專利名稱：一種無模鑄型快速制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無模鑄型快速制造方法。
背景技術(shù)：
目前的快速樣機生產(chǎn)技術(shù)大多都基于分層制造技術(shù)，分層制造技術(shù)是將被加工對象分解為多個平行的薄層，加工過程中，通過逐層成形這些薄層并疊加，而完成制造。這一過程往往要借助于計算機技術(shù)來實現(xiàn)?，F(xiàn)有的用分層制造技術(shù)快速制作鑄造砂型(包括砂型和砂芯，以下統(tǒng)稱鑄型)的常用方法主要有以下兩種
一種是用激光對覆膜砂進行選擇性燒結(jié)，先在工作臺上鋪一層覆膜砂，并加熱至略低于覆膜砂熔點溫度，然后激光束按照截面形狀進行掃描，被掃描的部分材料熔化、粘接成形，一層完成成形后，工作臺下降一個層高，再進行下一層的鋪料和燒結(jié)，直至最終逐層堆疊固化成鑄型。這種方法的主要缺點是制成的砂型變形量大，影響鑄型和型芯的裝配，鑄件尺寸精度受影響。另一種是對覆有固化劑的型砂進行選擇性噴覆樹脂，先在工作臺上鋪一層覆有固化劑的型砂，然后由計算機控制精確地噴射樹脂，兩者發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)，一層層固化型砂而堆積鑄型。這種方法的主要缺點是砂型樹脂含量高，隨后的鑄造過程中鑄造缺陷發(fā)生率高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種無模鑄型快速制造方法，能夠減少制成的鑄型變形量，提高鑄型和型芯的裝配質(zhì)量，提高鑄件尺寸精度；同時降低了樹脂的使用量，進而避免鑄型發(fā)氣量大的不足。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下所述技術(shù)方案
一種無模鑄型快速制造方法，采用計算機控制無模砂型制造設(shè)備中有關(guān)鋪粉系統(tǒng)，先在工作臺上鋪一層酚醛樹脂覆膜砂，接著計算機將內(nèi)存的砂型該層截面的輪廓數(shù)據(jù)信息指令，驅(qū)動設(shè)備的噴射系統(tǒng)噴射溶劑無水乙醇，被噴射溶劑無水乙醇的酚醛樹脂覆膜砂溶化、 粘接成形，干燥，完成第一層成形后，工作臺下降一個層高，再進行第二層的鋪粉、噴射溶劑無水乙醇，被噴射溶劑無水乙醇的酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，重復(fù)上述步驟，直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體，去除沒有固化成形的余砂，并經(jīng)進一步烘干固化，獲得高強度的鑄型；具體步驟如下
步驟1 鋪底砂，首先清理工作臺邊框及工作臺板上的浮砂，再將可移動工作臺板下移 5mm，用鋪粉輥鋪底層覆膜砂粉；
步驟2 鋪第1薄層覆膜砂，工作臺板下移0.2 2mm，用鋪粉輥鋪第1層覆膜砂粉，即砂層厚度0. 2^2mm ；
步驟3 在鑄型區(qū)域噴溶劑無水乙醇，由噴溶劑噴頭按照鑄型該層截面的輪廓數(shù)據(jù)信息指令向鑄型區(qū)域噴射溶劑無水乙醇，被噴射的部分酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，獲得具有一定初始強度的第1層砂芯；
步驟4 干燥，通過烘干裝置將噴溶劑的砂層在5(T6(TC條件下干燥，進一步提高其初始強度；
步驟5 重復(fù)步驟2至步驟4，再進行下一層的鋪粉、噴溶劑和干燥，直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體砂芯；
步驟6 將未經(jīng)噴溶劑的余砂去除；
步驟7 將初步粘結(jié)形成的鑄型砂芯放在鑄型轉(zhuǎn)運容器中，充填支撐材料，支撐材料選用玻璃微珠或干砂；
步驟8 將鑄型轉(zhuǎn)運容器、鑄型砂芯和充填支撐材料整體放入烘干箱中加熱烘干固化， 固化溫度為200 220 0C ；
步驟9 冷卻后取出制成的鑄型砂芯?！N無模鑄型快速制造方法，鑄型所用砂粉為酚醛樹脂覆膜砂，即表面覆有固體酚醛樹脂粘結(jié)劑的鑄造型砂。一種無模鑄型快速制造方法，所述的干燥裝置，采用電加熱干燥。一種無模鑄型快速制造方法，所述最終加熱固化采用烘干箱進行烘干固化。一種無模鑄型快速制造方法，所述噴射系統(tǒng)噴射所用的溶劑為無水乙醇，乙醇質(zhì)量分數(shù)彡99. 7%，水分的質(zhì)量分數(shù)彡0. 3%。一種無模鑄型快速制造方法，所述制作的鑄型要在烘干箱中進行最終加熱固化， 其工作溫度為20(T220°C。一種無模鑄型快速制造方法，所述制造酚醛樹脂覆膜砂所用的原砂，為石英砂或陶粒砂、鉻鐵礦砂和橄欖石砂，粒度為70/140目。由于采用以上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明可達到以下有益效果
一種無模鑄型快速制造新方法，是先用作為溶劑的無水乙醇使得酚醛樹脂覆膜砂粉濕潤、樹脂溶解，干燥后形成初始強度，可直接應(yīng)用或經(jīng)再次固化形成最終更高強度，初始固化不加熱，減小砂芯的變形；同時降低了樹脂的使用量，進而避免鑄型發(fā)氣量大的不足。使用的溶劑成本低，綠色環(huán)保，節(jié)約能源。具有可推廣的價值，其有益效果如下 1、本方法初始固化不加熱，砂芯的變形比較小。2、用本發(fā)明方法制成的鑄型，避免了現(xiàn)有的快速鑄型制造方法制成的鑄型因樹脂含量高而造成的發(fā)氣量高等問題。3、制造覆膜砂所用的原砂，為適合鑄造使用的各種型砂，材料來源十分廣泛，如 石英砂、陶粒砂、鉻鐵礦砂和橄欖石砂。


圖1工作臺沿g向向下移5mm后的示意圖； 圖2鋪底砂的示意圖3工作臺沿g向向下移2mm后的示意圖； 圖4鋪第1層砂的示意圖； 圖5噴溶劑的示意圖； 圖6是圖5的A向視圖；圖7初始干燥示意圖； 圖8工作臺沿g向向下移2mm后的示意圖； 圖9鋪第2層砂的示意圖； 圖10整個砂芯完成后的示意圖； 圖11取出余砂后的示意圖； 圖12砂芯放入容器后的示意圖； 圖13砂芯加熱烘干固化的示意圖； 圖14最終固化后砂芯的示意圖。圖中1、鋪粉輥；2、固定工作臺邊框；3、可移動工作臺板；4、工作臺板與可移動工作臺5的連接板；5、可移動工作臺；6、酚醛樹脂覆膜砂粉；7、噴溶劑裝置噴頭；8、含溶劑的8字形第1層砂芯；9、加熱干燥裝置；10、含溶劑的8字形兩層砂芯；11、含溶劑的8字形整體初始固化后的砂芯；12、鑄型轉(zhuǎn)運容器；13、玻璃微珠(或干砂)；14、烘干箱；15、最終固
化后的8字形砂芯。另圖中f’、鋪粉輥向右行走方向；f"、鋪粉輥向左行走方向；g、工作
臺向下移動方向。
具體實施例方式如圖1至圖14所示，一種無模鑄型快速制造方法，采用計算機控制無模砂型制造設(shè)備中現(xiàn)有的有關(guān)鋪粉系統(tǒng)，先在工作臺上鋪一層酚醛樹脂覆膜砂，接著計算機將內(nèi)存的砂型每一層截面的輪廓數(shù)據(jù)信息指令，驅(qū)動設(shè)備的噴射系統(tǒng)噴射溶劑，被噴射的部分酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥完成第一層成形后，工作臺下降一個層高，再進行第二層的鋪粉、噴射溶劑無水乙醇，被噴射溶劑無水乙醇的酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥， 直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體，去除沒有被溶化的余砂，并經(jīng)烘干固化，獲得高強度的鑄型。具體以8字形試塊為例，步驟如下
步驟1 鋪底砂，首先清理快速成型裝置的工作臺邊框2及工作臺面3的浮砂，使工作區(qū)域干凈、無浮砂；再通過計算機控制傳動機構(gòu)帶動可移動工作臺5，使與之連接的可移動工作臺板3沿g向同時下移5mm，見圖1 ；
鋪底砂，用鋪粉輥1鋪底層覆膜砂粉6，即鑄型所用砂粉為酚醛樹脂覆膜砂，即表面覆有固體酚醛樹脂粘結(jié)劑的鑄造型砂；見圖2 ；
步驟2:鋪第1薄層覆膜砂，工作臺板3沿g向下移2mm，見圖3 ；用鋪粉輥鋪第1層覆膜砂粉，即覆膜砂砂層厚度2mm ；見圖4 ；
步驟3 在鑄型區(qū)域噴溶劑，由計算機系統(tǒng)控制的噴溶劑噴頭7向鑄型區(qū)域噴射溶劑無水乙醇，被噴射的部分酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，獲得具有一定初始強度的第1層砂芯；即8字形第1層砂芯8，噴射系統(tǒng)噴射所用的溶劑為無水乙醇，乙醇質(zhì)量分數(shù)> 99. 7%， 水分的質(zhì)量分數(shù)彡0. 3%。見圖5、6;
步驟4 干燥，通過計算機控制系統(tǒng)裝置，打開烘干裝置9，將噴溶劑的砂層8在 5(T60°C條件下干燥；所述的干燥裝置，采用電加熱干燥，見圖7 ；
步驟5 再進行下一層的鋪粉、噴溶劑和干燥，即重復(fù)步驟2至步驟4，完成砂芯第2層，重復(fù)如此步驟，直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體砂芯11 ；
即同步驟2，可移動工作臺板繼續(xù)下移2mm，見圖8 ；同步驟3、4，鋪第2層覆膜砂，砂層厚度2mm，得到含溶劑的8字形兩層砂芯10，見圖9 ；重復(fù)上述每層步驟直到獲得所需整體砂芯11，見圖10 ；
步驟6 將未經(jīng)噴溶劑的余砂去除，見圖11 ；
步驟7 將初步粘結(jié)形成的鑄型砂芯11放在鑄型轉(zhuǎn)運容器12中，充填支撐材料，支撐材料選用玻璃微珠13或干砂，見圖12 ；
步驟8 將轉(zhuǎn)運容器12鑄型砂芯11充填支撐材料整體放入烘干箱中加熱烘干固化，固化工作溫度為20(T220 °C ；即將整體砂芯11、轉(zhuǎn)運容器12和充填支撐材料13同時放入烘干箱14中，加熱固化，見圖13;
步驟9 冷卻后取出制成的鑄型砂芯15，即最終固化后的8字形砂芯15，見圖14。
以上鑄型所用砂粉為酚醛樹脂覆膜砂，即表面覆有固體酚醛樹脂粘結(jié)劑的鑄造型砂。所述制造覆膜砂所用的原砂，為石英砂或陶粒砂、鉻鐵礦砂和橄欖石砂，粒度為70/140 目；所用固體酚醛樹脂含量為1. 8%-2. 3%。
權(quán)利要求
1.一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于采用計算機控制無模砂型制造設(shè)備中有關(guān)鋪粉系統(tǒng)，先在工作臺上鋪一層酚醛樹脂覆膜砂，接著計算機將內(nèi)存的砂型每一層截面的輪廓數(shù)據(jù)信息指令，驅(qū)動設(shè)備的噴射系統(tǒng)噴射溶劑無水乙醇，被噴射溶劑無水乙醇的酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，完成第一層成形后，工作臺下降一個層高，再進行第二層的鋪粉、噴射溶劑無水乙醇，被噴射溶劑無水乙醇的酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，重復(fù)上述步驟，直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體，去除沒有被溶化的余砂，并經(jīng)烘干固化，獲得高強度的鑄型；具體步驟如下步驟1 鋪底砂，首先清理工作臺邊框2及工作臺板3的浮砂，再將可移動工作臺板3沿 g向向下移5mm，用鋪粉輥1鋪底層覆膜砂粉6 ；步驟2 鋪第1薄層覆膜砂，工作臺板3沿g向下移2mm，用鋪粉輥鋪第1層覆膜砂粉， 即砂層厚度2mm ；步驟3 在鑄型區(qū)域噴溶劑，由噴溶劑噴頭7向鑄型區(qū)域噴射溶劑，被噴射的部分酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，獲得具有一定初始強度的第1層砂芯8 ；步驟4 干燥，通過烘干裝置9將噴溶劑的砂層8在5(T6(TC條件下干燥；步驟5 再進行下一層的鋪粉和干燥，工作臺下降一個層高，即重復(fù)步驟2至步驟4，直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體砂芯11 ；步驟6 將未經(jīng)噴溶劑的余砂去除；步驟7 將初步粘結(jié)形成的鑄型砂芯11放在容器轉(zhuǎn)運容器12中，充填支撐材料，支撐材料選用玻璃微珠或干砂13 ；步驟8 將轉(zhuǎn)運容器12中鑄型砂芯11充填支撐材料整體放入烘干箱中加熱烘干固化， 固化溫度為200 220 0C ；步驟9 冷卻后取出制成的鑄型砂芯15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于鑄型所用砂粉為酚醛樹脂覆膜砂，即表面覆有固體酚醛樹脂粘結(jié)劑的鑄造型砂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于所述的干燥裝置， 采用電加熱干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于所述最終加熱固化采用烘干箱進行烘干固化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于所述噴射系統(tǒng)噴射所用的溶劑為無水乙醇，乙醇質(zhì)量分數(shù)> 99. 7%，水分的質(zhì)量分數(shù)< 0. 3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于所述制造的鑄型要在烘干箱中進行最終加熱固化，其工作溫度為20(T22(TC。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無模鑄型快速制造方法，其特征在于所述制造覆膜砂所用的原砂，為石英砂或陶粒砂、鉻鐵礦砂和橄欖石砂，粒度為70/140目。
全文摘要
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，公開一種無模鑄型快速制造方法，采用計算機控制無模砂型制造設(shè)備中有關(guān)鋪粉系統(tǒng)，先在工作臺上鋪一層酚醛樹脂覆膜砂，接著計算機將獲得的砂型每一層截面的輪廓數(shù)據(jù)信息指令，驅(qū)動設(shè)備的噴射系統(tǒng)噴射溶劑，被噴射的部分酚醛樹脂覆膜砂溶化、粘接成形，干燥，完成一層成形后，工作臺下降一個層高，再進行下一層的鋪粉、噴射溶劑和干燥，直至最終逐層堆疊固化成鑄型實體，去除余砂，并經(jīng)烘干固化，獲得高強度的鑄型；本發(fā)明具有初始固化不加熱，砂芯的變形比較小的特性，同時降低了樹脂的使用量，進而避免鑄型發(fā)氣量大的不足。使用的溶劑成本低，綠色環(huán)保，節(jié)約能源，具有推廣使用的價值。
文檔編號B22C9/10GK102397991SQ20111037891
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者任鳳章, 周在立, 易麗文, 李鋒軍, 段華榮, 王彬彬, 蔡安克, 袁書倉, 馬春慶 申請人:中國一拖集團有限公司