一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法技术

本发明专利技术公开一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，包括：采用三维制图软件构建三维中空砂型模壳并3D打印输出；将打印输出的三维中空砂型模壳进行涂覆耐火涂料处理或加热固化处理；向砂箱中填入原砂将三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；利用抽气管道对砂箱内部进行抽真空；将金属合金液浇入砂箱内三维中空砂型模壳的空腔；待浇注的合金溶液凝固后，关闭抽真空系统，继续冷却后，开砂箱取出模壳并进行表面清理，获得铸件。本发明专利技术结合3D打印技术以及铸造工艺，提高了生产效率，实现了规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法
本专利技术涉及金属铸件成型和增材制造
，特别是涉及一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法。
技术介绍
铸造是获得机械零件毛坯的最主要方法，在工业生产中占有重要地位。砂型铸造是最常见、应用最广的铸造生产方式，传统的砂型铸造方法需要使用手工或造型机制备砂型，因此砂型的使用存在三个明显的弊端，一是砂型的制造需要使用大量的粘结剂，大部分粘结剂具有浓烈的气味且对身体有害；二是砂的前、后处理和铸件清理阶段产生大量的粉尘污染，对环境不利；三是砂型制作工艺相对繁琐、工期长。V法铸造技术和消失模铸造技术是20世纪60~80年代发展起来的金属铸件的新型铸造方法，具有铸件尺寸精度高、表面光洁度高、后续加工余量少、经济性好等优点，并且这两项技术的共同特点是采用真空密封定型砂型和保持强度，避免了粘结剂的使用，具有清洁环保的特点，被称为是21世纪的绿色铸造技术。近几十年来，V法铸造技术和消失模铸造技术在全世界范围内获得了快速发展和应用。但是，消失模铸造技术的局限是白模生产工序复杂，且需要配套的蒸汽系统，能耗较大；另一方面，白模遇高温金属液裂解产生的气体量大，易使铸件形成气孔缺陷，同时容易使铸件发生增碳，铸件的成分与组织不易控制。另外，在浇注过程中还可能存在金属液返喷的风险，具有一定危险性。V法铸造技术的不足是需要先制作木模具或金属模具，模具制作成本高、周期长、造型工序较复杂、产量低，并且中空铸件仍离不开砂芯的使用。3D打印技术是20世纪末出现的一种新型材料成型技术，并很快应用在铸造领域中。现阶段，3D打印方法制备砂型，由于无需开模，在单件、小批量、高复杂系数铸件生产以及产品试制方面具有明显的优势，但因为还没有与传统的V法、消失模或砂型铸造工艺深度结合起来，与砂型自动造型机、射芯机等比较，由于生产效率相对较低，目前还难以实现规模化的应用。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，以实现规模化打印和应用。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，所述铸造方法包括：步骤S1：采用三维制图软件，根据铸件的几何形状和铸造性能构建三维中空砂型模壳；步骤S2：利用3D打印机和砂型原料将所述三维中空砂型模壳打印输出；步骤S3：将打印输出的所述三维中空砂型模壳的内表面涂覆耐火涂料后，在设定温度范围的烘烤炉或微波炉中干燥；或将打印输出的所述三维中空砂型模壳加热到120～200℃进行固化处理；步骤S4：将步骤S3得到的所述三维中空砂型模壳放入砂箱中，向砂箱中填入原砂将所述三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在所述砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上10~50mm的薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；步骤S5：接入抽气管道，利用所述抽气管道对砂箱内部进行抽真空，使砂箱的负压控制在设定压力范围内；步骤S6：将金属合金液通过浇口杯浇入砂箱中所述三维中空砂型模壳的空腔内；所述金属合金液在天然气炉、电炉、熔炼炉、中频炉或电弧炉内熔炼获得；步骤S7：待浇注的合金溶液凝固后，等待第一设定时间后关闭抽真空系统，继续冷却第二设定时间后，开砂箱取出模壳并进行表面清理，获得铸件。可选的，在步骤S4之前还包括：在砂箱底部填入一层原砂。可选的，所述设定温度范围为100~300℃，所述第一设定时间为1~5min，所述第二设定时间1~10小时。可选的，振实的加速度控制在10～20m/s2范围，时间为10～90s。可选的，所述设定压力范围为-600~-300kPa。可选的，所述三维制图软件为CAE软件或UG软件或CATIA软件或PROE软件或SOLIDWORK软件。可选的，涂覆耐火涂料的方式为刷涂、浸涂、流涂和喷涂中至少一种。可选的，所述3D打印机包括3DP砂型打印机和SLS打印机。可选的，所述砂型原料包括：原砂、粘结剂和辅助添加剂。可选的，所述耐火涂料的厚度为0.05~4.0mm。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，包括：采用三维制图软件构建三维中空砂型模壳并3D打印输出；将打印输出的三维中空砂型模壳进行涂覆耐火涂料处理或加热固化处理；向砂箱中填入原砂将三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；利用抽气管道对砂箱内部进行抽真空；将金属合金液浇入砂箱内三维中空砂型模壳的空腔；待浇注的合金溶液凝固后，等待第一设定时间后关闭抽真空系统，继续冷却第二设定时间后，开砂箱取出模壳并进行表面清理，获得铸件。本专利技术结合3D打印技术以及铸造工艺，提高了生产效率，实现了规模化生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法流程图；图2为本专利技术实施例包覆连杆套铸件的三维中空砂型模壳结构图；图3为本专利技术实施例包覆叶轮铸件的三维中空砂型模壳爆炸结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，以实现规模化打印和应用。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提供一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，所述铸造方法包括：步骤S1：采用三维制图软件，根据铸件的几何形状和铸造性能构建三维中空砂型模壳。铸造性能包括结构工艺性能和材料工艺性能。步骤S2：利用3D打印机和砂型原料将所述三维中空砂型模壳打印输出。步骤S3：将打印输出的所述三维中空砂型模壳的内表面涂覆耐火涂料后，在设定温度范围的烘烤炉或微波炉中干燥；所述设定温度范围为100~300℃。或将打印输出的所述三维中空砂型模壳加热到120～200℃进行固化处理。步骤S4：将步骤S3得到的所述三维中空砂型模壳放入砂箱中，向砂箱中填入原砂将所述三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在所述砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上10~50mm的薄砂，并在所述薄砂上放置浇口杯后继续填入原砂、振实。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法包括：/n步骤S1：采用三维制图软件，根据铸件的几何形状和铸造性能构建三维中空砂型模壳；/n步骤S2：利用3D打印机和砂型原料将所述三维中空砂型模壳打印输出；所述砂型原料包括：原砂、粘结剂和辅助添加剂；所述原砂为普通砂或特种砂；所述特种砂为陶粒砂、宝珠砂和铬矿砂中至少一种；所述粘结剂为呋喃树脂、酚醛树脂、脲烷树脂、粘土和无机盐中至少一种，辅助添加剂为煤粉、淀粉、石墨粉、氧化铁粉、脱模剂和渣油中至少一种；/n步骤S3：将打印输出的所述三维中空砂型模壳的内表面涂覆耐火涂料后，在设定温度范围的烘烤炉或微波炉中干燥；所述设定温度范围为100~300℃；所述耐火涂料的厚度为0.05~4.0mm；/n或将打印输出的所述三维中空砂型模壳加热到120～200℃进行固化处理；/n步骤S4：将步骤S3得到的所述三维中空砂型模壳放入砂箱中，向砂箱中填入原砂将所述三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在所述砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上10~50mm的薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；/n步骤S5：接入抽气管道，利用所述抽气管道对砂箱内部进行抽真空，使砂箱的负压控制在设定压力范围内；/n步骤S6：将金属合金液通过浇口杯浇入砂箱中所述三维中空砂型模壳的空腔内；所述金属合金液在天然气炉、电炉、熔炼炉、中频炉或电弧炉内熔炼获得；/n步骤S7：待浇注的合金溶液凝固后，等待第一设定时间后关闭抽真空系统，继续冷却第二设定时间后，开砂箱取出模壳并进行表面清理，获得铸件；所述第一设定时间为1~5min，所述第二设定时间1~10小时。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印制备砂型模壳的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法包括：
步骤S1：采用三维制图软件，根据铸件的几何形状和铸造性能构建三维中空砂型模壳；
步骤S2：利用3D打印机和砂型原料将所述三维中空砂型模壳打印输出；所述砂型原料包括：原砂、粘结剂和辅助添加剂；所述原砂为普通砂或特种砂；所述特种砂为陶粒砂、宝珠砂和铬矿砂中至少一种；所述粘结剂为呋喃树脂、酚醛树脂、脲烷树脂、粘土和无机盐中至少一种，辅助添加剂为煤粉、淀粉、石墨粉、氧化铁粉、脱模剂和渣油中至少一种；
步骤S3：将打印输出的所述三维中空砂型模壳的内表面涂覆耐火涂料后，在设定温度范围的烘烤炉或微波炉中干燥；所述设定温度范围为100~300℃；所述耐火涂料的厚度为0.05~4.0mm；
或将打印输出的所述三维中空砂型模壳加热到120～200℃进行固化处理；
步骤S4：将步骤S3得到的所述三维中空砂型模壳放入砂箱中，向砂箱中填入原砂将所述三维中空砂型模壳包覆起来，同时进行振实；然后在所述砂箱的顶部铺上一层塑料薄膜密封，在塑料薄膜上均匀的铺上10~50mm的薄砂，预留浇口杯安装位置，并在该位置上放置浇口杯后继续填入原砂、振实；
步骤S5：接入抽气管道，利用所述抽气管道对砂箱内部进行抽真空，使砂箱的负压控制在设定压力范围内；
步骤S6：将金属合金液通过浇口杯浇入砂箱中所述三维中空砂型模壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈志，王伟，张唯，贺伟，陈功代，王强，闫国栋，金枫，张全艺，
申请(专利权)人：广东峰华卓立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44