RU2707372C1 - Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем - Google Patents
Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707372C1 RU2707372C1 RU2018139635A RU2018139635A RU2707372C1 RU 2707372 C1 RU2707372 C1 RU 2707372C1 RU 2018139635 A RU2018139635 A RU 2018139635A RU 2018139635 A RU2018139635 A RU 2018139635A RU 2707372 C1 RU2707372 C1 RU 2707372C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- sand
- binder
- catalyst
- polymer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных смесей. Способ включает создание трехмерной компьютерной модели послойно изготавливаемой литейной формы, подготовку песка до дисперсности не более одной трети толщины наносимого слоя, смешивание песка с катализатором в бункере подготовки. Полученную смесь послойно наносят на подложку и проводят послойно-селективное отверждение каждого слоя на глубину слоя в два этапа. Сначала на каждый нанесенный слой вносят полимерное связующее путем впрыска его в слой песка с катализатором. По окончании обработки связующим каждый слой подвергают лазерной обработке по контуру изготавливаемого сечения. Обеспечивается снижение времени изготовления литейных форм, повышение качества отливок при снижении выброса вредных веществ в окружающую среду. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологическим процессам, именно металлургии, в частности, к технологии послойного синтеза сложных литейных форм из песчано-полимерных смесей и может найти применение в разных отраслях машиностроения, например, для изготовления литейных форм и стержней особо сложной конфигурации для авиационной, автомобилестроительной, кораблестроительной и др. отраслей.
Известен способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям, включающий послойное нанесение на блок выплавляемых моделей огнеупорной суспензии, обсыпку зернистым материалом, введение кислородсодержащего вещества, вытопку моделей, сушку и прокалку, при этом кислородсодержащее вещество вводят, начиная со второго слоя оболочки, в составе зернистого материала для обсыпки, к которому добавляют борную кислоту в количестве 2-3% мас. В качестве кислородсодержащего вещества используют дихромат калия или пероксиды щелочноземельных металлов в количестве 5-10% мас. [патент РФ №2433013, кл. В22С 9/04, 2011]. Однако известный способ требует больших затрат на кислородсодержащее вещество, количество которого при введении в состав обсыпки примерно в 8-10 раз превышает необходимое количество при введении в суспензию.
Известен способ, включающий послойное нанесение на блок выплавляемых моделей огнеупорной суспензии, введение кислородсодержащего вещества, начиная со второго слоя оболочки с использованием борной кислоты, обсыпку зернистым материалом, вытопку моделей, сушку и прокаливание, кислородсодержащее вещество вводят в составе материала огнеупорной суспензии, к которой добавляют борную кислоту в количестве 3-4% мас. В качестве кислородсодержащего вещества используют полупродукт переработки шламов селитровых ванн, применяемых в цехах термической обработки для проведения операции отпуска, в количестве 2-4% масс. суспензии. (патент РФ №2532753, В22С 9/04, 2013 г.) Недостатком известного технического решения является его трудоемкость и высокая стоимость, поскольку при реализации известного способа сначала создается модель изделия вручную, на ЧПУ станке или из пластика с применением аддитивных технологий: SLA, SLS, DLP, затем получают ее восковую копию, на которую послойно наносят оболочковую форму, затем удаляют восковую копию и только после этого в форму льют металл, что увеличивает технологическую цепочку и сроки изготовления, а так же ограничивает применение технологии в случае наличия внутренних каналов и полостей в отливке, в связи с высокой трудоемкостью или невозможностью удаления материала формы из отливки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению, является технология 3D-печати песчаных форм (http://3d.globatek.ru/production/tech-sand/). Технология заключается в многократном поочередном нанесении слоя смешанного с отвердителем литейного песка и слоя связующего вещества. Каждый слой песчаной формы состоит из двух материалов, добавленных последовательно. Формовочный песок: устройство подачи и выравнивания песка подает формовочный песок на поверхность к камере построения. Связующее вещество: печатная головка выборочно наносит литейные смолы на песок. Активатор, находящийся в песке упрочняет связующее вещество. Таким образом, формируется единичный слой. Процесс повторяется, пока не будет построена литейная форма.
В известном решении отверждение всего сечения требует большого количества времени, при этом одинаково высокая твердость получаемая по всему сечению детали повышает хрупкость и риск образования трещин. К тому же используется большее количество смолы и катализатора. Недостатком известного решения является также необходимость применения большого количества связующего вещества и активатора для получения достаточной прочности формы, что ведет к большему выделению вредных веществ в рабочую зону при построении формы и при заливке металла, увеличивает газотворную способность формы, что в свою очередь приводит к появлению дефектов в отливке и увеличивает стоимость изготовления. Кроме того, известная технология требует большее количество времени для отверждения смеси.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в снижении себестоимости и времени изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем, повышении качества изделий, при снижении выброса вредных веществ в окружающую среду.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем, включающем послойное программно-компьютерное моделирование изделия, подготовку песка, смешивание песка с катализатором в бункере подготовки, послойное нанесение песка на подложку и послойно-селективную обработку каждого слоя, в соответствии с компьютерными сечениями модели до образования запрограммированной формы изделия, согласно заявленного решения, послойно-селективную обработку песчано-полимерной смеси осуществляют на глубину слоя в два этапа, сначала на каждом нанесенном слое обработку проводят программно-регламентированным внесением связующего путем впрыска в песчаный слой согласно изготавливаемого сечения, по окончании обработки связующим, каждый слой подвергается программно-регламентированной обработке контуров изготавливаемого сечения лазером, для повышения точности получаемого изделия и увеличения прочности внешнего слоя. Кроме того, за счет того, что лазерную обработку проводят, нагревая до температуры 50-100°С, что является ниже температуры воспламенения, обеспечивая достаточную вентиляцию рабочей зоны, а подготовку песка осуществляют до дисперсности не более одной трети толщины наносимого единичного слоя, в качестве песчано-полимерной системы используют формовочный кварцевый песок крупности в диапазоне 0,05-0,16 мм и связующие на основе фурановых смол, обладающих свойством отверждения под действием и химического катализатора и теплового воздействия, при этом содержание связующего составляет от 1% до 5% массы песка, а соотношение химического катализатора составляет от 20% до 50% массы связующего.
Технический результат достигается за счет того, что заявленная совокупность операций позволяет снизить количество связующего и катализатора в смеси, за счет чего обеспечить получение высокой механической прочности изделий, благодаря снижению вероятности появления дефектов в отливке из-за малой газотворности формы. Ускорение процесса полимеризации и увеличение прочности внешнего слоя изделия достигается за счет того, что послойно-селективную обработку каждого слоя песчано-полимерной смеси осуществляют до затвердевания смеси на глубину слоя, в два этапа, при этом контур каждого слоя по окончании обработки связующим подвергается лазерной обработке. Обработка лазером по контуру слоя позволяет достичь необходимой манипуляторной прочности и ускорить затвердевание наружного слоя, предотвращая осыпание и повреждение формы. При этом внутренняя часть остается менее хрупкая, что защищает изделие от возможного раскалывания при ударе. Обработка лазером по контуру, а не по всему сечению увеличивает производительность, поскольку занимает меньшее время и требует использования меньшего количества смолы и катализатора, т.е. обработка контуров слоя лазером позволит достичь высокой прочности при меньших количествах связующего и катализатора.
Кроме того, заявленное решение обеспечивает снижение количества выделяемых вредных веществ и снижение себестоимости процесса изготовления формы.
Скорость отверждения и прочность полученных песчано-полимерных изделий (литейных форм, стержней и пр.) в случае химического отверждения определяется количеством и активностью химического реагента (отвердителя), но в связи с экзотермическим типом реакции, количество высокоактивного отвердителя ограничено опасностью взрыва, а в случае применения лазерного отверждения контуров, скорость отверждения и прочность наружного слоя необходимого для увеличения точности изделий и достаточной для манипулирования изделиями перед заливкой металлом определяется скоростью прогрева участка смеси. Сочетание методов химического и термического отверждения позволяет получить высокую прочность изделий с высокой скоростью изготовления, избегая опасности неконтролируемой реакции и взрыва.
Заявленное техническое решение обеспечивает получение литейной формы, частей литейной формы и литейных стержней с конфигурацией любой сложности и высокими прочностными характеристиками, низкой газотворной способностью и высокой газопроницаемостью для точного, бездефектного получения металлических отливок в кратчайшие сроки, что достигается за счет применения совокупности методов химической и термической обработки песчано-полимерной смеси, произведенных в оптимальной последовательности.
На фиг. 1 представлен пример изготовления по заявленному способу литейного стержня.
Заявленный способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем осуществляется следующим образом.
В начале технологического процесса изготовления изделия, посредством заданной программы создается трехмерная компьютерная модель изготавливаемого изделия - 3D-модель. Специальное программное обеспечение «разрезает» модель на тонкие слои толщиной порядка нескольких десятков микрон. Осуществляют подготовку песка до дисперсности не более одной трети толщины наносимого единичного слоя. В качестве песчано-полимерной системы используют формовочный кварцевый песок крупности в диапазоне 0,05-0,16 мм и связующие на основе фурановых смол, обладающих свойством отверждения под действием и химического реагента и теплового воздействия.
Песок смешивают с катализатором в бункере подготовки песчано-полимерной смеси, при этом соотношение катализатора составляет от 20% до 50% массы связующего. Песчано-полимерную смесь дисперсностью 50-160 мкм наносят на подложку. Устройство нанесения связующего в соответствии с компьютерной программой единичного поперечного сечения 3D-модели изготавливаемого изделия, наносит связующее, путем впрыска его в песчаный слой, отверждая песчано-полимерную смесь на глубину слоя. При этом содержание связующего составляет от 1% до 5% массы песка, а устройство нанесения связующего располагают на расстоянии не более 10 мм от обрабатываемого слоя. Затем лазер воздействует на контуры отвержденных участков слоя, интенсифицируя процесс отверждения песчано-полимерной смеси в обрабатываемой зоне. При этом нагревают контур слоя до температуры 50-100°С, что является ниже температуры воспламенения, и обеспечивают достаточную вентиляцию рабочей зоны.
После селективной химической и термической обработки первого слоя, подложку опускают вниз на величину следующего слоя песка. Устройством подачи и нанесения песка наносят новый слой песка, и процесс химической и термической обработки повторяют, пока изготовление изделия не будет завершено.
По окончании процесса образования запрограммированной формы изделия, производят удаление несвязанного песка и изделие готово к употреблению.
Технологические параметры такие, как: количество связующего в песчано-полимерной системе, количество катализатора, вносимого на слой смеси, температура лазерной обработки слоя, время термической обработки, толщина песчано-полимерной смеси, температурная стойкость полученного изделия зависят от конфигурации изделия, применяемых типов полимеров и химических реагентов (отвердителей), типа заливаемого металла и его объема.
Для изготовления, например, литейной формы стержня (фиг. 1) по трехмерной компьютерной модели изготавливаемого изделия, используют песок с дисперсностью не крупнее 0,1 мм. Песок смешивают с катализатором в бункере подготовки песчано-полимерной смеси, при этом количество катализатора составляет 10% от массы связующего. С помощью механизма нанесения песок наносят на подложку слоем в 0,4 мм. Затем наносят связующее на основе фурана, путем впрыска его в песчаный слой в соответствии с компьютерной программой единичного поперечного сечения 3D-модели изделия. Количество связующего составляет 2% от массы песка. Затем с помощью лазера воздействуют на контуры отвержденного слоя, при этом время термического воздействия составляет 5 сек, при температуре 100 градусов. И повторяют процесс до получения запрограммированной формы литейного стержня.
Заявленная технология изготовления трехмерных объектов сложной формы послойно-селективной обработкой песчано-полимерной смеси обеспечивает гарантированное получение литейной формы, частей литейной формы и стержней с конфигурацией любой сложности для точного, бездефектного получения металлических отливок в кратчайшие сроки.
Claims (4)
1. Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерной смеси, включающий создание трехмерной компьютерной модели послойно изготавливаемой литейной формы, подготовку песка до дисперсности не более одной трети толщины наносимого слоя, смешивание песка с катализатором в бункере подготовки песка, послойное нанесение полученной смеси на подложку и послойно-селективное отверждение каждого слоя на глубину слоя в два этапа, при этом сначала в каждый нанесенный слой вносят полимерное связующее путем впрыска его в слой песка с катализатором, а по окончании обработки связующим, каждый слой подвергают лазерной обработке по контуру изготавливаемого сечения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при лазерной обработке проводят нагрев контура слоя до температуры 50-100°С при обеспечении вентиляции рабочей зоны.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют песчано-полимерную смесь в виде смеси формовочного кварцевого песка крупностью в диапазоне 0,05-0,16 мм и связующего на основе фурановых смол, обладающих свойством отверждения под действием и химического катализатора, и теплового воздействия, при этом содержание связующего составляет 1-5% массы песка, а содержание химического катализатора составляет 20-50% массы связующего.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство для нанесения связующего располагают на расстоянии не более 10 мм от обрабатываемого слоя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018139635A RU2707372C1 (ru) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018139635A RU2707372C1 (ru) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2707372C1 true RU2707372C1 (ru) | 2019-11-26 |
Family
ID=68653267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018139635A RU2707372C1 (ru) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2707372C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742095C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-02-02 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБОТЕХ" | Способ изготовления изделий сложной формы из песчано-полимерных смесей |
CN113042685A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-29 | 西北工业大学 | 一种适用于zl205a铝合金复杂薄壁构件的3dp砂型铸造工艺 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5340656A (en) * | 1989-12-08 | 1994-08-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Three-dimensional printing techniques |
US5718279A (en) * | 1995-11-09 | 1998-02-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for laminate forming a sand mould and a method for producing a casting using the same |
RU2338621C2 (ru) * | 2006-10-06 | 2008-11-20 | Открытое Акционерное Общество "ЦНИИМ-Инвест" (ОАО "ЦНИИМ-Инвест") | Способ изготовления керамических литейных форм и других изделий |
RU2401180C2 (ru) * | 2008-08-15 | 2010-10-10 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления |
RU2535704C1 (ru) * | 2013-04-18 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Способ трехмерной печати огнеупорных изделий |
RU2668107C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2018-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ изготовления изделий из порошковых керамических материалов |
-
2018
- 2018-11-12 RU RU2018139635A patent/RU2707372C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5340656A (en) * | 1989-12-08 | 1994-08-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Three-dimensional printing techniques |
US5718279A (en) * | 1995-11-09 | 1998-02-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for laminate forming a sand mould and a method for producing a casting using the same |
RU2338621C2 (ru) * | 2006-10-06 | 2008-11-20 | Открытое Акционерное Общество "ЦНИИМ-Инвест" (ОАО "ЦНИИМ-Инвест") | Способ изготовления керамических литейных форм и других изделий |
RU2401180C2 (ru) * | 2008-08-15 | 2010-10-10 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Способ получения градиентных материалов из порошков и устройство для его осуществления |
RU2535704C1 (ru) * | 2013-04-18 | 2014-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Способ трехмерной печати огнеупорных изделий |
RU2668107C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2018-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Способ изготовления изделий из порошковых керамических материалов |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742095C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-02-02 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБОТЕХ" | Способ изготовления изделий сложной формы из песчано-полимерных смесей |
CN113042685A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-29 | 西北工业大学 | 一种适用于zl205a铝合金复杂薄壁构件的3dp砂型铸造工艺 |
CN113042685B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-06-28 | 西北工业大学 | 一种适用于zl205a铝合金复杂薄壁构件的3dp砂型铸造工艺 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6155331A (en) | Method for use in casting technology | |
US8122939B2 (en) | Method for the layered construction of models | |
JP6892284B2 (ja) | 砂型の製造方法および鋳物砂 | |
JP5249447B1 (ja) | 三次元積層造型用の鋳物砂 | |
US9901977B2 (en) | Patternless sand mold and core formation for rapid casting | |
US20170312813A1 (en) | Casting method of using 3d printing to make shell mold and vacuum casting device for use in the casting method | |
RU2707372C1 (ru) | Способ изготовления литейных форм сложной геометрии из песчано-полимерных систем | |
US20160023375A1 (en) | Slip mixture for 3d printed molds and 3d printing ceramic material | |
JP2004508941A (ja) | 堆積法によるパーツ作製方法 | |
JP2011051010A (ja) | インクジェット式粉末積層鋳型成形用高耐熱粉末 | |
Günther et al. | Additive manufacturing of casting tools using powder-binder-jetting technology | |
RU2695084C2 (ru) | Способ изготовления изделий сложной формы из песчано-полимерных систем | |
RU2711324C1 (ru) | Способ изготовления керамических форм сложной геометрии из порошковых систем | |
RU2680168C2 (ru) | Способ изготовления трехмерных объектов сложной формы из песчано-полимерных систем | |
DE102020110289A1 (de) | Verfahren unter Verwendung eines anorganischen Binders für die Herstellung von ausgehärteten dreidimensional geschichteten Formkörpern für Gießereikerne und -formen | |
DE4418466C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Formen aus aushärtbaren Formstoff | |
RU2782715C1 (ru) | Способ аддитивного изготовления изделий сложной формы | |
Nagai et al. | Additive manufacturing technology by furan sand mold using sintered artificial sand coated with solid catalyst | |
WO2023211317A1 (ru) | Способ аддитивного изготовления изделий сложной формы | |
JP2018192528A (ja) | 鋳造用砂型の製造方法 | |
RU2631568C1 (ru) | Способ изготовления керамических оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям | |
RU2442673C2 (ru) | Способ получения литейных стержней или форм | |
RU2742095C1 (ru) | Способ изготовления изделий сложной формы из песчано-полимерных смесей | |
JP6767899B2 (ja) | 再生砂の製造方法および鋳物砂の製造方法 | |
Reddy | Effect of catalyst and mold parameters on collapsibility of phenolic urethane no-bake sand molds |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210909 Effective date: 20210909 |