CN208513592U - 用于制造成品部件的组件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于制造成品部件的组件，所述组件包括：主模型，所述主模型在形状上对应于所述成品部件，其中，所述主模型具有第一材料并且使用添加制造过程来创建；所述主模型的壳体，其具有位于所述主模型上的一种或多种涂层材料，其中，所述一种或多种涂层材料不同于所述第一材料；壳体空腔，位于所述壳体中并在形状上对应于所述成品部件，所述壳体空腔通过在所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型溶解而在所述壳体中创建；其中，所述组件被配置为在所述壳体空腔中浇注成型材料，使得所述成型材料硬化并达到确定的温度，以使得经硬化的所述成型材料成为所述成品部件，并且从所述成品部件周围移除所述壳体。

Description

用于制造成品部件的组件
技术领域
本公开内容总体上涉及熔模铸造过程。
背景技术
部件，特别是包括复杂几何形状的部件可以使用熔模铸造(investment casting)过程来制造。在典型的熔模铸造过程中，主模型(master pattern) 被制造成在形状上(但不一定在尺寸上)对应于期望的成品部件，并且主模型可以由诸如铝的耐用材料制成。主模型可以被储存在可能远离制造成品部件处的设施中或在制造成品部件的设施处。当顾客订购部件(或包括该部件的组件)时，相应的主模型被设置并用于构建具有在形状上对应于主模型的空腔的模具(被称为主模具)。主模具可以使用几种过程和材料中的任何一种(诸如创建主模型的硅树脂模具)来制造。将熔融的蜡浇注到主模具的空腔中，以制作在形状上对应于主模型的蜡模型。然后处理蜡模型以擦除分模线、溅射(flashing)和/或任何其他瑕疵。然后可以将限定用于成型材料进入熔模模具的空腔的路径的蜡浇口耦接至蜡模。
熔模模具(也称为壳体)接下来在称为壳形成(shelling)的过程中被制造，并且壳体通常由陶瓷材料制成，并且通过重复一系列步骤(涂覆、粉刷和硬化)直到达到期望的模具厚度。涂覆包括将蜡模型(和浇口)浸入精细材料的浆液中以创建均匀的表面涂层。在粉刷过程中，将粗陶瓷颗粒施加在精细材料上。在达到期望的厚度之后，涂层然后被允许在硬化阶段固化。
一旦壳体已经完全固化，将其翻转倒置并置于炉子或者高压釜中以熔化和/或汽化蜡模型。大多数壳体故障都发生在这一点上，因为所使用的蜡通常具有比围绕它的壳体材料大得多的热膨胀系数。因此，当蜡被加热时，它膨胀并将应力引入壳体。为了使这些应力最小化，尽可能快地加热蜡，使得外部蜡表面能够快速熔化和排出，为蜡的其余部分扩大提供空间。
然后可以预热壳体，并且可以通过浇口和蜡模型的熔化来将成型材料 (通常为熔融金属)浇注到壳体的空腔中。熔融金属可以通过将正的空气压力或其他力施加到壳体的浇口(和/或任何其他入口)而被重力浇注或按压。然后可以将壳体放入装满沙子的桶中冷却。当熔融金属已经硬化并达到合适的温度时，壳体随后被破坏以露出成品部件。然后可以清理成品部件以移除铸造过程的迹象(例如，移除浇口和/或研磨出表面缺陷)，并运送到另外的位置以进行组装或储存。
成品部件可以使用几种材料中的任何一种来制造。因为每种材料可以具有不同的热膨胀系数，所以可能需要独特的主模型(每个都具有独特的一组尺寸)以对应于用于制造相同金属部件的每种材料。例如，如果使用第一金属材料(具有第一热膨胀系数)来制造具有特定尺寸的成品部件，则必须使用独特的第一主模型来创建对应的蜡模型。然而，如果使用第二金属材料(具有第二热膨胀系数)来制造具有与由第一金属材料制成的成品部件相同的指定尺寸的成品部件，则必须使用独特的第二主模型来创建对应的蜡模型。因此，对于可以由不同材料创建的每个成品部件，必须制造并储存两个或更多个主模型。该系统造成相对高的制造成本并使制造过程复杂化。此外，创建主蜡模具增加了生产成品部件的大量时间。
实用新型内容
本实用新型鉴于现有技术中的问题而提出了一种用于制造成品部件的组件，所述组件包括：主模型，所述主模型在形状上对应于所述成品部件，其中，所述主模型具有第一材料并且使用添加制造过程来创建；所述主模型的壳体，其具有位于所述主模型上的一种或多种涂层材料，其中，所述一种或多种涂层材料不同于所述第一材料；壳体空腔，位于所述壳体中并在形状上对应于所述成品部件，所述壳体空腔通过在所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型溶解而在所述壳体中创建；其中，所述组件被配置为在所述壳体空腔中浇注成型材料，使得所述成型材料硬化并达到确定的温度，以使得经硬化的所述成型材料成为所述成品部件，并且从所述成品部件周围移除所述壳体；并且其中，所述成型材料是第二材料，所述第二材料不同于所述第一材料和所述一种或多种涂层材料。
在一个示例中，所述组件被配置为：当所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型超声地溶解。
在一个示例中，所述组件被配置为：当所述主模型处于所述壳体中时使用一种或多种化学品来使所述主模型溶解。
在一个示例中，所述组件被配置为：当所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型溶解不涉及使所述壳体经受显著的温度增加。
在一个示例中，所述主模型被配置为通过机器以逐层方式添加液体材料或粉末材料的连续层而形成。
在一个示例中，所述添加制造过程是三维印刷过程、立体光刻过程、熔融沉积成型过程、多喷头成型过程和选择性激光烧结过程中的一种。
在一个示例中，所述机器使用虚拟模型来制造所述主模型，所述虚拟模型使用计算机辅助设计程序来创建。
在一个示例中，使用计算机辅助设计程序来创建所述主模型的虚拟模型，并且所述虚拟模型被所述机器使用以制造所述主模型。
在一个示例中，所述成型材料是熔融金属。
本申请在另一个方面提供了一种制造成品部件的方法，其包括：使用添加制造过程来生成或创建主模型，所述添加制造过程是通过在材料上添加连续材料层来构建三维物体的过程。所述主模型在形状上对应于或基本上对应于成品部件，并且所述主模型由第一材料创建。所述方法还包括通过将一种或多种涂层材料的一个或多个层施加到主模型来创建所述主模型的壳体，并且所述涂层材料不同于所述第一材料。所述方法还包括在所述主模型处于所述壳体中时溶解所述主模型以在壳体中创建在形状上对应于成品部件的空腔。所述方法还包括将熔融材料浇注到所述壳体的所述空腔中，所述熔融材料是不同于所述第一材料和所述涂层材料的第二材料。所述方法另外包括允许所述熔融金属硬化和/或达到确定的温度，以使得所述熔融金属变成所述成品部件。然后所述方法包括从所述成品部件周围移除所述壳体。本实用新型以更具有时间成本和更加效率的方式提供了制作成品部件的技术方案。
附图说明
图1是制造成品部件的方法的实施例的图示；
图2是使用添加制造过程制造的主模型的实施例；
图3是具有使用添加制造过程制造的浇口的主模型的实施例；
图4是在图3的主模型的实施例周围形成的壳体的实施例；
图5是在主模型已经被溶解以在壳体内形成壳体空腔之后图4的壳体的横截面视图；
图6是在成型材料被倒入壳体空腔中之后图5的壳体的横截面视图；以及
图7是在形状上对应于图2的主模型的实施例的成品部件的实施例。
具体实施方式
如图1所示，制造成品部件的方法100包括在110处使用添加制造过程来生成或创建主模型，该添加制造过程是通过在材料上添加连续的材料层来构建三维物体的过程。主模型在形状上对应于或基本上对应于成品部件，并且主模型由第一材料创建。如在120处所示，方法100还包括通过将一种或多种涂层材料的一个或多个层施加到主模型来创建主模型的壳体，并且一种或多种涂层材料中的至少一种不同于第一材料。如在130处所示，方法100还包括当主模型处于壳体中时溶解主模型以在壳体中创建在形状上对应于成品部件的壳体空腔。如在140处所示，方法100还包括将液体材料(例如，熔融金属)浇注到壳体空腔中，液体材料是不同于第一材料和一种或多种涂层材料的第二材料。方法100另外包括允许液体材料硬化和/或达到确定的温度，使得液体材料变成成品部件，如在150处所示。如在160处所示，方法100然后包括从成品部件周围移除壳体。
如图2中所示，可以使用添加制造技术或添加制造过程来创建在形状上对应(或大致对应)于成品部件12(图7中所示)的主模型10。在一些实施例中，成品部件12可以是用在阀组件中的部件，诸如阀笼或阀塞。如前所述，添加制造过程可以是通过在材料上添加连续材料层来构建三维物体的任何添加制造过程或技术。添加制造过程可以通过任何合适的机器或机器的组合来执行。
添加制造过程可以包括几个过程中的任何一个，例如仅仅示例，三维印刷过程、立体光刻(“SLA”)过程、熔融沉积成型(“FDM”)过程、多喷头成型(“MJM”)过程和选择性激光烧结(“SLS”)过程。在一些实施例中，添加制造过程可以包括激光粉末床熔合过程。可使用任何合适的第一材料来形成主模型10，诸如塑料材料或塑料材料(例如，尼龙和/或聚碳酸酯)的组合。在一些实施例中，主模型10的两个或更多个部分可以使用添加制造过程来制造，并且主模型10的两个或更多个部分可以被耦接以形成主模型10。添加制造过程可以包括执行上述任何过程(诸如以逐层方式添加液体或粉末材料的连续层)的一个或多个机器，以制造主模型10。
添加制造过程通常可以涉及或使用计算机，三维建模软件(例如，计算机辅助设计或CAD软件)、机器设备和分层材料。在一些实施例中，生产主模型10的CAD模型(或虚拟模型)，并且执行该添加制造过程的一个或多个机器可以读取来自CAD文件和层的数据或者以逐层方式添加液体、粉末、薄片材料(例如)的连续层来制造主模型10。如前所述，CAD模型(和从CAD模型创建的主模型10)可以具有不同于成品部件的尺寸从而导致冷却过程中的材料收缩。
在一些实施例中，可以创建单个主模型10，并且可以如下文所述地脱壳单个主模型10。在这种情况下，并且如图3所示，还可以使用CAD软件创建用于成型材料进入壳体14的浇口11或路径(参见图3)，使得当使用添加制造过程来创建主模型10时，浇口11或路径也被创建。如本领域普通技术人员将理解的，可以创建任何数量的浇口11或其他路径，并且浇口11或其他路径可以具有任何合适的形状或形状的组合以允许将液体材料浇注到在主模型10被溶解之后由壳体形成的空腔中，如下文更详细描述的。
在一些实施例中，可以创建多个主模型10(称为模型簇)以作为组件进行脱壳，并且主模型可以通过一个或多个浇口11或路径连接，该一个或多个浇口11或路径允许在批量浇注成型材料的过程中成型材料进入壳体组件中的每一个对应壳体。连接主模型的一个或多个浇口或路径也可以使用 CAD软件和添加制造过程来创建。
由于每当需要主模型10时，只使用CAD模型来创建主模型10，所以完全消除了制造金属主模型、主模具和蜡模型的劳动密集型过程。此外，为每种潜在的制造材料维护不同尺寸的物理主模型的库存(inventory)是不必要的，从而进一步降低了成本和交货时间。另外，对CAD模型的微小改变可以快速而廉价地完成，而无需制造新的金属主模型的时间和费用。
在创建主模型10之后，主模型10的壳体14通过将一种或多种涂层材料16的一个或多个层施加到主模型来创建，如图4所示。在脱壳过程中，涂层材料16不同于第一材料。如前所述，壳体14可以由陶瓷材料(或多种陶瓷材料)制成，并且通过重复一系列步骤(涂覆、粉刷和硬化)直到达到期望的模具厚度来生产。
在涂覆过程(也称为“底涂”)期间，将主模型10(和附着的浇口11 或路径)浸入精细耐火材料的浆料中以创建均匀的表面涂层。用于涂覆的常用材料可以包括二氧化硅、锆石、各种硅酸铝和氧化铝。可以使用粘合剂将耐火材料保持在适当位置，并且这样的粘合剂可以包括硅酸乙酯、胶态二氧化硅、硅酸钠、以及它们的混合物，以控制pH和粘度。精细耐火材料保留了主模型10的小细节。
在涂覆过程之后，粉刷过程可以开始。在粉刷过程中，可以以任何合适的方式将粗陶瓷材料施加到主模型10(和一个或多个细熔耐火材料)。例如，通过将主模型10(和一种或多种细耐火材料)浸入流化床中、将主模型10(和细耐火材料)置于降雨型砂磨机(rainfall-sander)中、或者通过手工施加粗糙的材料，可以将粗陶瓷材料施加到主模型10(和一种或多种细耐火材料)。
可以重复涂覆过程和粉刷过程，直到壳体达到其所需的厚度。然后在硬化阶段将壳体放置干燥或完全固化，这可能需要16至48小时。通过施加真空或最小化环境湿度可以加速干燥。
一旦壳体14已经完全固化，主模型10可以从壳体14“移除”，以留下图5中的壳体14的横截面视图中所示的壳体空腔18。主模型10可以以不涉及使用升高的温度熔化主模型10的任何合适的方式从壳体14移除。例如，可以将超声能量引导至主模型10，使得主模型10的第一材料溶解或液化。因为超声能量不会影响一种或多种涂层材料16，所以液体第一材料可以从由浇口11或路径形成的开口15产生的壳体空腔18中流出。在一些实施例中，可以使用液体的超声浴(例如水浴或(水和化学品))来溶解主模型10。在其他实施例中，化学品可以用于溶解主模型10，使得主模型10 的第一材料溶解或液化。
本领域普通技术人员将认识到，在不使用升高的温度的情况下移除主模型10是有利的。具体而言，如前所述，通过使用高压釜将壳体加热，将典型的蜡主模型从壳体中熔出。同样如前所述，所使用的蜡通常具有比围绕它的壳体大得多的热膨胀系数，并且随着加热过程中蜡的膨胀将应力引入壳体。通过完全消除高压釜，从而消除了壳体断裂的重要原因，也使得该过程更具时间和成本效率。
在将主模型10从壳体14移除以留下壳体空腔18之后，随后可以将壳体14预热。如图6所示，成型材料17(通常为熔融金属)然后可以被浇注到壳体空腔18中，进入由浇口11或路径创建的开口15中。成型材料17 可以是第二材料，其不同于主模型10的第一材料或者壳体14的一种或多种涂层材料16。成型材料17可以通过将正空气压力或其它力施加到壳体14的开口15中而重力浇注或强压。
然后可以允许成型材料17硬化和/或达到确定的温度，使得固体成型材料17变成或包括成品部件12(如图7所示)。在一些实施例中，壳体14可被放置在装满沙子的桶中冷却。当成型材料17已经硬化和/或达到合适的温度时，壳体14然后可以从成品部件12周围移除。例如，壳体14可以被锤击、介质喷砂、振动、喷水、或化学溶解到释放成品部件。成品部件12然后可被清理以移除铸造过程的迹象(例如，移除浇口残渣或研磨出表面缺陷)，如图7所示。成品部件12然后可以被运输到组装或储存的位置。
虽然以上已经描述了各种实施例，但是本公开内容不旨在限于此。可以对仍然在所附权利要求的范围内的所公开的实施例做出变化。

Claims (9)

1.一种用于制造成品部件的组件，其特征在于，所述组件包括：
主模型，所述主模型在形状上对应于所述成品部件，其中，所述主模型具有第一材料并且使用添加制造过程来创建；
所述主模型的壳体，其具有位于所述主模型上的一种或多种涂层材料，其中，所述一种或多种涂层材料不同于所述第一材料；
壳体空腔，位于所述壳体中并在形状上对应于所述成品部件，所述壳体空腔通过在所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型溶解而在所述壳体中创建；
其中，所述组件被配置为在所述壳体空腔中浇注成型材料，使得所述成型材料硬化并达到确定的温度，以使得经硬化的所述成型材料成为所述成品部件，并且从所述成品部件周围移除所述壳体；
并且其中，所述成型材料是第二材料，所述第二材料不同于所述第一材料和所述一种或多种涂层材料。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件被配置为：当所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型超声地溶解。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件被配置为：当所述主模型处于所述壳体中时使用一种或多种化学品来使所述主模型溶解。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件被配置为：当所述主模型处于所述壳体中时使所述主模型溶解不涉及使所述壳体经受显著的温度增加。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述主模型被配置为通过机器以逐层方式添加液体材料或粉末材料的连续层而形成。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述添加制造过程是三维印刷过程、立体光刻过程、熔融沉积成型过程、多喷头成型过程和选择性激光烧结过程中的一种。
7.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述机器使用虚拟模型来制造所述主模型，所述虚拟模型使用计算机辅助设计程序来创建。
8.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，使用计算机辅助设计程序来创建所述主模型的虚拟模型，并且所述虚拟模型被所述机器使用以制造所述主模型。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述成型材料是熔融金属。
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