CN114850400A - 一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，属于铸造快速成形领域。该方法根据铸件特点，选用合适的型砂，制成大小合适的树脂砂块及冷冻砂块，在加工设备上切削加工得到合适的薄壳砂型及冷冻砂坯：将冷冻砂坯装配在薄壳砂型周围，用干砂或湿砂填补空隙，并用围框将其围绕固定，得到冷冻复合铸型；最后在室温或冷冻下进行浇注，获得最终铸件。该方法采用水作为外部砂型的粘接剂，内部采用树脂砂薄壳砂型，大幅度减少了树脂固化剂使用量，降低了刺激性有毒气体的排放，可解决铸件性能难以控制，铸件脱模困难，废砂回收利用成本高等问题，是一种环保绿色的快速铸造方法。该方法适用于大型复杂金属铸件快速开发试制和小批量生产。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法。本方法可以调控铸造过程中的温度场，改善铸件晶粒结构及其性能，同时降低了树脂的使用量，减少了有害气体的产生，并且落砂容易，冷冻砂块部分落砂可以直接回收利用，减少了废砂的产生。本方法适用于大型复杂金属件单件小批量生产和零部件快速开发试制。
背景技术
铸造是获得金属部件毛坯的主要方法之一，是机械工业的重要基础工艺。传统的铸造工艺存在模具制造困难，生产周期长；铸造过程中有机粘结剂烧结产生大量刺激性有毒气体；铸件冷却时间长，落砂困难；铸造过程中温度场难以控制，铸件晶粒不均，性能难以控制；废砂过多，回收处理困难等问题。
无模铸型制造工艺是将快速成型工艺与传统砂型工艺结合。目前典型的CAD直接铸型工艺主要有3D微滴喷射打印及基于去除加工原理的无模铸造技术。
基于去除加工原理的无模铸造技术是使用CAD模型直接驱动数控机床置对砂坯进行切削成铸型,获得直接用于铸造的铸型,最后合模浇注。该技术不需要预先制作木模模样,具有制造周期短、成形速度快、成本低、砂型/砂芯一体化制造及可制造出复杂形状铸件等优点。
总之在现有技术中,对于新产品快速开发及单件小批量零部件生产来说,存在开发成本高，铸型整体采用有机树脂或其他溶液作为粘结剂，导致浇注过程中铸件冷却缓慢，温度场无法进行有效控制，导致铸件内部晶粒尺寸不均，同时厚实的树脂砂落砂困难，后续废砂回收再利用成本过高,并且树脂在浇注过程中产生大量有害气体污染环境。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，方法是内层采用合适比例的树脂及固化剂与型砂混合均匀，在常温下翻模得到薄壳砂型或固化形成砂坯，由加工设备加工形成薄壳砂型；外部则是装配适量的以水为粘结剂并在冷冻环境下固化成形的冷冻砂坯，并将其用围框固定。该方法节省了木模或金属模，降低生产成本，缩短了零件生产周期；仅内层采用薄壳树脂砂型，外层采用大量冷冻砂型，大幅度减少了树脂固化剂使用量，降低了刺激性有毒气体的排放；大大提高了铸件的冷却速率，降低了落砂难度；外层冷冻砂型仅以水作为粘结剂，价格低廉，废砂可回收处理，符合绿色发展理念。
一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，该方法适用于铸造大型零件小批量生产和快速开发试制过程,具体实施步骤为：(1)将树脂与固化剂各按型砂1％～3％的质量分数与型砂均匀混合，装入模具置于室温下进行固化(2)待型砂固化后，得到树脂砂坯(3)在室温下将树脂砂坯固定于成形设备进行切削加工，得到砂型/芯单元(4)在室温下将各砂型/芯单元进行组装，得到所需的薄壳砂型(5)将型砂质量分数1％～8％的水与型砂均匀混合后，装入模具中，并置于冷冻环境下进行固化，待型砂冷冻固化后，直接得到所需冷冻砂型单元，或者将固化后的冷冻砂坯进行切削加工得到所需的冷冻砂型单元(6)将所得冻砂型单元装配在薄壳砂型周围，四周用围框加以固定，缝隙处填入干砂或加水湿润过的型砂，使其与薄壳树脂砂型紧密结合，得到冷冻复合铸型(7)在室温环境下对冷冻复合铸型进行浇注(8)金属液凝固过程中或完全成形后，冷冻砂型单元吸热后自动溃散，直接收集废砂回收利用(9)对薄壳砂型进行人工落砂，得到所需铸件。
进一步的，所述的薄壳砂型的砂坯所用粘结剂为树脂及固化剂，大大降低了有机粘结剂的使用量，减少了刺激性有害气体的产生。
进一步的，所述的薄壳砂型的砂坯固化方法为室温下静置固化。
进一步的，所述的冷冻砂坯所用粘结剂为水,不使用有机粘结剂，不产生有害气体，符合绿色环保发展理念。
进一步的，所述的冷冻砂坯固化方法为在-40℃—0℃的环境下静置固化，冷冻密封保存。
进一步的，所述的薄壳砂型的砂型/芯单元可由模具直接翻模得到，也可以通过成形设备切削加工得到。
进一步的，所述的薄壳砂型可以是单一砂型，也可以由多个砂型/芯单元组装得到。
进一步的，所述的冷冻砂坯按需要装配在薄壳砂型周围，缝隙处用干砂或湿砂填补，四周用围框加以固定，实现冷冻砂坯和薄壳砂型的紧密配合，提高铸型冷却效率。
进一步的，所述的浇注环境为室温状态。
进一步的，所述的金属液凝固成形后，冷冻砂型自动溃散，废砂可直接进行回收利用。
进一步的，所述的金属液冷却成形后，薄壳砂型需人工落砂，废砂需进行处理后再回收。
进一步的，所述的所述型砂为铸造用石英砂或特种砂的一种或多种，目数可以为50/100、70/140、100/200。
根据所述的方法，本发明具有以下的优势：1.该方法中的薄壳树脂砂型节省了木模或金属模，降低了生产成本，缩短了零件生产周期；2.仅内层采用薄壳树脂砂型，外层采用大量冷冻砂型，大幅度减少了树脂固化剂使用量，降低了刺激性有毒气体的排放；3.加快了铸件的冷却速率，提高了铸件的力学性能；4.外层冷冻砂型仅以水作为粘结剂，生产成本低，废砂可直接回收利用，符合绿色发展理念。
附图说明
图1：铸型装配示意图。
图中：1、围框；2、冷冻砂型；3、薄壳树脂砂型。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施过程进行详细说明。
本发明以某砂型下箱为例,步骤如下。
步骤1：根据本发明工艺要求,内部薄壳树脂砂型(3)的砂坯选择铸造常用粒度为70/140目的硅砂,粘结剂选用树脂固化剂,将树脂及固化剂分别按照型砂的1％质量比例混合,均匀混合后备用。
步骤2：将混合均匀的型砂,填充砂箱中,紧实之后并刮平表面,将砂箱置于常温环境下固化,待固化后制成砂坯。
步骤3：外部冷冻砂型(2)的砂坯选择铸造常用粒度为70/140目的硅砂,粘结剂选用水,将水按照型砂的3％质量比例混合,均匀混合后备用。
步骤4：将混合均匀的型砂,填充砂箱中,紧实之后并刮平表面,将砂箱置于冷冻环境下固化,待固化后制成砂坯。
步骤5：从砂箱中取出砂坯,将砂箱放置在常温环境,清理待下次使用。将树脂砂坯置于加工平台上,必须保证加工平台区域干净、无浮砂,并加以固定等待加工。
步骤6：根据该零件CAD模型反求砂型,生成加工程序,输入加工设备,由加工设备切削加工成所需砂型或砂芯单元。
步骤7：将切削成形的树脂砂型/砂芯单元组合成薄壳砂型(3)并与冷冻砂块(2)装配成型，其装配缝隙用干砂进行填补，用围框(1)加以固定，如图所示。
步骤8：在常温环境下进行浇注，金属液凝固过程中或完全成形后，冷冻砂型单元(2)吸热后自动溃散，可直接收集废砂回收利用；
步骤9：内层树脂薄壳砂型(3)由人工落砂，得到铸件,部分废砂进行回收处理。
以上所述仅为本发明的基本步骤而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (12)
1.一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：将树脂与固化剂各按型砂1％～3％的质量分数与型砂均匀混合，装入模具置于室温下进行固化；
步骤2：待型砂固化后，得到树脂砂坯；
步骤3：在室温下将树脂砂坯固定于成形设备进行切削加工，得到砂型/芯单元；
步骤4：在室温下将各砂型/芯单元进行组装，得到所需的薄壳砂型；
步骤5：将型砂质量分数1％～8％的水与型砂均匀混合后，装入模具中，并置于冷冻环境下进行固化，待型砂冷冻固化后，直接得到所需冷冻砂型单元，或者将固化后的冷冻砂坯进行切削加工得到所需的冷冻砂型单元；
步骤6：将所得冻砂型单元装配在薄壳砂型周围，四周用围框加以固定，缝隙处填入干砂或加水湿润过的型砂，使其与薄壳树脂砂型紧密结合，得到冷冻复合铸型；
步骤7：在室温环境下对冷冻复合铸型进行浇注；
步骤8：金属液凝固过程中或完全成形后，冷冻砂型单元吸热后自动溃散，直接收集废砂回收利用；
步骤9：对薄壳砂型进行人工落砂，得到所需铸件。
2.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，薄壳砂型的砂坯所用粘结剂为树脂及固化剂。
3.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，薄壳砂型的砂坯固化方法为室温下静置固化。
4.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，冷冻砂坯所用粘结剂为水。
5.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，冷冻砂坯固化方法为在-40℃—0℃的环境下静置固化，冷冻密封保存。
6.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，薄壳砂型的砂型/芯单元可由模具直接翻模得到，也可以通过成形设备切削加工得到。
7.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，薄壳砂型可以是单一砂型，也可以由多个砂型/芯单元组装得到。
8.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，冷冻砂坯按需要装配在薄壳砂型周围，缝隙处用干砂或湿砂填补，四周用围框加以固定。
9.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，浇注环境为室温状态。
10.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，金属液凝固成形后，冷冻砂型自动溃散，废砂可直接进行回收利用。
11.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，金属液冷却成形后，薄壳砂型需人工落砂，废砂需进行处理后再回收。
12.根据要求1所述的一种基于冷冻复合铸型的快速铸造方法，其特征在于，所述型砂为铸造用石英砂或特种砂的一种或多种。
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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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220805 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |