專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造所用砂芯的制造 方法。
背景技術(shù)：
在發(fā)動(dòng)機(jī)用排氣管的鑄造過(guò)程中，需要使用砂芯來(lái)形成排氣管內(nèi)腔體。而這種砂 芯具有空間自由曲面形狀，異常復(fù)雜。傳統(tǒng)的砂芯制造方法，是先利用機(jī)加工模具鋼的方法 制造出雙開模具，合模后通過(guò)填砂或機(jī)器拋砂制芯。這種方法制作的模具，強(qiáng)度高，尺寸精 度好，表面粗糙度低，所以其使用壽命長(zhǎng)，制作出的砂芯質(zhì)量也高。但是對(duì)于帶有空間自由 曲面形狀的、異常復(fù)雜的砂芯，要使用機(jī)加工法在模具鋼上切削出對(duì)應(yīng)的模具表面形狀，就 顯得十分困難，這不僅需要機(jī)床具備更高的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，而且加工成本及耗時(shí)也很巨大。所以 對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管樣件在低成本、短周期條件下的研發(fā)試制，傳統(tǒng)的砂芯制造方法是不合 適的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，其解決了傳統(tǒng)砂芯 制造方法中機(jī)加工復(fù)雜模具成本高、制造周期長(zhǎng)的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，包括以下步驟1)采用光固化快速成型制造砂芯所用的樹脂件模具，該模具包括上模和下模，該 模具以砂芯的最大截面為模具分型面；2)將若干帶有細(xì)凹槽的卡板放入模具型腔中，再把加強(qiáng)用鐵絲以若干細(xì)凹槽形成 的軌跡為參照進(jìn)行彎折，使其具有與砂芯相同的空間螺旋線形狀；所述卡板包括圓弧部和 水平定位部，其圓弧部與模具的半圓形型腔配合，水平定位部與模具分型面相配合，所述細(xì) 凹槽設(shè)置于水平定位部上；3)在樹脂件模具工作表面涂刷脫模劑，待其晾干后，將攪拌均勻的原砂、呋喃樹脂 和固化劑分別填入上模和下模型腔中，并放入第2)步驟中制作好的加強(qiáng)鐵絲；4)使用刮板對(duì)上模或者下模中的一個(gè)上進(jìn)行刮砂，使樹脂砂表面隆起高出模具分 型面，另一半模具中的樹脂砂使用平底刮板刮平，然后合模壓緊；所述刮板包括水平定位部 和豎直定位部，該水平定位部和豎直定位部分別與上?；蛘呦履５姆中兔婧屯鈧?cè)面配合， 水平定位部上設(shè)有一個(gè)弧形缺口；5)待樹脂砂凝固后，開模取出砂芯。所述步驟1)中采用光固化快速成型制造砂芯所用的樹脂件模具包括以下步驟 由三維制圖軟件PR0/E設(shè)計(jì)出制作砂芯用模具，然后保存副本為STL數(shù)據(jù)格式；再使用 Magics軟件對(duì)該STL數(shù)據(jù)進(jìn)行抽殼處理，壁厚2mm，以及加支撐處理；將最終數(shù)據(jù)輸入快速 成型機(jī)中，并設(shè)置好各項(xiàng)加工參數(shù)，其中分層厚度0. 1mm，填充掃描速度7000mm/s，支撐掃描速度2000mm/s，輪廓掃描速度6500mm/s ；所使用的樹脂材料為光固化樹脂14120 ；全部設(shè)
置完成后進(jìn)行制作模具。所述步驟3)中涂刷脫模劑為銀粉脫模劑。所述原砂、呋喃樹脂和固化劑的質(zhì)量比例為100 1 0.4。所述制造方法還包括對(duì)開模取出的砂芯進(jìn)行后處理的步驟在開模取出的砂芯表 面涂刷涂料以降低其表面粗糙度，所用的涂料牌號(hào)為SJ-SM，其密度為1. 1 1. 6g/cm3，涂 料晾干后，對(duì)砂芯表面進(jìn)行打磨。本發(fā)明的有益效果是使用該快速成型方法制作出的復(fù)雜砂芯的樹脂件模具，質(zhì) 量輕、強(qiáng)度好，特別是使用進(jìn)口光固化樹脂14120，其制件的抗拉強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到 了 54MPa和75MPa，表面粗糙度也能達(dá)到Ra = 3. 2um，所以能在保證制作出的砂芯質(zhì)量的前 提下，較大程度地降低模具制造成本和制造周期，而且針對(duì)越是復(fù)雜形狀的制件，該方法的 優(yōu)勢(shì)就越明顯。這就為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管在研發(fā)階段的樣件試制及其功能性驗(yàn)證提供了很好 的技術(shù)支撐。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例砂芯模具下模及兩端滑塊示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例砂芯模具上模及兩端滑塊示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例砂芯模具裝配示意圖；圖4a為本發(fā)明實(shí)施例在填砂時(shí)所用的卡板的示意圖；圖4b為本發(fā)明實(shí)施例在刮砂時(shí)所用的刮板的示意圖；圖5為光固化快速成型技術(shù)工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明具體實(shí)施例模具的設(shè)計(jì)如下請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例砂芯模具包括上模1和下模2，上模1的兩 端設(shè)有第一滑塊11和第二滑塊12，下模2的兩端設(shè)有第三滑塊21和第四滑塊22，該四個(gè) 滑塊11、12、21、22用于固定加強(qiáng)砂芯用鐵絲，該四個(gè)滑塊11、12、21、22與模具兩端的凹槽 處相配合。請(qǐng)參閱圖3所示，以砂芯的最大截面為模具分型面，故其分型面為空間曲面形狀； 模具的開模方式為上下開，上模1和下模2以銷孔定位方法定位；在開模方向上的模具外形 與砂芯的空間彎曲形狀相匹配，并在模具較厚部位打有通孔，以降低樹脂材料的消耗；在模 具的上、下兩個(gè)表面上設(shè)計(jì)有內(nèi)陷的網(wǎng)狀筋條10，以盡量防止制件的變形。請(qǐng)參閱圖4a所示，卡板3用于彎折加強(qiáng)鐵絲，該卡板3包括圓弧部31和水 平定位 部32，其圓弧部31與模具的半圓形型腔配合，水平定位部32與模具分型面相配合，水平定 位部32中間的設(shè)有細(xì)凹槽33便作為彎折鐵絲時(shí)的參照。使用時(shí)，將若干卡板3放入模具 型腔中，中間的細(xì)凹槽33便形成了一條空間螺旋線形的軌跡，作為彎折鐵絲時(shí)的參照。將 加強(qiáng)砂芯用鐵絲卡入凹槽33中，便可彎折出所需的形狀。請(qǐng)參閱圖4b所示，刮板4用于刮砂，其包括水平定位部41和豎直定位部42，該水平定位部41和豎直定位部42分別與上模1或者下模2的分型面和外側(cè)面配合，水平定位 部41上設(shè)有一個(gè)弧形缺口 43，刮砂時(shí)，弧形缺口 43便使得樹脂砂形成中間隆起的形狀。請(qǐng)參閱圖5所示，光固化快速成型(Stereo lithography, SL)是應(yīng)用最為廣泛的 快速成型技術(shù)，它以光敏樹脂液體為材料，以激光掃描為手段。在光固化快速成型機(jī)中，有 一個(gè)裝滿光敏樹脂的水槽，其中還有一個(gè)可升降的平板。工作時(shí)，該平板移動(dòng)到剛好低于液 面的位置，并使其上只留有很薄一層液體樹脂(一個(gè)單位的層厚度)。使用相關(guān)軟件將CAD 模型切片成0. 125-0. 75mm的厚度，根據(jù)該片層信息，激光束在液體薄層上掃描出對(duì)應(yīng)的輪 廓形狀，而被照射到的液體樹脂就會(huì)固化。該層制作完成后，平板再下降一個(gè)層厚度，使得 已固化面上再布滿一層液體樹脂，并重復(fù)上述過(guò)程，最終可制作出樹脂零件。其工作原理 可見附圖5。這種快速成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能制造出形狀復(fù)雜的制件；制件精度較高，常在 0. Imm以內(nèi)；制件表面粗糙度低。本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)實(shí)施步驟如下1)制造樹脂件模具采用光固化快速成型(Stereo lithography, SL)制作制造砂芯的樹脂件模具 由三維制圖軟件PR0/E設(shè)計(jì)出制作砂芯用模具，然后保存副本為STL數(shù)據(jù)格式；再使用 Magics軟件對(duì)該STL數(shù)據(jù)進(jìn)行抽殼處理，壁厚2mm，以及加支撐處理；將最終數(shù)據(jù)輸入快速 成型機(jī)中，并設(shè)置好各項(xiàng)加工參數(shù)，其中分層厚度0. Imm,填充掃描速度7000mm/s，支撐掃 描速度2000mm/s，輪廓掃描速度6500mm/s。所使用的樹脂材料為進(jìn)口光固化樹脂14120，其 抗拉強(qiáng)度為45 54MPa，彎曲強(qiáng)度為60 75MPa ；全部設(shè)置完成后開始加工制作。制作完成后，樹脂槽中的平板上升到液面以上，讓制件靜置足夠時(shí)間，以便使其中 的樹脂液體盡量流淌干凈。從成型機(jī)中取出后，需要進(jìn)行一些后處理。首先將制件底部的 支撐除去，然后用酒精水溶液將制件表面粘附的樹脂液體清洗干凈，并風(fēng)干。之后仔細(xì)檢查 制件各處，如有破損，應(yīng)使用樹脂修補(bǔ)，然后用紫外線照射使其凝固。成型后的制件表面并 不是十分光滑，對(duì)于工作面、配合面等處，要使用打磨工具對(duì)其進(jìn)行打磨拋光。2)制作加強(qiáng)鐵絲將設(shè)計(jì)制作好的若干帶有細(xì)凹槽33的卡板3放入模具型腔，曲率大處可以放置得 較密集。再把合適長(zhǎng)度的加強(qiáng)用鐵絲以若干細(xì)凹槽33形成的軌跡為參照進(jìn)行彎折，使其具 有與砂芯相同的空間螺旋線形狀，便得到了加強(qiáng)用鐵絲。3) ±真砂在準(zhǔn)備好的樹脂件模具的型腔上涂刷銀粉脫模劑，待其晾干后，以質(zhì)量比例為 100 1 0.4取原砂、呋喃樹脂和固化劑并攪拌均勻，將攪拌混合均勻后的原砂、呋喃樹脂 和固化劑混合物立刻分別填入上模1和下模2的模具型腔中，再將加強(qiáng)鐵絲埋入。4)刮砂合模 使用刮板4對(duì)上模1或者下模2中的一個(gè)上進(jìn)行刮砂使樹脂砂表面隆起，另一半 模具使用平底刮板刮平，最后將兩半填滿樹脂砂的模具合模壓緊。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，手工填砂 的緊實(shí)度為70% 80%，采用刮板4刮砂加壓震動(dòng)后制作出砂芯，其緊實(shí)度達(dá)到了 90%以 上。5)開模取出砂芯待樹脂砂固結(jié)之后，使用木錘敲擊模具上下平面，使得模具與砂芯結(jié)合力變?nèi)趸蛎撾x，再脫開上模1和下模2取出砂芯。 6)后處理對(duì)砂芯做進(jìn)一步的后處理涂刷涂料以降低其表面粗糙度，所用的涂料牌號(hào)為 SJ-SM，其密度為1. 1 1. 6g/cm3。涂料晾干后，對(duì)其表面進(jìn)行打磨，以保證涂料層厚度均 勻，防止因涂層厚度不均勻而導(dǎo)致砂芯的精度降低。
權(quán)利要求
一種發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)采用光固化快速成型制造砂芯所用的樹脂件模具，該模具包括上模(1)和下模(2)，該模具以砂芯的最大截面為模具分型面；2)將若干帶有細(xì)凹槽(33)的卡板(3)放入模具型腔中，再把加強(qiáng)用鐵絲以若干細(xì)凹槽(33)形成的軌跡為參照進(jìn)行彎折，使其具有與砂芯相同的空間螺旋線形狀；所述卡板(3)包括圓弧部(31)和水平定位部(32)，其圓弧部(31)與模具的半圓形型腔配合，水平定位部(32)與模具分型面相配合，所述細(xì)凹槽(33)設(shè)置于水平定位部(32)上；3)在樹脂件模具工作表面涂刷脫模劑，待其晾干后，將攪拌均勻的原砂、呋喃樹脂和固化劑分別填入上模(1)和下模(2)型腔中，并放入第2)步驟中制作好的加強(qiáng)鐵絲；4)使用刮板(4)對(duì)上模(1)或者下模(2)中的一個(gè)上進(jìn)行刮砂，使樹脂砂表面隆起高出模具分型面，另一半模具中的樹脂砂使用平底刮板刮平，然后合模壓緊；所述刮板(4)包括水平定位部(41)和豎直定位部(42)，該水平定位部(41)和豎直定位部(42)分別與上模(1)或者下模(2)的分型面和外側(cè)面配合，水平定位部(41)上設(shè)有一個(gè)弧形缺口(43)；5)待樹脂砂凝固后，開模取出砂芯。
2.如權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，其特征在于，所述步 驟1)中采用光固化快速成型制造砂芯所用的樹脂件模具包括以下步驟由三維制圖軟件PRO/E設(shè)計(jì)出制作砂芯用模具，然后保存副本為STL數(shù)據(jù)格式；再使用 Magics軟件對(duì)該STL數(shù)據(jù)進(jìn)行抽殼處理，壁厚2mm，以及加支撐處理；將最終數(shù)據(jù)輸入快速 成型機(jī)中，并設(shè)置好各項(xiàng)加工參數(shù)，其中分層厚度0. 1mm，填充掃描速度7000mm/s，支撐掃 描速度2000mm/s，輪廓掃描速度6500mm/s ；所使用的樹脂材料為光固化樹脂14120 ；全部設(shè) 置完成后進(jìn)行制作模具。
3.如權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，其特征在于所述步 驟3)中涂刷脫模劑為銀粉脫模劑。
4.如權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，其特征在于所述原 砂、呋喃樹脂和固化劑的質(zhì)量比例為100 1 0.4。
5.如權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，其特征在于，所述制 造方法還包括對(duì)開模取出的砂芯進(jìn)行后處理的步驟在開模取出的砂芯表面涂刷涂料以降 低其表面粗糙度，所用的涂料牌號(hào)為SJ-SM，其密度為1. 1 1. 6g/cm3，涂料晾干后，對(duì)砂芯 表面進(jìn)行打磨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)岐形排氣管鑄造用砂芯的制造方法，包括以下步驟為1)采用光固化快速成型技術(shù)制作出樹脂件模具；2)制作加強(qiáng)鐵絲，使其具有與砂芯相同的空間螺旋線形狀；3)在模具中填砂并放入第2)步驟中制作好的加強(qiáng)鐵絲；4)使用刮板沿著模具分型面刮樹脂砂，使其上的樹脂砂略微隆起，然后合模壓緊；5)待樹脂砂凝固后，開模取出砂芯，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚怼１景l(fā)明使用快速成型方法制作出的復(fù)雜砂芯的樹脂件模具，質(zhì)量輕、強(qiáng)度好，表面粗糙度也能達(dá)到Ra＝3.2um，所以能在保證制作出的砂芯質(zhì)量的前提下，較大程度地降低模具制造成本和制造周期，而且針對(duì)越是復(fù)雜形狀的制件，該方法的優(yōu)勢(shì)就越明顯。
文檔編號(hào)B22C9/10GK101987347SQ20101029579
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者孫野, 宗學(xué)文, 李滌塵, 王小麗, 王永信 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué);西安瑞特快速制造工程研究有限公司