[發(fā)明專利]一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法

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• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108705033A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單忠德;戰(zhàn)麗;李志坤;劉云志
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機(jī)科國創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號: B22C9/02
• 分類號: B22C9/02;B22C9/04;B33Y80/00;B33Y10/00
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本發(fā)明公開了一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法，依據(jù)鑄型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將其設(shè)計(jì)為具有一定壁厚的中空結(jié)構(gòu)方式，根據(jù)鑄件對鑄型散熱、透氣性等的要求對不同結(jié)構(gòu)部位采用多種材料3D打印成形，并結(jié)合數(shù)控加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)鑄型型腔尺寸精度及表面粗糙度的精確控制。通過中空結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，大幅節(jié)省鑄型材料，實(shí)現(xiàn)鑄型結(jié)構(gòu)輕量化，同時通過多種材料的3D打印成形充分利用不同材料的透氣性及散熱特點(diǎn)，合理避免澆不足、氣孔等缺陷，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄型的制備，為復(fù)雜鑄型的高效、綠色、輕量化成形提供了一種有效解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鑄造、增材制造、數(shù)控加工的交叉領(lǐng)域，涉及一種中空鑄型，可實(shí)現(xiàn)鑄型的高性能、高質(zhì)量、輕量化成形。

背景技術(shù)

鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一，因此鑄造業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著一個國家的生產(chǎn)實(shí)力。據(jù)2016 年統(tǒng)計(jì)，我國年產(chǎn)鑄件4720萬噸，已是世界鑄造第一大國。但我國鑄造業(yè)存在著企業(yè)數(shù)量多，平均規(guī)模小、節(jié)能減排不到位、廢品率成倍高于發(fā)達(dá)國家廢品率(2％-3％)。

鑄型的質(zhì)量直接關(guān)乎鑄造水平的高低，鑄造過程中鑄型要承受液態(tài)金屬的高溫作用和沖刷，所以必須具有相應(yīng)的耐火度和足夠的強(qiáng)度，在金屬凝固成形后，要求鑄型較容易地與鑄件脫離，此外還要求鑄型透氣性好，盡量避免鑄件形成氣孔、澆不足等缺陷，但傳統(tǒng)的鑄型需要的鑄型材料(樹脂砂、覆膜砂等) 的用量巨大，鑄型重量大，制備效率低，工作強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，一定程度上阻礙了鑄造業(yè)的發(fā)展。

本發(fā)明提出一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法，根據(jù)三維模型規(guī)劃鑄型壁厚以及中空結(jié)構(gòu)，采用3D打印技術(shù)與數(shù)控加工工藝復(fù)合成形，節(jié)約了鑄型材料，實(shí)現(xiàn)鑄型的綠色、輕量化成形。同時依靠對中空結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及鑄型材料的選取可控鑄型的熱導(dǎo)率，合理控制金屬液凝結(jié)時間，使金屬液充分流動又不至出現(xiàn)疏松縮孔等缺陷，提高鑄件質(zhì)量。滿足鑄型透氣性要求，解決了大型鑄型透氣性差的缺點(diǎn)，合理避免澆不足、氣孔等缺陷。采用數(shù)控加工成形技術(shù)保障鑄型尺寸及表面光潔度，滿足精密鑄要求，實(shí)現(xiàn)鑄型的高效、綠色、輕量化成形。

發(fā)明內(nèi)容

為提升鑄造的效率和質(zhì)量，本發(fā)明提出一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法，對鑄型的三維截面信息進(jìn)行分析，采用多種鑄型材料打印與數(shù)控加工技術(shù)復(fù)合成形，制備出具有型腔尺寸精確、強(qiáng)度高、透氣性好、結(jié)構(gòu)中空的輕量化鑄型。

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，包括：型腔，中空結(jié)構(gòu)，外表面三部分；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，所述型腔，其鑄型材料根據(jù)型腔強(qiáng)度及透氣性的要求選取不同性能的型砂；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，所述型腔，其尺寸及表面粗糙度可實(shí)現(xiàn)精確控制；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，所述中空結(jié)構(gòu)，其壁厚及結(jié)構(gòu)形式根據(jù)鑄件對散熱、透氣性要求的變化而改變；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，所述外表面，根據(jù)鑄型表面強(qiáng)度、透氣性及散熱性要求，選取不同性能型砂進(jìn)行表面成形；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，根據(jù)鑄型截面信息選取不同材料進(jìn)行鑄型的3D打印成形，包括鑄型的型腔、中空結(jié)構(gòu)、表面及澆注系統(tǒng)的成形；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，采用數(shù)控加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)型腔尺寸及表面粗糙度的精確控制；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，鑄型材料包括：石膏、水玻璃、覆膜砂、樹脂砂的一種或幾種；

在上述一種具有中空結(jié)構(gòu)的鑄型及其制造方法中，進(jìn)一步的，適用范圍包括：砂型鑄造、石膏型鑄造、消失模鑄造、熔模鑄造；