一种3d打印型芯的外部强化系统的制作方法
【专利摘要】本发明应用于3D打印型芯铸造生产领域，具体涉及一种3D打印型芯的外部强化系统。该系统包括：双层砂箱，所述双层砂箱包括：内箱、底板、垫块、外箱和顶板；负压系统，所述负压系统包括：抽气接头、电控调节阀、连接管道、净化槽和真空泵；阻气薄膜，所述阻气薄膜包括覆在砂箱顶部和3D型芯外围的塑料薄膜，用于阻隔外界气体及型芯内气体进入砂箱，使砂箱内部形成封闭状态，当负压系统运行时形成负压状态。利用本发明的系统，提高了3D打印型芯的外部强度，使之足以抵抗铁水浮力，且所用干砂可循环使用，生产成本大大降低，可满足多品种铸件的生产过程需要。
【专利说明】
一种3D打印型芯的外部强化系统
技术领域
[0001]本发明应用于3D打印型芯铸造生产领域，具体涉及一种3D打印型芯的外部强化系统。
【背景技术】
[0002]随着3D打印技术的推广与应用，目前使用3D打印型芯进行铸造生产的方法已经在行业内逐渐流行，其铸造流程包括型芯打印、流涂烘干、砂芯组装及浇注，最终得到所需铸件。该技术不用使用模具制型，无需考虑传统工艺的起模和撤料问题，可实现各种复杂结构型芯的一次性高精度打印，增加了铸造工艺设计方法的灵活性，同时节约了模具制造成本，非常适合于试验件或小批量铸件的铸造；由于3D打印型芯打印的成本相对较高，为节约打印成本，同时缩短打印周期，我们希望尽量减少3D打印型芯的设计体积，但为了保证砂芯有足够强度抵抗铁水充型过程中的浮力，这就需要对砂芯外围进行强化。现有技术多数采用将组装完成的型芯放入钢制砂箱中，外围进行树脂砂填埋，以获得足够的外围强度，但这种方法往往难以找到匹配的砂箱，因而需要消耗大量的树脂砂用量，导致生产成本提高，无法满足多品种产品的生产需要。比如公开号为CN103658527A的专利文献，公开了一种冰箱冷藏箱吸塑模模具铸件的真空密封造型方法，其采用树脂砂，导致型芯强度不够，容易变形。因此如何设计一种既能减少成本又能强化型芯的系统成为本领域亟需解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，提出了一种3D打印型芯的外部强化系统，该系统使用干砂替代了树脂砂，同时能提高3D打印型芯的外部强度，且所用干砂可循环使用，生产成本大大降低，满足多品种铸件的生产过程需求。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为:一种3D打印型芯的外部强化系统，包括:双层砂箱，所述双层砂箱包括:内箱、底板、垫块、外箱和顶板，其中，所述内箱为半封闭箱体，由I个下箱板和4个侧箱板连接形成，所述下箱板和侧箱板表面均设有排气槽，其外围设有砂网；所述底板位于所述内箱底部，所述底板上设有多个与所述下箱板排气槽错位的抽气孔;所述垫块位于所述底板上，且其顶面与所述内箱底面连接，用于承载内箱;所述外箱是由4个侧箱板连接形成的外围箱体，用于嵌套在所述内箱上，其外部设有横向加强筋和纵向加强筋；所述顶板位于所述砂箱顶部，用于密封所述内箱与外箱;负压系统，所述负压系统包括:抽气接头、电控调节阀、连接管道、净化槽和真空栗，其中，所述抽气接头固定设置于所述净化槽的侧壁上，其一端贯穿所述净化槽的侧壁并延伸进入净化槽中，另一端与所述内箱底板上的抽气孔连通，所述电控调节阀设于所述抽气接头与所述抽气孔之间，用于监测所述砂箱内气压，并调节控制气压值，所述连接管道一端与所述净化槽相连接，另一端与所述真空栗连接，用于排气，所述真空栗位于系统末端，用于抽取所述砂箱内的气体;阻气薄膜，所述阻气薄膜包括覆在砂箱顶部和3D型芯外围的塑料薄膜，用于阻隔外界气体及型芯内气体进入砂箱，使砂箱内部形成封闭状态，当负压系统运行时形成负压状??τ O
[0005]发明人发现，根据本发明实施例的该系统，使用干砂替代树脂砂，提高3D打印型芯的外部强度，使之足以抵抗铁水浮力，且所用干砂可循环使用，生产成本大大降低;此外双层砂箱可按照最大产品的铸型轮廓尺寸制作，可满足多品种铸件的生产过程需要；同时由于树脂砂用量大大减少，浇注过程铸型发气量减小，铸件的气孔类缺陷明显改善。
[0006]根据本发明的实施例，所述净化槽为水槽，用于将气体粉尘混合物分离，沉淀净化所述负压系统抽出的气体;所述净化槽还包括排出口，其位于所述净化槽的底部，通过将气体粉尘混合物分离的沉淀排出。
[0007]根据本发明的实施例，所述内箱和外箱均为焊接形成，所述垫块与底板，内箱与垫块，外箱与底板，顶板与内箱、外箱的连接均为焊接，优选的，为无缝满焊，用于保证其整体的密封性。
[0008]根据本发明的实施例，所述内箱的下箱板和侧箱板为20mm厚钢板，每个钢板30%的面积设置排气槽，所述砂网为钢丝材质，其孔径小于40目砂粒直径，铆接在所述排气槽外围。
[0009]根据本发明的实施例，所述底板为厚度为80mm的方形钢板，其长宽尺寸比所述内箱各大出160mm，钢板中心均布多个抽气孔，优选为3个，抽气孔内车有螺纹，用于对接所述负压系统抽气接头;所述垫块为高80mm的方形钢板。
[0010]根据本发明的实施例，所述外箱为20mm厚钢板，其轮廓尺寸与所述底板相同，且其外部两侧还对称设有4个吊把。
[0011]根据本发明的实施例，所述顶板为厚度20mm的环形钢板，其内环大小与内箱相同，其外环大小与外箱相同。
[0012]根据本发明的实施例，所述抽气接头上车有与抽气孔配套的螺纹，可旋入所述抽气孔。
[0013]在本发明的另一方面，本发明提供了一种所述的系统进行型芯强化的方法，根据本发明的实施例，包括如下步骤:a.准备与所述双层砂箱等容量的干硅砂，提前将3D型芯组合并装卡;b.在所述双层砂箱中均匀铺底砂，将组合好的3D型芯覆膜，并放入所述砂箱中，继续流砂至将型芯完全覆盖，仅露出进流口及出气口部位;c.在顶部干砂表面覆盖一层所述塑料阻气薄膜，继续填砂，在进流口处设置浇口盆，为后续浇注作业;d.开启所述负压系统，一段时间后，控制所述调节阀，使所述砂箱内的绝对真空度小于标准大气压;e.在负压力作用下，所述砂箱中的干砂被整体收紧，使3D型芯外围强度增加，此时进行浇注作业，待浇注完成后，进行保压一段时间后撤离负压。
[0014]根据本发明的实施例，在所述步骤a中，所述干硅砂为20-40目；在所述步骤b中，所述铺底砂的高度为200mm;在所述步骤c中，填砂高度为100mm;在所述步骤d中，所述绝对真空度小于0.5倍的标准大气压;在所述步骤e中，所述浇注完成后的保压时间为15min。
[0015]本发明至少具有以下有益效果:
(1)本发明使用干砂替代了树脂砂，同时能提高3D打印型芯的外部强度，使之足以抵抗铁水浮力；
(2)利用此系统采用的方法所用干砂可循环使用，生产成本大大降低；
(3)所述双层砂箱可按照最大产品的铸型轮廓尺寸制作，可满足多品种铸件的生产过芏口电面
fe而安；
(4)由于树脂砂用量大大减少，饶注过程铸型发气量减小，铸件的气孔类缺陷明显改口 O
【附图说明】
[0016]图1是双层砂箱的结构示意图。
[0017]图2是底板剖视图。
[0018]图3是负压系统结构示意图。
[0019]其中，底板I，垫块2，内箱3，外箱4，顶板5，横向加强筋6，纵向加强筋7，砂网8，排气槽9，抽气孔1，吊把11，双层砂箱12，电控调节阀13，净化槽14，连接管道15，真空栗16，排出口 17，抽气接头18。
【具体实施方式】
[0020]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
[0021]本发明提供了一种3D打印型芯的外部强化系统，根据本发明的实施例，图1是双层砂箱的结构示意图，图2是底板剖视图，图3是负压系统结构示意图，参照图1、图2和图3所示，该系统包括:双层砂箱12，负压系统和阻气薄膜，所述双层砂箱包括:内箱3、底板1、垫块
2、外箱4和顶板5，其中，所述内箱为半封闭箱体，由I个下箱板和4个侧箱板连接形成，所述下箱板和侧箱板表面均设有排气槽9，其外围设有砂网8;所述底板位于所述内箱底部，所述底板上设有多个与所述下箱板排气槽错位的抽气孔10;所述垫块位于所述底板上，且其顶面与所述内箱底面连接，用于承载内箱;所述外箱是由4个侧箱板连接形成的外围箱体，用于嵌套在所述内箱上，其外部设有横向加强筋6和纵向加强筋7;所述顶板位于所述砂箱顶部，用于密封所述内箱与外箱;所述负压系统包括:抽气接头18、电控调节阀13、连接管道15、净化槽14和真空栗16，其中，所述抽气接头固定设置于所述净化槽的侧壁上，其一端贯穿所述净化槽的侧壁并延伸进入净化槽中，另一端与所述内箱底板上的抽气孔连通，所述电控调节阀设于所述抽气接头与所述抽气孔之间，用于监测所述砂箱内气压并调节控制气压值;所述阻气薄膜包括覆在砂箱顶部和3D型芯外围的塑料薄膜。
[0022]发明人发现，根据本发明实施例的该系统，使用干砂替代树脂砂，提高3D打印型芯的外部强度，使之足以抵抗铁水浮力，且所用干砂可循环使用，生产成本大大降低;此外双层砂箱可按照最大产品的铸型轮廓尺寸制作，可满足多品种铸件的生产过程需要；同时由于树脂砂用量大大减少，浇注过程铸型发气量减小，铸件的气孔类缺陷明显改善。
[0023]根据本发明的实施例，参照图3所示，所述连接管道的具体种类不受限制，只要能够起到连通排气作用即可，所述连接管道一端与所述净化槽相连接，另一端与所述真空栗连接，用于排气。
[0024]根据本发明的实施例，所述真空栗位的具体种类和设备型号不受限制，只要能够起到抽取气体作用即可，所述真空栗位于系统末端，用于抽取所述砂箱内的气体。
[0025]根据本发明的实施例，所述阻气薄膜的具体种类和材质不受限制，可以为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚偏二氯乙烯薄膜，根据本发明的一些实施例，本发明优选为聚乙烯薄膜，用于阻隔外界气体及型芯内气体进入砂箱，使砂箱内部形成封闭状态，当负压系统运行时形成负压状态。
[0026]根据本发明的实施例，所述净化槽的具体种类不受限制，可以为庭用小型净化槽、污水处理净化槽或气体净化槽，根据本发明的一些实施例，本发明优选为气体净化槽，更优选的为水槽，用于将气体粉尘混合物分离，沉淀净化所述负压系统抽出的气体;所述净化槽还包括排出口 17，其位于所述净化槽的底部，通过将气体粉尘混合物分离的沉淀排出。
[0027]根据本发明的实施例，参照图1所示，所述内箱和外箱的制作形成过程和方法不受限制，可以为焊接、铆接或者啮合形成，根据本发明的一些实施例，本发明优选为焊接形成，并且所述垫块与底板，内箱与垫块，外箱与底板，顶板与内箱、外箱的连接均为焊接，更优选的，为无缝满焊，用于保证其整体的密封性。
[0028]所述双层砂箱制作顺序为先制作所述内箱，然后制作所述外箱，将所述垫块焊接在所述底板上，所述垫块顶面上焊接所述内箱，再将所述外箱嵌套密封所述内箱，最后将顶板焊接在所述内箱与外箱的顶部，完全密封，只剩进流口及出气口部位，便于后续浇注。
[0029]根据本发明的实施例，所述内箱的下箱板和侧箱板的具体材质种类不受限制，可以为铁质、铜质或者钢质，根据本发明的一些实施例，本发明优选为20mm厚钢板，且每个钢板30%的面积设置排气槽，所述砂网的具体材质种类不受限制，可以为铁丝、铜丝或者钢丝，根据本发明的一些实施例，本发明优选为钢丝材质，其孔径小于40目砂粒直径，所述砂网与所述排气槽的具体连接方式不受限制，可以为焊接，铆接或者啮合形成，根据本发明的一些实施例，本发明优选为铆接在所述排气槽外围。
[0030]根据本发明的实施例，参照图1和2所示，所述底板和垫块的具体材质种类和形状不受限制，材质可以为铁质、铝质或者钢质，形状可以为圆形、方形、锥形或环形，根据本发明的一些实施例，本发明所述底板优选为厚度为80mm的方形钢板，其长宽尺寸比所述内箱各大出160mm，钢板中心均布多个抽气孔，优选为3个，抽气孔内车有螺纹，用于螺旋对接所述负压系统抽气接头;所述垫块优选为为高80mm的方形钢板。
[0031]根据本发明的实施例，所述外箱的具体材质种类不受限制，材质可以为铁质、铜质、铝质或者钢质，根据本发明的一些实施例，本发明优选为20mm厚钢板，其轮廓尺寸与所述底板相同，且其外部两侧还对称设有4个吊把11。
[0032]根据本发明的实施例，所述顶板的具体材质种类和形状不受限制，材质可以为铁质、铜质、铝质或者钢质，形状可以为圆形、方形、锥形或环形，根据本发明的一些实施例，本发明优选为厚度20_的环形钢板，其内环大小与内箱相同，其外环大小与外箱相同。
[0033]根据本发明的实施例，所述抽气接头与抽气孔的具体连接方式不受限制，可以为焊接、铆接或螺旋对接，根据本发明的一些实施例，本发明优选为螺旋对接，更优选的，所述抽气接头上车有与抽气孔配套的螺纹，可旋入所述抽气孔。
[0034]在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用所述的系统进行型芯强化的方法，根据本发明的实施例，包括以下步骤:
a.准备与所述双层砂箱等容量20-40目的干硅砂，提前将3D型芯组合并装卡。
[0035]b.在所述双层砂箱中均匀铺200mm高度的底砂，将组合好的3D型芯覆上所述用于阻隔外界气体及型芯内气体进入砂箱且使砂箱内部形成封闭状态的阻气薄膜，并放入所述砂箱中，继续流砂至将型芯完全覆盖，仅露出进流口及出气口部位。
[0036]根据本发明的实施例，参照图1所示，所述双层砂箱包括内箱3、底板1、垫块2、外箱4和顶板5，所述内箱和外箱的制作形成过程和方法不受限制，可以为焊接、铆接或者啮合形成，根据本发明的一些实施例，本发明优选为焊接形成，并且所述垫块与底板，内箱与垫块，外箱与底板，顶板与内箱、外箱的连接均为焊接，更优选的，为无缝满焊，用于保证其整体的密封性。
[0037]c.在顶部干砂表面覆盖一层所述塑料阻气薄膜，继续填铺高度为10mm的干砂，在进流口处设置浇口盆，为后续浇注作业。
[0038]根据本发明的实施例，所述阻气薄膜包括覆在砂箱顶部和3D型芯外围的塑料薄膜，所述阻气薄膜的具体种类和材质不受限制，可以为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或聚偏二氯乙烯薄膜，根据本发明的一些实施例，本发明优选为聚乙烯薄膜，用于阻隔外界气体及型芯内气体进入砂箱，使砂箱内部形成封闭状态，当负压系统运行时形成负压状态。
[0039]d.开启所述负压系统，一段时间后，控制所述调节阀，使所述砂箱内的绝对真空度小于0.5倍的标准大气压。
[0040]e.在负压力作用下，所述砂箱中的干砂被整体收紧，使3D型芯外围强度增加，此时进行浇注作业，待浇注完成后，进行保压15min后撤离负压。
[0041]根据本发明的实施例，所述负压系统包括:抽气接头18、电控调节阀13、连接管道15、净化槽14和真空栗16，其中，所述抽气接头固定设置于所述净化槽的侧壁上，其一端贯穿所述净化槽的侧壁并延伸进入净化槽中，另一端与所述内箱底板上的抽气孔连接，所述电控调节阀设于所述抽气接头与所述抽气孔的连接处，用于监测所述砂箱内气压，并调节控制气压值;所述阻气薄膜包括覆在砂箱顶部和3D型芯外围的塑料薄膜。
[0042]根据本发明的实施例，参照图3所示，所述连接管道的具体种类不受限制，只要能够起到连通排气作用即可，所述连接管道一端与所述净化槽相连接，另一端与所述真空栗连接，用于排气。
[0043]根据本发明的实施例，所述真空栗位的具体种类和设备型号不受限制，只要能够起到抽取气体作用即可，所述真空栗位于系统末端，用于抽取所述砂箱内的气体。
[0044]发明人发现，根据本发明实施例的该系统，使用干砂替代树脂砂，提高3D打印型芯的外部强度，使之足以抵抗铁水浮力，且所用干砂可循环使用，生产成本大大降低;此外双层砂箱可按照最大产品的铸型轮廓尺寸制作，可满足多品种铸件的生产过程需要；同时由于树脂砂用量大大减少，浇注过程铸型发气量减小，铸件的气孔类缺陷明显改善。
[0045]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0046]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0047]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是点连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0048]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。
【主权项】
1.一种3D打印型芯的外部强化系统，其特征在于，包括: 双层砂箱，所述双层砂箱包括:内箱、底板、垫块、外箱和顶板，其中， 所述内箱为半封闭箱体，由I个下箱板和4个侧箱板连接形成，所述下箱板和侧箱板表面均设有排气槽，其外围设有砂网； 所述底板位于所述内箱底部，所述底板上设有多个与所述下箱板排气槽错位的抽气孔； 所述垫块位于所述底板上，且其顶面与所述内箱底面连接，用于承载内箱； 所述外箱是由4个侧箱板连接形成的外围箱体，用于嵌套在所述内箱上，其外部设有横向加强筋和纵向加强筋； 所述顶板位于所述砂箱顶部，用于密封所述内箱与外箱； 负压系统，所述负压系统包括:抽气接头、电控调节阀、连接管道、净化槽和真空栗，其中，所述抽气接头固定设置于所述净化槽的侧壁上，其一端贯穿所述净化槽的侧壁并延伸进入净化槽中，另一端与所述内箱底板上的抽气孔连通，所述电控调节阀设于所述抽气接头与所述抽气孔之间，用于监测所述砂箱内气压，并调节控制气压值，所述连接管道一端与所述净化槽相连接，另一端与所述真空栗连接，用于排气，所述真空栗位于系统末端，用于抽取所述砂箱内的气体； 阻气薄膜，所述阻气薄膜包括覆在砂箱顶部和3D型芯外围的塑料薄膜，用于阻隔外界气体及型芯内气体进入砂箱，使砂箱内部形成封闭状态，当负压系统运行时形成负压状态。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述净化槽为水槽，用于将气体粉尘混合物分离，沉淀净化所述负压系统抽出的气体;所述净化槽还包括排出口，其位于所述净化槽的底部，通过将气体粉尘混合物分离的沉淀排出。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内箱和外箱均为焊接形成，所述垫块与底板，内箱与垫块，外箱与底板，顶板与内箱、外箱的连接均为焊接，优选的，为无缝满焊，用于保证其整体的密封性。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内箱的下箱板和侧箱板为20mm厚钢板，每个钢板30%的面积设置排气槽，所述砂网为钢丝材质，其孔径小于40目砂粒直径，铆接在所述排气槽外围。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述底板为厚度为80mm的方形钢板，其长宽尺寸比所述内箱各大出160mm，钢板中心均布多个抽气孔，优选为3个，抽气孔内车有螺纹，用于对接所述负压系统抽气接头;所述垫块为高80mm的方形钢板。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外箱为20mm厚钢板，其轮廓尺寸与所述底板相同，且其外部两侧还对称设有4个吊把。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述顶板为厚度20mm的环形钢板，其内环大小与内箱相同，其外环大小与外箱相同。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气接头上车有与抽气孔配套的螺纹，可旋入所述抽气孔。9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的系统进行型芯强化的方法，其特征在于，包括如下步骤: a.准备与所述双层砂箱等容量的干硅砂，提前将3D型芯组合并装卡； b.在所述双层砂箱中均匀铺底砂，将组合好的3D型芯覆膜，并放入所述砂箱中，继续流砂至将型芯完全覆盖，仅露出进流口及出气口部位； c.在顶部干砂表面覆盖一层所述塑料阻气薄膜，继续填砂，在进流口处设置浇口盆，为后续浇注作业； d.开启所述负压系统，一段时间后，控制所述调节阀，使所述砂箱内的绝对真空度小于标准大气压； e.在负压力作用下，所述砂箱中的干砂被整体收紧，使3D型芯外围强度增加，此时进行浇注作业，待浇注完成后，进行保压一段时间后撤离负压。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述干硅砂为20-40目；在所述步骤b中，所述铺底砂的高度为200mm;在所述步骤c中，填砂高度为100mm;在所述步骤d中，所述绝对真空度小于0.5倍的标准大气压;在所述步骤e中，所述浇注完成后的保压时间为15min。
【文档编号】B22C9/10GK106040987SQ201610566323
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】杜文强, 苗润青
【申请人】宁夏共享模具有限公司