3D打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺的制作方法

本发明涉及铸造生产工艺
技术领域：
，具体地说，涉及3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺。
背景技术：
：铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位，铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。目前现有的铸造工艺需要开模制作蜡模，开发以及生产周期较长，而对于复杂结构模型与不可翻制模具产品来说，难以制作模具。技术实现要素：本发明的目的在于提供3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺，以解决上述
背景技术：
中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺，包括如下方法步骤：s1、数字化三维模型打印聚苯乙烯材料；s2、在聚苯乙烯材料打印的实物模型表面粘接标准蜡棒形成浇注系统；s3、对聚苯乙烯模型浸入进行挂料处理；s4、对聚苯乙烯模型进行挂壳处理，在聚苯乙烯模型表面形成铸造型腔；s5、挂壳完毕后，放入高热280℃烘箱或高压蒸气锅内溶解蜡胚直到成中空；s6、通过800度以上高温焙烧除去腔体内残留的聚苯乙烯材料，然后冷却洗净，烘干后，得到完整的聚苯乙烯熔模型壳；s7、浇注，所需金属熔炼液化后灌入壳模中，待冷却形成固态成型；s8、脱模，去除固态成型实物外表面壳模；s9、后期处理。作为本技术方案的进一步改进，所述聚苯乙烯材料包括普通聚苯乙烯、聚苯乙烯、可发性聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯和间规聚苯乙烯的一种或多种。普通聚苯乙烯属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高、刚度大、玻璃化温度高，性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。作为本技术方案的进一步改进，所述数字化三维模型的建立包括如下步骤：s1.1、先对几何形体进行描述，然后将形体模型转化后，形成定量描述；s1.2、再将定量描述信息以二级制的形式输给计算机；s1.3、由计算机处理后生成图形。数字化三维模型采用atuocad软件进行实体建模，实体模型是一个三维的三角网组成的空间数据，是在三角形所确定三个数据点数据的基础上，通过由一组不在同一平面内的线条在空间三维内相互连接而成，三维实体模型不仅仅是三维物体顶点、边、面的信息操作，还包括物体的信息和物理材料性质，如计算质量体积等。挂料处理包括如下步骤：s2.1、先将聚苯乙烯模型浸入二氧化硅浆料；s2.2、再将聚苯乙烯模型浸入砂状灰泥中；s2.3、取出聚苯乙烯模型后进行干燥处理；s2.4、重复s2.1-s2.3，直到聚苯乙烯模型表面完全形成浆料涂层，涂层的厚度为1.5-3cm。作为本技术方案的进一步改进，所述挂壳处理的材料包括：粘结剂、硬化剂、固化剂和涂料；所述粘结剂为水玻璃；所述硬化剂的配比为：25份的结晶氯化铝和75份的水，配好后结晶氯化铝的比重1.19-1.20。在进行挂壳处理时，也可选用石膏挂壳，目的就是为了在聚苯乙烯模型表面形成铸造型腔。作为本技术方案的进一步改进，所述固化剂采用有机磺酸固化剂，添加有机磺酸固化剂，保证挂壳后的聚苯乙烯模型的稳定性，同时增加硬化速度。作为本技术方案的进一步改进，所述涂料采用醇基涂料，其密度为1.5-2.2g/cm3，醇基涂料涂刷性、流平性、渗透性、抗裂性好。作为本技术方案的进一步改进，所述s6中，冷却洗净的水源采用脱蜡水，脱蜡水采用工业氯化铵和水混合配置而成，其中，工业氯化铵的占比为1-1.5％。作为本技术方案的进一步改进，所述脱蜡水的水温为40-60℃。将聚苯乙烯模型放入脱蜡水清洗时，脱蜡水的水温应始终保持45℃以上，清洗时间为20-30分钟，时间不宜过长，以免聚苯乙烯模型变酥及表面脱落，当需要加入冷水控制水温时，需要先将聚苯乙烯模型取出后，添加冷水后，待温度升到合格要求后，在进行清洗。作为本技术方案的进一步改进，所述s6中，烘干的方法包括以下步骤：s3.1、洗净的聚苯乙烯模型自然晾干10-18小时，直到表面无明显水滴；s3.2、自然晾干后的聚苯乙烯模型放入焙烧炉内低温烘干，温度控制在300-400℃，保温一小时后，炉内自然冷却后取出；s3.3、采用空压机气管将聚苯乙烯模型内灰尘和杂质吹干净；s3.4、再次将聚苯乙烯模型放入焙烧炉高温烘干，温度控制在500-600℃，保温二小时后，炉内自然冷却后取出。作为本技术方案的进一步改进，所述后期处理包括喷砂、打磨、焊接和热处理上色。喷砂采用干法压出式喷砂法，干法压出式喷砂法借助0.5～0.7mpa的压缩空气带动砂粒，通过专用喷嘴，高速喷射于产品表面，依靠砂粒的棱角的冲击和摩擦，使产品表面的铁锈及其它污物彻底除净，获得有一定粗糙度，喷砂用砂粒通常采用带有棱角、质坚的硅质砂(包括海砂、河砂、石英砂、金刚砂等)或其它类似性能的粒状物，其颗粒直径为1～4毫米。与现有技术相比，本发明的有益效果：该3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺中，无需开模制作蜡模，缩短开发及生产周期，成品铸造后表面效果品质与传统翻制蜡模产品一致，同时，本工艺对复杂结构模型与不可翻制模具产品有很大优势，且符合国家铸造业环保规范要求。附图说明图1为实施例1的整体铸造生产工艺流程框图；图2为实施例1的数字化三维模型建立流程框图；图3为实施例1的挂料处理流程框图；图4为实施例1的烘干方法流程框图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。实施例1本发明提供3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺，如图1所示，包括如下方法步骤：s1、数字化三维模型打印聚苯乙烯材料；s2、在聚苯乙烯材料打印的实物模型表面粘接标准蜡棒形成浇注系统；s3、对聚苯乙烯模型浸入进行挂料处理；s4、对聚苯乙烯模型进行挂壳处理，在聚苯乙烯模型表面形成铸造型腔；s5、挂壳完毕后，放入高热280℃烘箱或高压蒸气锅内溶解蜡胚直到成中空；s6、通过800度以上高温焙烧除去腔体内残留的聚苯乙烯材料，然后冷却洗净，烘干后，得到完整的聚苯乙烯熔模型壳；s7、浇注，所需金属熔炼液化后灌入壳模中，待冷却形成固态成型；s8、脱模，去除固态成型实物外表面壳模；s9、后期处理。本实施例中，聚苯乙烯材料包括普通聚苯乙烯、聚苯乙烯、可发性聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯和间规聚苯乙烯的一种或多种。其中，普通聚苯乙烯属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高、刚度大、玻璃化温度高，性脆等。其中，可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。其中，高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。本实施例中，数字化三维模型的建立具体如图2所示，包括如下步骤：s1.1、先对几何形体进行描述，然后将形体模型转化后，形成定量描述；s1.2、再将定量描述信息以二级制的形式输给计算机；s1.3、由计算机处理后生成图形。其中，数字化三维模型采用atuocad软件进行实体建模，实体模型是一个三维的三角网组成的空间数据，是在三角形所确定三个数据点数据的基础上，通过由一组不在同一平面内的线条在空间三维内相互连接而成，三维实体模型不仅仅是三维物体顶点、边、面的信息操作，还包括物体的信息和物理材料性质，如计算质量体积等。进一步的，挂料处理具体如图3所示，包括如下步骤：s2.1、先将聚苯乙烯模型浸入二氧化硅浆料；s2.2、再将聚苯乙烯模型浸入砂状灰泥中；s2.3、取出聚苯乙烯模型后进行干燥处理；s2.4、重复s2.1-s2.3，直到聚苯乙烯模型表面完全形成浆料涂层，涂层的厚度为1.5-3cm。具体的，挂壳处理的材料包括：粘结剂、硬化剂、固化剂和涂料；粘结剂为水玻璃；硬化剂的配比为：25份的结晶氯化铝和75份的水，配好后结晶氯化铝的比重1.19-1.20。值得说明的是，在进行挂壳处理时，也可选用石膏挂壳，目的就是为了在聚苯乙烯模型表面形成铸造型腔。再进一步的，固化剂采用有机磺酸固化剂，添加有机磺酸固化剂，保证挂壳后的聚苯乙烯模型的稳定性，同时增加硬化速度。其中，涂料采用醇基涂料，其密度为1.5-2.2g/cm3，醇基涂料涂刷性、流平性、渗透性、抗裂性好。此外，s6中，冷却洗净的水源采用脱蜡水，脱蜡水采用工业氯化铵和水混合配置而成，其中，工业氯化铵的占比为1-1.5％。除此之外，脱蜡水的水温为40-60℃。其中，将聚苯乙烯模型放入脱蜡水清洗时，脱蜡水的水温应始终保持45℃以上，清洗时间为20-30分钟，时间不宜过长，以免聚苯乙烯模型变酥及表面脱落，当需要加入冷水控制水温时，需要先将聚苯乙烯模型取出后，添加冷水后，待温度升到合格要求后，在进行清洗。具体的，s6中，烘干的方法如图4所示，包括以下步骤：s3.1、洗净的聚苯乙烯模型自然晾干10-18小时，直到表面无明显水滴；s3.2、自然晾干后的聚苯乙烯模型放入焙烧炉内低温烘干，温度控制在300-400℃，保温一小时后，炉内自然冷却后取出；s3.3、采用空压机气管将聚苯乙烯模型内灰尘和杂质吹干净；s3.4、再次将聚苯乙烯模型放入焙烧炉高温烘干，温度控制在500-600℃，保温二小时后，炉内自然冷却后取出。再进一步的，后期处理包括喷砂、打磨、焊接和热处理上色。其中，喷砂采用干法压出式喷砂法，干法压出式喷砂法借助0.5～0.7mpa的压缩空气带动砂粒，通过专用喷嘴，高速喷射于产品表面，依靠砂粒的棱角的冲击和摩擦，使产品表面的铁锈及其它污物彻底除净，获得有一定粗糙度，喷砂用砂粒通常采用带有棱角、质坚的硅质砂(包括海砂、河砂、石英砂、金刚砂等)或其它类似性能的粒状物，其颗粒直径为1～4毫米。传统的铸造采用蜡模，蜡模是一种常用铸造方式，熔模精铸主要由模具制造、蜡模制造、壳型制造及随后的干燥、焙烧、浇注、凝固等工序组成，蜡模是用来形成铸件型腔的模样，要获得尺寸精度和表面光洁度高的铸件，首先蜡模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。传统的蜡模和本实施例的3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺的流程对比如下表所示：模具制造蜡模制造壳型制造干燥焙烧浇注凝固传统蜡模工艺需要需要需要需要需要需要需要本实施例铸造工艺不需要不需要需要需要需要需要需要与传统的蜡模相比，本实施例的工艺无需开模制作蜡模，缩短开发及生产周期。传统的蜡模和本实施例的3d打印聚苯乙烯材料实现的铸造生产工艺的成品效果对比如下表所示：成品率表面光滑度产品精度产品品质复杂结构模型传统蜡模工艺需要需要需要需要翻制困难本实施例铸造工艺不需要不需要需要需要翻制容易与传统的蜡模相比，本实施例的工艺成品铸造后表面效果品质与传统翻制蜡模产品一致，同时，本实施例的工艺对复杂结构模型与不可翻制模具产品有很大优势，并且符合国家铸造业环保规范要求。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12