的侧壁以及型壳131的外侧壁。需要说明的是，如此设置，可提高铸造模具的整体稳定性。示例性地，加强筋135设置为网格状。示例性地，冷却空腔136 为设置于型壳131侧壁内，且环绕型壳131侧壁设置。需要说明的是，如此设置可保证降温的均匀性。
请参照图6，在可选地示例性实施例中，对绘制有加强筋135、冷却空腔136和型芯槽137的铸造模具的三维模型进行分型处理，具体包括：以铸造模具的弯折处为分型面151，沿着分型面151将铸造模具的三维模型分割为至少两个铸型单元；在相邻两个铸型单元绘制装配结构。需要说明的是，以铸造模具的弯折处为分型面151，将铸造模具的三维模型分割为至少两个铸型单元，分块进行打印，可将复杂结构简单化，可保证打印出复杂的零件模型，同时分块打印，每一铸型单元的素坯在进行后处理过程中，便于进行后处理，便于对内腔进行精准处理，保证铸型单元的结构精度，进而保证铸造模具的精度，使得加工的铸件更加精密。示例性地，在本实施例中，铸造模具的三维模型进行了一次分割，也即仅示出了一个分型面151，可以理解的，这里并不对分型面151的具体数量进行限定，在其他具体实施例中，可以根据用户的需求，根据铸造模具的具体结构，对铸造模具的三维模型的机构进行分析，可参照弯折处并结合结构的复杂程度，适应性地选择分型面151以及设计分型面151的具体个数。
在可选地示例性实施例中，使用UV光固化陶瓷浆料根据浇筑模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇筑模具，具体包括：将浇筑模具的三维模型进行切片，其中，切片的厚度为5μm～300μm；使用切片的数据进行3D 打印。示例性地，切片的厚度可以为25μm、50μm或者100μm。具体地，在本实施例中，将获得的铸造模具的三维模型进行切片，得到切片图片数据包，并将数据包导入3D打印设备中；其中，3D打印设备为选区激光扫描3D打印设备或数字光处理技术3D打印设备。3D打印设备的光源能量密度不低于 10mW/cm2，3D打印设备的单层曝光能量密度不低于100mJ/cm2。示例性地， 3D打印设备的光源能量密度为20mW/cm2，3D打印设备的单层曝光能量密度为150mJ/cm2。
在可选地示例性实施例中，对浇注模具的素坯进行后处理，具体包括：清洗、干燥；去除多余支撑结构；对表面缺陷进行检查和修补；将相邻两个铸型单元进行粘接。需要说明的是，在对浇注模具的素坯进行后处理过程中，清洗，干燥可保证浇注模具的素坯内部的清洁，避免打印残渣影响浇注铸件的精度；去除多余支撑结构可将多余的支撑件去除避免影响浇注铸件；对表面缺陷进行检查和修补，进一步确保浇注模具的素坯结构的准确性与稳定性；将相邻两个铸型单元进行粘接，分型打印之后，分别进行检测后，进行组装得到组装的浇注模具。
示例性地，在本实施例中，在将相邻两个铸型单元进行粘接过程中，采用的粘接剂可以为热固化剂和UV光固化陶瓷浆料混合组成；其中，热固化剂的质量占比为UV光固化陶瓷浆料的0.01％～1％。需要说明的是，粘接剂采用热固化剂和UV光固化陶瓷浆料混合组成，可更好地对相邻两个铸型单元进行融合粘接，进一步保证粘接的稳定性。示例性地，热固化剂的质量占比为UV光固化陶瓷浆料的0.01％～1％，示例性地，在本实施例中，热固化剂的质量占比为UV光固化陶瓷浆料的0.5％。
示例性地，将相邻两个铸型单元进行粘接，具体包括：组装全部的铸型单元；在组装后的相邻两个铸型单元的分型面151处涂设粘接剂，并用UV 光照射固化；将固化后的浇注模具进行烘烤，烘烤温度为60℃～150℃，烘烤时间为5min～60min。需要说明的是，在分型面151处涂设粘接剂，并用UV 光照射固化，随后进行烘烤。可有效地保证相邻两个铸型单元粘接的牢固性。示例性地，烘烤温度为100℃，烘烤时间为30min。
示例性地，对浇注模具的素坯进行脱脂烧结处理，得到铸型的烧结件。具体包括：将铸型放入烧结炉中，升温速率调整为0.5℃/min～10℃/min，并设置保温台阶；在温度升高至100℃时，保温1h～6h；在温度升高至200℃时，保温1h～6h；在温度升高至300℃时，保温1h～6h；在温度升高至400℃时，保温1h～6h；在温度升高至500℃时，保温2h～8h；在温度从500℃升温至1000℃保温0.5h～1h，并调整升温速率为5℃/min～10℃/min；在温度从1000℃升温至1200℃～1600℃时，保温1～8h，升温速率调整为0.5℃/min～5℃/min；在冷却至室温时，在为1000℃以上时，调整冷却速率不高于20℃/min。需要说明的是，在升温过程中，温度升高至400℃之前设置保温台阶可保证在加热过程烧结炉内的温度保持均匀，进而有效地避免在烧结过程中出现模具变形等现象。在升温至500℃时，进行保温可保证粘接剂脱除干净。还需要说明的是，在为1000℃以上时，调整冷却速率不高于20℃/min，可避免降温过快降低烧结炉的使用寿命。
在一个具体实施例中，将铸型放入烧结炉中，升温速率调整为2℃/min，并设置保温台阶；在温度升高至100℃时，保温1h；在温度升高至200℃时，保温2h；在温度升高至300℃时，保温4h；在温度升高至400℃时，保温5h；在温度升高至500℃时，保温6h；在温度从500℃升温至1000℃保温1h，并调整升温速率为5℃/min；最终的温度值取决于粉体的含量，例如，粉体为氧化铝时，最终的烧结温度为1600℃；当粉体为氧化锆时，最终的烧结温度为1480℃或者1500℃。同理保温时长以及升温速率随着粉体的具体材料进行适应性地调节。
示例性地，在对铸型的素坯进行脱脂烧结，得到铸型的烧结件后，还包括对铸型的烧结件进行检测。
示例性地，在对铸型的烧结件进行检测后，还可以对铸型的烧结件进行强化，得到铸造模具。具体地，包括：将铸型的烧结件放置在强化液中浸泡并烘干，以强化浇筑模具；强化液包括环氧树脂、固化剂和稀释剂；环氧树脂、固化剂和稀释剂的质量比例为1：1：4。示例性地，强化液还包括醇基硅溶胶，醇基硅溶胶的质量占比不高于10％。其中醇基硅溶胶用作高温强化剂。
示例性地，强化液的制作方法：将环氧树脂、固化剂、稀释剂和醇基硅溶胶按照比例均匀混合后静置1h，进行除泡，获得强化液。
在可选地示例性实施例中，UV光固化陶瓷浆料包括陶瓷粉体和液体粘结剂；液体粘结剂包括UV组分和助剂；UV组分包含UV单体、UV交联剂、 UV低聚物和UV活性稀释剂；助剂包括分散剂，光引发剂和阻聚剂；UV单体包括水溶性UV单体和高折射率UV单体。需要说明的是，为了更好地适应3D打印，在本申请中公开的UV光固化陶瓷浆料中包含有液体粘结剂，进一步地，液体粘结剂中包含有UV组分，且UV组分中的水溶性UV单体和高折射率UV单体；其中的水溶性UV单体材料的添加使得打印出的浇注模具的素坯直接采用水进行清洗即可，使得清洗过程更加简单，然而在传统技术中，在清洗过程中，需要采用专门的清洗剂进行清洗，清洗过程复杂，且费时费力；其中的高折射率UV单体可有效地提高打印出的浇注模具的素坯的精度；其中的UV交联剂为多官能团活性UV材料，为树脂聚合固化提供交联点，使陶瓷素坯具有较高的强度；其中的UV活性稀释剂为低粘度UV 材料，用于降低浆料黏度并保证浆料的光固化活性；UV低聚物为长链或大分子UV材料，用于提高陶瓷素坯的力学性能，降低固化收缩率，调节浆料的塑性；其中的UV低聚物用于保证液体粘结剂适宜的聚合收缩率。同时助剂中的分散剂用于调整浆料适宜的黏度；助剂中的光引发剂用于保证适宜的聚合效率；助剂中的阻聚剂用于保证UV光固化陶瓷浆料长时间储存不产生自聚合。
在可选地示例性实施例中，陶瓷粉体的体积含量占比为40％～75％，液体粘结剂的体积含量占比为25％～60％，助剂的质量占比不超过液体粘结剂的 20％。
示例性地，水溶性UV单体的质量占比不低于UV组分的5％，用于保证后续打印出的浇注模具的素坯清洗效率。
示例性地，高折射率UV单体的质量占比不低于UV组分的10％，用于提高UV光固化陶瓷浆料的打印精度。
示例性地，UV低聚物的质量占比不低于UV组分的10％，用于保证粘结剂较低的聚合收缩率。
示例性地，光引发剂的质量占比为UV组分中的0.2％～5％，用于保证UV 光固化陶瓷浆料具有较高的聚合效率。
示例性地，UV组分中的阻聚剂的浓度百分比不低于500ppm，用于保证 UV光固化陶瓷浆料长时间储存不产生自聚合。
示例性地，分散剂的质量占比为陶瓷粉体的0.5％～10％，用于将UV光固化陶瓷浆料的黏度范围调整为0.5Pa·s～100Pa·s。
示例性地，在一个具体实施例中，陶瓷粉体的体积含量占比为60％，液体粘结剂的体积含量占比为40％；其中，水溶性UV单体的质量占比为液体粘结剂的12％；高折射率UV单体的质量占比为液体粘结剂的28％；UV交联剂的质量占比为液体粘结剂的10％；UV低聚物的质量占比为液体粘结剂的20％；UV活性稀释剂的质量占比为液体粘结剂的20％；其中，助剂的质量含量占比为液体粘结剂的10％，分别为：分散剂的质量占比为液体粘结剂的8％；光引发剂的质量占比为液体粘结剂的1％；阻聚剂的质量占比为液体粘结剂的1％。
示例性地，助剂还包括改性剂、消泡剂、流平剂、抗沉助剂、光吸收剂、塑化剂中的一种或多种。
示例性地，水溶性UV单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酰吗啉、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇接枝\嵌段丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种。
示例性地，高折射率UV单体为苯乙氧基改性丙烯酸酯类单体、苯基苯酚乙氧基丙烯酸酯、聚乙二醇邻苯基苯醚丙烯酸酯、2-苯硫基乙基丙烯酸酯、 DSMAgiSyn 2818、(8)乙氧化四溴双酚A二丙烯酸酯、(4)乙氧化双酚S二丙烯酸酯、(10)乙氧化双酚S二丙烯酸酯、9,9-双[4-(2-丙烯酰氧基)苯基]芴中的一种或多种。
示例性地，UV交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双-季戊四醇六丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。
示例性地，UV低聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯,聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改质聚酯丙烯酸酯、双酚A环氧丙烯酸酯、改性邻甲酚醛环氧丙烯酸酯、环氧大豆油丙烯酸酯、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物、胺改质聚醚类丙烯酸酯中的一种或多种。
示例性地，UV活性稀释剂为乙氧化2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、乙氧化壬基酚丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
示例性地，陶瓷粉体为熔融石英二氧化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化镁、氧化钇、氧化钙中的一种或多种。示例性地，陶瓷粉体的粒径为 0.5um～200um。
示例性地，陶瓷粉体中含有纳米陶瓷粉，纳米陶瓷粉的质量占比为陶瓷粉体的1％～10％。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的UV光固化陶瓷浆料，按照体积百分比以及质量百分比包括以下组分：
Figure BDA0003385017130000151
制备方法包括：UV光固化陶瓷浆料的制备包括：
1)将陶瓷粉加入液体粘接剂中，利用机械搅拌机将二者混匀，搅拌时间为20min，得到混匀物；
2)将混匀物倒入球磨罐中，加入磨球密封，用球磨机球磨6h；
3)将磨球过滤后，利用真空脱泡机对浆料进行真空脱泡处理10mim，得到UV光固化陶瓷浆料。
实施例2
本实施例的UV光固化陶瓷浆料，按照体积百分比以及质量百分比包括以下组分：
Figure BDA0003385017130000152
Figure BDA0003385017130000161
本实施例2的UV光固化陶瓷浆料的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
实施例3
本实施例的UV光固化陶瓷浆料，按照体积百分比以及质量百分比包括以下组分：
Figure BDA0003385017130000162
本实施例3的UV光固化陶瓷浆料的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
对比例1
Figure BDA0003385017130000171
本对比实施例1中的陶瓷浆料的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
对比例2
Figure BDA0003385017130000172
本对比实施例2中的陶瓷浆料的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
对比例3
Figure BDA0003385017130000181
本对比实施例3中的陶瓷浆料的制备方法与实施例1中的制备方法相同。
试验例
将上述实施例和对比例按同样的方法配制光固化浆料，分别在25℃下测试黏度、固化强度、固化精度、水清洗能力进行测量和比较，根据测量效果定义好、良、中、差。结果如下表所示：
Figure BDA0003385017130000182
Figure BDA0003385017130000191
需要说明的是，上述“好、良、中、差”是基于上述几组实施例作为对比的情形下进行排序测评的结论。
本公开还提供了一种铸造模具，包括型壳131、型芯132以及浇口133；型壳131具备有第一成型部以及第二成型部，第一成型部与第二成型部均为圆筒状结构，第一成型部的内径大于第二成型部的内径；第一成型部与第二成型部的端部连接，且第一成型部与第二成型部的内腔同轴线连通；浇口133 设置为喇叭状结构，浇口133的小尺寸端与第二成型部远离第一成型部的端部连接，且浇口133与第二成型部的内腔连通；型芯132沿着第一成型部的底部延伸至第二成型部靠近浇口133的端部；型芯132与第一成型部以及第二成型部同轴心，使得第一成型部以及第二成型部的内腔为环形腔。
在可选地示例性实施例中，型壳131的外侧壁设置有加强筋135，加强筋135一端连接于第一成型部和/或第二成型部的外侧壁，另一端连接于浇口 133的外侧壁；第一成型部与第二成型部分体设置，第一成型部与第二成型部的连接处设置有相配合的卡槽或卡键153；浇口133与第二成型部的连接处设置有过滤通孔134；第一成型部和/或第二成型部的侧壁内设有冷却空腔 136。需要说明的是，需要说明的是，设置加强筋135用于提高铸造模具结构的稳定性，保证浇注过程的稳定性，设置冷却空腔136可有效地对铸造模具进行散热，设置型芯槽137便于在完成金属液的浇注冷却后，去除型芯132，进而便于去除铸造模具。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (8)

1.一种铸造方法，其特征在于，包括：
绘制铸件的三维模型；
对所述铸件的三维模型进行处理，得到铸造模具的三维模型；
对所述铸造模具的三维模型进行结构处理，得到浇注模具的三维模型，
具体包括：在所述铸造模具的三维模型上绘制加强筋、冷却空腔和型芯槽；
对绘制有加强筋、冷却空腔和型芯槽的铸造模具的三维模型进行分型处理，得到所述浇注模具的三维模型；
具体包括：以铸造模具的弯折处为分型面，沿着所述分型面将所述铸造模具的三维模型分割为至少两个铸型单元；
在相邻两个铸型单元绘制装配结构；
使用UV光固化陶瓷浆料根据所述浇注模具的三维模型通过3D打印的方式打印出浇注模具的素坯；
对所述浇注模具的素坯进行后处理；
对所述浇注模具的素坯进行脱脂烧结处理，得到铸型的烧结件；
使用所述浇注模具进行浇注，得到所述铸件；
所述UV光固化陶瓷浆料包括陶瓷粉体和液体粘结剂；所述液体粘结剂包括UV组分和助剂；所述UV组分包含UV单体、UV交联剂、UV低聚物和UV活性稀释剂；所述助剂包括分散剂，光引发剂和阻聚剂；所述UV单体包括水溶性UV单体和高折射率UV单体。
2.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述对所述铸件的三维模型进行处理，具体包括：
对所述铸件的三维模型进行抽壳处理，得到模腔的三维模型；
在所述模腔的三维模型上绘制浇口的三维模型；
绘制连通所述浇口和所述模腔的过滤通孔，得到所述铸造模具的三维模型。
3.根据权利要求1或2所述的铸造方法，其特征在于，所述对所述浇注模具素坯进行后处理，具体包括：
清洗、干燥；
去除多余支撑结构；
对表面缺陷进行检查和修补；
将相邻两个铸型单元进行粘接。
4.根据权利要求3所述的铸造方法，其特征在于，使用热固化剂和所述UV光固化陶瓷浆料混合组成的粘接剂将相邻两个铸型单元进行粘接；其中，所述热固化剂的质量占比为所述UV光固化陶瓷浆料的0.01％～1％。
5.根据权利要求4所述的铸造方法，其特征在于，所述将相邻两个铸型单元进行粘接，具体包括：
组装全部的所述铸型单元；
在组装后的相邻两个所述铸型单元的分型面处涂设所述粘接剂，并用UV光照射固化；
将固化后的所述浇注模具进行烘烤，烘烤温度为60℃～150℃，烘烤时间为5min～60min。
6.根据权利要求1或2所述的铸造方法，其特征在于，所述陶瓷粉体的体积含量占比为40％～75％，所述液体粘结剂的体积含量占比为25％～60％，所述助剂的质量占比不超过所述液体粘结剂的20％；和/或，
所述水溶性UV单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酰吗啉、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇接枝\嵌段丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种；和/或，
所述高折射率UV单体为苯乙氧基改性丙烯酸酯类单体、苯基苯酚乙氧基丙烯酸酯、聚乙二醇邻苯基苯醚丙烯酸酯、2-苯硫基乙基丙烯酸酯、DSMAgiSyn 2818、(8)乙氧化四溴双酚A二丙烯酸酯、(4)乙氧化双酚S二丙烯酸酯、(10)乙氧化双酚S二丙烯酸酯、9,9-双[4-(2-丙烯酰氧基)苯基]芴中的一种或多种；和/或，
所述UV交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双-季戊四醇六丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种；和/或，
所述UV低聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、改性环氧丙烯酸酯,聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改质聚酯丙烯酸酯、双酚A环氧丙烯酸酯、改性邻甲酚醛环氧丙烯酸酯、环氧大豆油丙烯酸酯、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物、胺改质聚醚类丙烯酸酯中的一种或多种；和/或，
所述UV活性稀释剂为乙氧化2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、乙氧化壬基酚丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
7.一种实现权利要求1至6中任一项所述的铸造方法的铸造模具，其特征在于，包括型壳、型芯以及浇口；所述型壳具备有第一成型部以及第二成型部，所述第一成型部与所述第二成型部均为圆筒状结构，所述第一成型部的内径大于所述第二成型部的内径；所述第一成型部与所述第二成型部的端部连接，且所述第一成型部与所述第二成型部的内腔同轴线连通；
所述浇口设置为喇叭状结构，所述浇口的小尺寸端与所述第二成型部远离所述第一成型部的端部连接，且所述浇口与所述第二成型部的内腔连通；
所述型芯沿着所述第一成型部的底部延伸至所述第二成型部靠近所述浇口的端部；所述型芯与所述第一成型部以及所述第二成型部同轴心，使得所述第一成型部以及所述第二成型部的内腔为环形腔。
8.根据权利要求7所述的铸造模具，其特征在于，所述型壳的外侧壁设置有加强筋，所述加强筋一端连接于所述第一成型部和/或所述第二成型部的外侧壁，另一端连接于所述浇口的外侧壁；
所述第一成型部与所述第二成型部分体设置，所述第一成型部与所述第二成型部的连接处设置有相配合的卡槽或卡键；
所述浇口与所述第二成型部的连接处设置有过滤通孔；
所述第一成型部和/或所述第二成型部的侧壁内设有冷却空腔。
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