專利名稱：基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種砂型鑄造工藝，尤其涉及一種采用消失法技術(shù)的砂型鑄造工藝。
背景技術(shù)：
框架鑄件毛坯如圖2所示，最大外形尺寸為200X190X110mm，其外形結(jié)構(gòu)全部加 工，內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由5個相互連接的腔體組成，除腔體安裝面外，其余表面均不加工，各腔 體內(nèi)部尺寸精度為±0. 5mm?？蚣荑T件鑄造工藝中的傳統(tǒng)木模制作周期為15 20個工作 日，存在加工難度大、周期長、效率低的問題。 光固化快速成型是近十幾年發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)之一，可快速將三維CAD數(shù) 據(jù)直接生成實際物體，其精度高、速度快，非常適合新產(chǎn)品、新工藝的研制開發(fā)。由于光固化 快速成型加工費用較高，為盡可能地降低模型重量，模型制作一般采用"抽殼、內(nèi)部加支撐" 的設(shè)計方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其解決了現(xiàn)
有鑄造模型加工難度大、周期長、效率低等技術(shù)問題。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 —種基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特殊之處在于其包括以下 步驟 1]制原型用計算機制作本體三維模型，對制作的三維模型進(jìn)行100. 1% 100. 4%比例放大，將其保存為.Stl格式的文件；然后利用快速成型機制作實體樹脂原型；
2]造型取傳統(tǒng)粘土砂采用輕質(zhì)砂舂造型工藝制作砂型； 3]樹脂燒蝕燒蝕溫度為450°C 65(TC，使樹脂原型充分燃燒，燒蝕保溫時間不 低于3h ; 4]澆注采用各種通用的澆注方法澆注本體鑄件； 5]清理去除內(nèi)澆口，清除飛邊、毛剌。 上述本體三維模型包括完全分開的上部分和下部分。 上述鑄造工藝還包括原型燒蝕后開箱清理殘留灰分的步驟。 上述樹脂原型燒蝕溫度為510士1(TC;所述澆注方法為常壓重力澆注；所述本體鑄 件澆注溫度為680士1(TC。 上述本體為框架結(jié)構(gòu)的本體；所述內(nèi)部支撐厚度為0. 3mm 0. 7mm之間。
上述內(nèi)部支撐厚度為O. 4mm 0. 6mm。 本發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明利用光固化快速成型的原型替代傳統(tǒng)模型造型，不用取模， 而將樹脂原型燒蝕氣化，完成砂型制作。光固化快速成型技術(shù)使砂型鑄造制作模型的技術(shù) 水平得到了大幅提升，基本解決了目前砂型鑄造用模的制造方法單一和生產(chǎn)周期較長等問 題。本發(fā)明將光固化快速成型技術(shù)與砂鑄造技術(shù)相結(jié)合不但大幅縮短了鑄件生產(chǎn)周期，而
3且提高了鑄件的尺寸精度、提高了可鑄結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，拓展了砂型鑄造的適用范圍。


圖1是本發(fā)明生產(chǎn)流程圖；圖2是本發(fā)明生產(chǎn)的框架鑄件毛坯示意圖；圖3是制作的框架鑄件上部分樹脂原型正面示意圖；圖4是制作的框架鑄件上部分樹脂原型反面示意圖；圖5是制作的框架鑄件下部分樹脂原型正面示意圖；圖6是制作的框架鑄件下部分樹脂原型反面示意圖；圖7是框架鑄件的澆注系統(tǒng)示意圖；圖8是框架下部分造型示意圖；圖9是翻箱示意圖；圖IO是框架下部分造型示意圖；圖ll是取出澆注系統(tǒng)示意圖；圖12是本體原型燒蝕后的下箱型腔示意圖；圖13是本體原型燒蝕后的上箱型腔示意具體實施例方式本發(fā)明鑄造工藝主要包括制作原型、造型、樹脂燒蝕、澆注、清理等工序，參見圖1 ;
現(xiàn)以復(fù)雜結(jié)構(gòu)的框架鑄件毛坯為例，參見圖2，其本體鑄造工藝包括
a.制原型 用計算機制作本體三維模型，對制作好的三維模型進(jìn)行100. 1 % 100. 4%比例 放大，將其保存為.stl格式的文件(.stl為三角面片的文件格式)；然后利用SPS600型快 速成型機制作實體樹脂原型，并檢驗其尺寸精度。 為便于造型及砂型清理，本發(fā)明將框架分成上、下兩部分，參見圖3至圖6 。為減少 光敏樹脂熱膨脹對砂型施加的作用力、防止砂型開裂失效，需要將樹脂原型的壁厚和內(nèi)部 支撐厚度設(shè)計為0. 3mm 0. 7mm之間，優(yōu)選0. 4mm 0. 6mm。本發(fā)明將壁厚設(shè)計為0. 6mm， 內(nèi)部支撐厚度設(shè)計為O. 5mm。
b.造型 樹脂原型燒蝕溫度450°C 650°C 。因樹脂砂和油砂均會因其中的粘結(jié)劑加熱氧 化導(dǎo)致型砂潰散而失效，因此不適合消失法砂型鑄造。水玻璃砂雖然在750°C以下不會潰散 失效，但其在50(TC附近有相變發(fā)生，并伴有體積變化，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件容易導(dǎo)致砂型自 行開裂而失效，而且不利于尺寸精度控制，因此本發(fā)明也不采用。粘土砂在65(TC以內(nèi)不會 因永久性失去水而磚化，而且烘干強化后尺寸穩(wěn)定性較好，利于鑄件尺寸精度控制，所以本 發(fā)明采用傳統(tǒng)粘土砂制作砂型。具體造型參見圖8至圖11。 由于本發(fā)明將本體樹脂原型的壁厚和內(nèi)部支撐厚度設(shè)計為0. 6mm和0. 5mm。為
減少手工造型過程中樹脂原型的變形量，本發(fā)明采用輕質(zhì)砂舂造型，其施加應(yīng)力可控制在
0. 15MPa以內(nèi)。 c.樹脂燒蝕
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澆注前先進(jìn)行燒蝕，燒蝕的目的是充分燃燒樹脂，同時除去砂型水分，提高砂型強 度。本發(fā)明的燒蝕溫度低于其它殼型消失法鑄造的焙燒溫度，根據(jù)型砂選擇粘土和芯骨的 不同，一般不易高于65(TC。因本發(fā)明選用ZL201系列鋁制砂箱，樹脂原型燒蝕溫度定位 510±10°C。 為保證原型燒蝕徹底，樹脂原型的燒蝕保溫時間一般不低于3h。燒蝕結(jié)果參見圖 12至圖13。為保證型腔潔凈，可在原型燒蝕后開箱清理殘留灰分。 現(xiàn)有殼型消失法鑄造的焙燒溫度一般在650°C以上，而本發(fā)明燒蝕溫度選取 45(TC 65(TC，其主要原因是樹脂原型在45(rC以上容易裂解氣化，基本滿足消失法砂型 鑄造的工藝要求。但溫度達(dá)到65(TC以上時，粘土砂強度會因永久性失水而大幅度提高，退 讓性差，不易鑄造落砂。
d.澆注 本發(fā)明可采用各種通用的澆注方法。由于本發(fā)明框架鑄件的壁厚比較均勻，平 均壁厚為10mm左右，適合常壓重力鑄造，所以本發(fā)明采用常壓重力澆注本體鑄件。由于 本體澆注系統(tǒng)敝渣性能較差，為提高鋁合金熔液的潔凈度，氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉時間延長至 30min，本體鑄件澆注溫度定為680±10°C。本發(fā)明的澆注系統(tǒng)設(shè)計為中注式，如圖7所示， 由4個安裝凸臺將鋁液導(dǎo)入型腔內(nèi)，4個邊冒口可起泄壓作用，并對4個安裝凸臺進(jìn)行補縮。
e.清理將本體鑄件夾在鋸床上，調(diào)整內(nèi)澆口垂直度，將內(nèi)澆口沿根部去除，然后 用銼刀清除本體毛坯上的飛邊、毛剌，最后進(jìn)行液體噴砂處理，待本體毛坯晾干后交檢，具 體情況如圖17所示。
本發(fā)明的工藝適用性 基于光固化快速成型原型消失法砂型鑄造工藝不需要取模，所以不考慮拔模斜 度。在原型設(shè)計上主要考慮造型的可操作性和原型樹脂燒蝕的可行性。對于抽殼困難的零 件可不進(jìn)行抽殼處理，但必須進(jìn)行必要的圓角處理。 基于光固化快速成型原型消失法砂型鑄造在填砂、緊實等造型操作與普通砂型鑄 造的造型操作完全相同。與其它殼型消失法鑄造的一次制殼操作不同，其可根據(jù)型砂緊實 的需求進(jìn)行多次分型，在分型面上可加裝定位銷定位。另外，造型過程可根據(jù)零件特殊結(jié)構(gòu) 的要求，裝填不同特性的型砂，可基本滿足零件的特殊結(jié)構(gòu)清理和特殊表面質(zhì)量的要求。
基于光固化快速成型原型消失法砂型鑄造型腔處理與其它殼型消失法鑄造不同， 可根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和分型面的設(shè)置，打開部分型腔進(jìn)行樹脂殘留灰分清理。對部分型腔表面 和冷鐵激冷面進(jìn)行必要涂覆。 基于光固化快速成型原型消失法砂型鑄造可采用傳統(tǒng)砂型鑄造的澆注系統(tǒng)，有利 于鑄件內(nèi)部質(zhì)量的保證。澆注系統(tǒng)去除與鑄件表面清理與傳統(tǒng)濕砂型鑄造相同。
權(quán)利要求
一種基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特征在于其包括以下步驟1]制原型用計算機制作本體三維模型，對制作的三維模型進(jìn)行100.1％～100.4％比例放大，將其保存為.stl格式的文件；然后利用快速成型機制作實體樹脂原型；2]造型取傳統(tǒng)粘土砂采用輕質(zhì)砂舂造型工藝制作砂型；3]樹脂燒蝕燒蝕溫度為450℃～650℃，使樹脂原型充分燃燒，燒蝕保溫時間不低于3h；4]澆注采用各種通用的澆注方法澆注本體鑄件；5]清理去除內(nèi)澆口，清除飛邊、毛刺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特征在于 所述本體三維模型包括完全分開的上部分和下部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特征在于所述鑄造工藝還包括原型燒蝕后開箱清理殘留灰分的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特征在于 所述樹脂原型燒蝕溫度為510士1(TC;所述澆注方法為常壓重力澆注；所述本體鑄件澆注溫度為680士10。C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特征在于 所述本體為框架結(jié)構(gòu)的本體；所述內(nèi)部支撐厚度為0. 3mm 0. 7mm之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其特征在于 所述內(nèi)部支撐厚度為0. 4mm 0. 6mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于光固化快速成型的消失法砂型鑄造工藝，其包括以下步驟1]制原型用計算機制作本體三維模型，對制作的三維模型進(jìn)行100.1％～100.4％比例放大，將其保存為.stl格式的文件；然后利用快速成型機制作實體樹脂原型；2]造型取傳統(tǒng)粘土砂采用輕質(zhì)砂舂造型工藝制作砂型；3]樹脂燒蝕燒蝕溫度為450℃～650℃，使樹脂原型充分燃燒，燒蝕保溫時間不低于3h；4]澆注采用各種通用的澆注方法澆注本體鑄件；5]清理去除內(nèi)澆口，清除飛邊、毛刺。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鑄造模型加工難度大、周期長、效率低等技術(shù)問題。本發(fā)明縮短了鑄件生產(chǎn)周期，提高了可鑄結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，拓展了砂型鑄造的適用范圍。
文檔編號B22C9/04GK101716649SQ200910219009
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者王永剛 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第十六研究所