專利名稱：一種鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，屬于鑄造、數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造可以制造出復(fù)雜零件，是金屬成形的一種最主要加工方法。隨著市場全球化 以及競爭的不斷加劇，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，單件、小批量鑄件的需求越來越多， 單件、小批量尤其是大型鑄件的砂型制造工藝生產(chǎn)要求生產(chǎn)周期短，制造手段更加具有柔 性。然而一些鑄件由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理以及傳熱系數(shù)、界面換熱系數(shù)、收縮率的不同造成鑄 件出現(xiàn)廢品。為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，大大提升 了鑄型設(shè)計(jì)的靈活性和可操作性，傳統(tǒng)上不易達(dá)到或者不能達(dá)到的造型方案成為可能。目前，鑄型的生產(chǎn)方式有三種傳統(tǒng)砂型制造、快速成形砂型制造和基于數(shù)控加工 砂型制造。傳統(tǒng)砂型制造需要根據(jù)鑄件加工木模，再進(jìn)行砂箱翻砂得到鑄造砂型?？焖俪?形砂型制造應(yīng)用的是基于離散-堆積成形原理，首先將砂型的數(shù)字模型按Z向分層形成一 系列的層片；再根據(jù)層片輪廓信息，每鋪一層型砂選擇性的噴射黏結(jié)劑或者進(jìn)行激光燒結(jié)； 層層堆積，形成三維砂型。自適應(yīng)鑄型方法采用分塊、組裝方式進(jìn)行鑄型制造，可根據(jù)鑄件 充型、凝固過程中對應(yīng)力場、溫度場的需求，單獨(dú)選擇每一塊鑄型單元的型砂材料、收縮率， 考慮型腔內(nèi)部是否需要預(yù)埋冷鐵、冷卻管道以及排氣管等，并設(shè)計(jì)合適的坎合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分 塊鑄型的自定位自鎖緊組裝，達(dá)到鑄型主動適應(yīng)鑄件凝固過程，減少縮孔、縮松、裂紋等鑄 造缺陷，有效提高鑄件質(zhì)量的目的。傳統(tǒng)有模砂型制造由于木模、金屬模、芯盒加工周期長、成本高，難以制造出高精 度、表面質(zhì)量好的鑄型，不能滿足單件、小批量的加工要求。利用快速成形技術(shù)制造砂型存 在以下不足逐層加工，加工效率低，不適于大型鑄型的加工；粘結(jié)劑或激光燒結(jié)將砂粒粘 結(jié)在一起形成內(nèi)表面密實(shí)的鑄型，透氣性差，鑄件容易產(chǎn)生缺陷；分層加工，在加工一些復(fù) 雜面時會產(chǎn)生臺階效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種鑄件的自適應(yīng)鑄型 制造方法，該方法采用分塊、組裝方式進(jìn)行鑄型制造，從而制造出各種形狀的鑄件砂型，提 高了加工范圍，實(shí)現(xiàn)鑄型主動適應(yīng)鑄件凝固過程，提高了鑄件質(zhì)量。該方法特別適用于單 件、小批量的大中型鑄件的鑄型制造。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法， 包括如下步驟a)根據(jù)鑄件圖，構(gòu)建鑄型的三維實(shí)體模型，并反求出鑄型型腔，設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)；b)根據(jù)鑄型結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑄型(芯)的分塊設(shè)計(jì)；c)針對分塊砂塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用不同型砂材料進(jìn)行分塊制造；d)在鑄型不同部位加入冷鐵、冷卻管道、排氣孔等；
e)組合型(芯)后，進(jìn)行后處理。所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述不同型砂材料主要根據(jù)每 一塊鑄型單元所處的位置及收縮率等因素選用，如鋯英粉、莫來石粉、石英砂、石墨等。所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述單個砂塊，其砂型的切削精 度可達(dá)到士0. 1mm，砂塊與砂塊的配合精度可達(dá)到士0. 1 1mm，主要取決于單個砂塊的尺 寸。所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述單個砂塊(鑄型)，需根據(jù) 鑄件充型、凝固過程中的應(yīng)力場、溫度場凝固模擬結(jié)果，確定型砂種類、收縮率，最后確定所 需混制的砂塊尺寸，建立單個砂塊的鑄型模型。所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述砂塊組合，主要根據(jù)單個砂 塊的配合尺寸進(jìn)行組裝。所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法中根據(jù)需要加工的鑄件圖進(jìn)行分塊，然后根據(jù) 分塊砂型結(jié)構(gòu)進(jìn)行路徑規(guī)劃。本發(fā)明鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法與現(xiàn)有傳統(tǒng)鑄型制造方法、快速成形制造方法 和數(shù)控加工方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.高效、快速。與傳統(tǒng)鑄型制造工藝相比，省去了木模、金屬模、芯盒的制造環(huán)節(jié)； 與快速成形制造方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高速切削。2.加工出的鑄型鑄造性能良好。與快速成形相比，加工過程中不存在選擇性粘結(jié) 或燒結(jié)造成的局部過于密實(shí)的問題。3.加工柔性高，鑄件質(zhì)量好。與基于機(jī)床的砂型銑削加工方法相比，本發(fā)明加工方 法具有更大的加工范圍和更高的加工柔性，大大提升了鑄型設(shè)計(jì)的靈活性和可操作性，傳 統(tǒng)上不易達(dá)到或者不能達(dá)到的造型方案成為可能。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為鑄件自適應(yīng)鑄型加工示意圖。圖2為鑄件自適應(yīng)鑄型加工流程圖。附圖標(biāo)記1-不同型砂2-通氣管道3-冷卻管道4-冷鐵5-鑄件
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1、2對本發(fā)明做詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限定。具體步驟如下(1)利用三維軟件建立零件的三維實(shí)體模型，并根據(jù)實(shí)體模型反推出需要切削的 鑄型型腔；(2)根據(jù)鑄件的性能要求，分塊進(jìn)行砂塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定單個砂塊的數(shù)量和尺寸； 并優(yōu)化加工路徑；(3)單個砂塊制備如對鑄件熱節(jié)部位或厚大部位，選用粒度為50/100目的鋯英粉、粘結(jié)劑、硬化劑、添加劑等混制一塊砂塊，也可選用其他導(dǎo)熱系數(shù)好的造型材料如石墨； 對于常規(guī)部位，選用粒度為70/140目的石英砂、粘結(jié)劑、硬化劑、添加劑等混制另一塊砂 塊；對于尺寸精度要求高、耐火度較高的部位也可選用莫來石粉等。(4)將固化好的單個砂塊安裝在工作臺上，進(jìn)行切削加工；(5)根據(jù)整體的鑄型結(jié)構(gòu)，在相應(yīng)部位設(shè)置冷鐵、通氣管道等；(6)將加工出的單個砂塊進(jìn)行組合；(7)對于組裝好的鑄型進(jìn)行后處理。砂塊組合過程中，根據(jù)鑄件充型、凝固過程中對應(yīng)力場、溫度場的需求，單獨(dú)的為 每一塊鑄型單元選擇型砂、設(shè)定收縮率、設(shè)計(jì)內(nèi)部是否需要預(yù)埋冷鐵、冷卻管道以及排氣管 等，以實(shí)現(xiàn)鑄型主動適應(yīng)鑄件凝固過程。以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā) 明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于該方法包括如下步驟a)根據(jù)鑄件圖，構(gòu)建鑄型的三維實(shí)體模型，并反求出鑄型型腔，設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)；b)根據(jù)鑄型結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑄型(芯)的分塊設(shè)計(jì)；c)針對分塊砂塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用不同型砂材料進(jìn)行分塊制造；d)在鑄型不同部位加入冷鐵、冷卻管道、排氣孔等；e)組合型(芯)后，進(jìn)行后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述不同型砂 材料主要根據(jù)每一塊鑄型單元所處的位置及收縮率等因素選用，如鋯英粉、莫來石粉、石英 砂、石墨等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述單個砂塊， 其砂型的切削精度可達(dá)到士0. 1mm，砂塊與砂塊的配合精度可達(dá)到士0. 1 1mm，主要取決 于單個砂塊的尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述單個砂塊 (鑄型)，需根據(jù)鑄件充型、凝固過程中的應(yīng)力場、溫度場模擬凝固結(jié)果，確定型砂種類、收 縮率，最后確定所需混制的砂塊尺寸，建立單個砂塊的鑄型模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，其特征在于，所述砂塊組合， 主要根據(jù)單個砂塊的配合尺寸進(jìn)行組裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄件的自適應(yīng)鑄型制造方法，屬于鑄造、數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法的步驟為根據(jù)鑄件圖，構(gòu)建鑄型的三維實(shí)體模型并反求鑄型型腔；根據(jù)鑄型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行砂塊分塊設(shè)計(jì)；選用不同型砂材料，如鋯英粉、莫來石粉、石英砂等來分塊制造砂型(芯)；根據(jù)澆注凝固的模擬結(jié)果，也可在鑄型不同部位加入冷鐵、冷卻管道等；分塊加工砂型(芯)；組型(芯)后進(jìn)行后處理，形成最終澆注的鑄型。本發(fā)明能夠根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和局部凝固特點(diǎn)，單獨(dú)設(shè)計(jì)每一塊鑄型(型砂材料可以不同)，大大提升了鑄型設(shè)計(jì)的靈活性、可操作性、與鑄件的相適應(yīng)性。同時，自適應(yīng)鑄型制造方法在鑄造過程中，大大改善了無模造型(制芯)的靈活度，使傳統(tǒng)上不易達(dá)到或者不能達(dá)到的造型方案成為可能。該方法特別適合于單件小批量的鑄件制造。
文檔編號B22C9/12GK101992272SQ20091016230
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者劉豐, 單忠德, 李新亞, 王祥磊, 董曉麗 申請人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心