[发明专利]一种冰冻砂型的无模铸造成形方法

说明书

本发明公开了一种冰冻砂型的无模铸造成形方法，属于铸造快速成形技术领域。该方法根据铸件特点，选用合适型砂，与液体均匀混合，填充模具置于冷冻环境下；待型砂冷冻固化后，得到砂坯，放置于加工平台并固定；然后在加工设备上直接切削加工砂坯，得到铸型；最后在冰冻环境下进行浇铸，获得最终铸件。该方法是采用水或溶液作为粘接剂，来源广泛，价格低廉，不使用有机树脂和其他粘接剂，可避免浇注中发气量大、废砂回收再利用困难等问题，是一种环保绿色的铸造方法。该方法适用于零件快速开发试制和小批量生产。

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种冰冻砂型的无模铸造成形方法。本发明适用于金属件单件小批量生产和零部件快速开发试制。

背景技术

铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械工业重要的基础工艺。传统的铸造工艺需要制作模具存在生产工序多，生产周期长；手工操作，劳动强度大；开发成品昂贵，工作环境恶劣。

无模铸型制造工艺是将快速成型工艺与传统砂型工艺结合。目前典型的cad直接铸型工艺主要有PCM工艺采用轮廓扫描喷射固化工艺，实现无模铸型的快速制造。该工艺对树脂砂的用量大，粘接剂含量高，导致存在加工精度不高，铸型发气量大，透气性却差的缺点。SLS工艺是通过高强度激光的照射，有选择的将材料粉末烧结在一起得到零件的截面，并层层累积。对于单件小批量生产来说，成本高，产生有毒气体，污染环境。3DP工艺采取逐点喷洒粘结剂来粘接粉末的方法制造原型，GS工艺先采用多通道喷头均匀喷洒树脂，然后另外一个喷头喷洒固化剂，最后层层固化成型，其工艺清砂困难，需要特殊处理工序，影响砂型精度和表面质量。

基于去除加工原理的无模铸造技术是使用CAD模型直接驱动数控机床置对砂坯进行切削成铸型，获得直接用于铸造的铸型，最后合模浇注。该技术不需要预先制作木模模样，具有制造周期短、成形速度快、成本低、砂型/砂芯一体化制造及可制造出复杂形状铸件等优点。但是在制成砂坯时，粘结剂选用粘土，水玻璃，有机树脂，在铸造生产过程中会产生有害气体。

总之在现有技术中，对于新产品快速开发及单件小批量零部件生产来说，存在开发成本高；生产工艺采用有机树脂或其他溶液作为粘结剂，大大增加铸型发气量，并且浇注过程中产生有害气体，容易污染环境；同时后续废砂回收过程困难，耗资大，污染环境。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种冰冻砂型的无模铸造成形方法，方法是采用水或溶液作为粘接剂，型砂材料与粘结剂按比例均匀混合，在低温环境下凝固成砂坯，由加工设备直接加工出铸型。该方法节省木模或金属模，缩短了零件制造周期，降低了生产成本；采用水或溶液作为粘结剂，不使用有机树脂，避免铸型浇注发气量大，大大提高了铸件质量。水或溶液来源广泛，价格低廉，废砂回收方便，符合现代绿色制造理念。

一种冰冻砂型的无模铸造成形方法，该方法适用于铸造零件小批量生产和快速开发试制过程，具体实施步骤为：（1）根据铸件特点选择将合适铸造型砂种类；（2）将型砂与液体按一定质量分数均匀混合，装入模具置于液体凝固点以下温度环境；（3）型砂冷冻固化后，得到加工砂坯，置于加工平台；（4）根据加工型腔的形状，编制程序代码，输入到砂型数控机床，将砂坯切削加工得到所需所需砂型/芯单元；（5）在冷冻环境下，对砂型/芯单元进行整体组装，浇入熔融金属液；（6）金属液冷却成形，冷冻砂型吸热自动融化落砂，得到铸件，型砂回收利用。

进一步地，所述型砂材料为铸造用石英砂或非石英砂，如陶粒砂（宝珠砂）、铬铁矿砂、锆英石砂、石灰石砂、刚玉砂、镁砂、耐火熟料砂、橄榄石砂中的一种或多种。

进一步地，与型砂混合的粘结剂可以是水或水溶液，无有害气体产生，废砂置于室温或者加热环境下继续回收利用，符合绿色环保理念。

进一步地，砂坯环境温度为冷冻温度低于凝固点0-40度，制成砂坯冷冻密封保存；

进一步地，低温环境可以是通入的液氮或者干冰，也可以置于冷冻柜中。