[发明专利]一种基于SLA原型的快速砂型铸造铸型制造方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造领域，特别涉及一种基于SLA原型的快速砂型铸造铸型制造方法。

背景技术

砂型铸造是铸造行业中应用最为普遍的技术，而利用材料累加制造原理的光固化成型（SLA）技术可实现复杂形状零件的制造。将SLA技术与砂型铸造技术相结合形成的快速砂型铸造技术是目前快速获得复杂金属零件的一种首选工艺，其基本原理是利用光固化成型技术制造铸造用模样、芯盒（SLA原型），然后结合砂型铸造工艺，快捷的制造金属零件。这种基于SLA原型的快速砂型铸造技术具有成本低，制造周期短的特点，适合单件、小批量生产，尤其适合于新产品开发。

基于SLA原型的快速砂型铸造的铸型设计制造是产品实际生产的中心环节，它包含铸造工艺（工艺方案、工艺参数、浇注系统、冒口系统等）的确定。传统的砂型铸造铸型设计制造多依靠工艺人员经验和查询工艺手册来完成，如图1所示，这是在长期的生产实践中，通过经验积累，逐渐形成了传统的铸型制造方法，一般适用于木模、塑料模、金属模等传统模具。

尽管SLA方法是目前快速成型技术领域研究最多、技术最为成熟、精度最高的方法，但是SLA原型件的树脂模型和传统的木模、金属模等有很大的差异性，表现在：SLA成型过程伴随着物理和化学变化，制件较易变形；成型的精度虽然可达±0.1mm，但是这是需要对成型工艺精确控制才能达到的理论值，在实际生产中很难实现；液态树脂固化后性脆，易断裂。鉴于SLA原型件存在翘曲变形、强度，刚度，耐热性有限的缺点，采用SLA原型件替代砂型铸造用木质模样、金属模样或塑料模样，与模样和芯盒相关的工艺参数都要依据光固化成型的特点加以确定。由于传统方法中没有建立SLA原型件的工艺参数，只能采用人工查询手册和铸造人员经验来完成铸型制造，然后通过大量实验来修改工艺缺陷，这样不仅要求工艺人员有较高的铸造水平，工作量也繁重，又浪费工程时间。

铸造工艺CAD系统是一种铸造工艺计算机辅助设计软件系统。该系统根据铸造生产原理和铸造工艺设计原则，建立铸造工艺计算机辅助设计数学物理模型，融合相关物理定律和实践经验，以实现专业铸造工艺设计数字化，准确化和敏捷化。通过该系统，实现零件到铸件的三维造型、分型面的确定、浇注系统CAD 的设计和冒口系统的设计等。兰州理工大学李凌羽以Pro/E为平台，实现了铸件三维造型及工艺，并应用Pro/E的参数化设计功能和族表开发工具，对冒口、冷铁、浇道等工艺组元进行标准化和参数化建模。以MAGMAsoft作为CAE平台，应用其专门的铸铁模块，对铸件的充型和凝固过程进行模拟。然而，现有技术尚没有结合光固化原型特点开发基于SLA原型的铸造工艺CAD系统，且没有建立基于SLA原型的快速砂型铸造工艺参数库，因此不能较全面的解决铸型制造中设计问题。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种基于SLA原型的快速砂型铸造铸型制造方法，该方法有利于提高铸型制造的效率和设计正确性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于SLA原型的快速砂型铸造的铸型制造工艺参数修正方法，包括对铸件线收缩率ε和拔模斜度进行修正。通过对铸件线收缩率ε的修正使得铸型制造效率和精确性都显著提高，避免通过后期的大量实验反复修改，减少了工作量和工程时间；通过对拔模斜度的修正，避免拔模时对SLA原型造成损伤。

作为优选方式，所述铸件线收缩率ε按照公式：ε＝（1+ε_合金）/（1－ε_SLA树脂）进行修正，其中ε_合金和ε_SLA树脂分别为合金和SLA树脂的线收缩率，所述拔模斜度在传统工艺（《铸造手册（第5卷，铸造工艺）》，机械工业出版社，2003年）规定的数值的基础上增加45%~97%。

作为优选方式，修正后的铸件线收缩率ε如表1所示，修正后的拔模斜度如表2所示。建立了基于SLA原型的快速砂型铸造的针对不同铸件材料和尺寸的工艺参数库。

 

表1：修正后的铸件线收缩率（%）