一种砂型多级柔性挤压成形方法与流程

本发明属于铸造和快速成形交叉领域，具体涉及一种砂型多级柔性挤压成形方法。

背景技术：

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，历史悠久。传统砂型铸造工艺复杂，模样、芯盒等模具的设计和加工是一个多环节复杂费时的过程。随着科学技术的发展，铸造技术和铸造效率得到了极大的提高。无模数字化精密成形技术集cad技术、铸造技术、数控技术、切削技术等为一体，在铸造生产中无需模具，通过加工砂坯制造出各式各样的铸造砂型，在铸件单件、小批量生产中具有巨大优势。

如今经济全球化日益加剧，竞争更加激烈，产品换代更加迅速；新产品的开发、研制周期短、小批量、个性化生产成为制造业关注和研究的重点。机械科学研究总院针对砂型数字化无模铸造精密成形技术进行了系统研究，并为了进一步提高砂型制造效率、减少型砂切削量，创新提出一种砂型数字化挤压切削一体化复合成形方法。该成形方法是将砂型数字化柔性挤压成形技术与数字化无模铸造精密成形技术配套使用，可实现铸造砂型的数字化无模快速制造，明显减少型砂切削量，缩短砂型的制造时间。

砂型数字化挤压切削一体化复合成形方法中，挤压成形精度影响着后续砂型切削量，现数字化无模挤压成形机采用截面尺寸50×50mm的阵列触头进行形腔的逼近，逼近程度仍不够高，净成形切削时间较长，可进一步提高逼近程度和成形效率。此外，完全采用小尺寸触头阵列成本高，触头易竖直方向弯曲，影响设备可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于进一步提高砂型数字化无模铸造精密成形的效率，节约型砂用量。在铸造用树脂砂型的成形过程中，能够通过挤压进一步得到精确轮廓的近成形砂型，为后续净成形切削工序节约时间，并能够解决单一小触头升降和挤压过程中容易弯曲变形的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无模铸造砂型多级柔性挤压成形方法，该方法流程如下：

①采用计算机对砂型cad三维模型进行离散处理，将cad三维模型离散处理为n个截面积为s,高为的规则体，生成坐标文件，得到近成形砂型数字模型；

②在坐标文件的驱动下，驱动各级柔性阵列触头升降逼近砂型型腔，同时驱动一级触头形成柔性砂箱，以便填砂；

③将混合好的树脂自硬砂填入柔性砂箱中；

④在柔性砂箱上方施加压力对砂型压实；柔性阵列触头平台6整体补升；

⑤补升完成后，柔性砂箱在压力作用下保压固化一定时间，依次降各级触头脱模获得近成形砂型。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，其逼近过程采用离散原理，将cad三维模型离散分割成n个规则体，规则体组成柔性阵列，规则体通常可以为三棱柱、四棱柱、六棱柱等，其横截面为三边形、四边形和六边形等规则截面，满足平面密铺。阵列的排布方式也包含多种排列方式，主要有三角形、长方形、正方形、五边形、六边形、圆形等多种形状，也可以根据实际成形型腔或工艺，布局成非规则形状。所述柔性阵列指多个触头的整体排布，触头高度由坐标文件驱动；柔性阵列触头指阵列中的单只触头。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，坐标文件由公式求出，即各规则体体积总和在截面积s趋近于0时的极限等于曲面函数f与其在xy平面内投影围成的区域内的体积积分。f(x,y,z)为砂型cad三维模型的曲面函数，x，y，z为砂型型腔曲面函数上的不同点坐标；λ为各规则体截面积s最大值,为截面积s区域内对应z值的最小值，积分区域为曲面函数f与其在xy平面投影围成的区域。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，其多级柔性阵列触头级数大于等于二级，下一级触头截面积总和与上一级触头截面积总和相等，下一级触头的个数大于等于两个，可单独自由升降，具有伸缩功能。所述砂型多级柔性挤压成形方法中一级触头能够带动各次级小触头升降，共同逼近砂型型腔，比单独采用小触头逼近型腔具有不易弯曲的特点；逼近型腔近似程度比单独采用一级触头逼近型腔近似程度高，减小了近成形砂型体积，从而达到节约型砂的目的；同时由于减小了近成形砂型体积，能够减少后续净成形切削量，从而提高后续净成形切削效率。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，其多级柔性阵列触头驱动方式包括电机驱动、液压驱动、气压驱动等多种驱动方式，驱动过程可采用一拖多方式驱动触头阵列，也可采用单独驱动方式。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，当逼近型腔区域为水平时，直接由坐标文件驱动一级触头逼近成形，次级触头无需升降，减少升降时间，提高成形效率。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，柔性阵列触头组成平台6，平台6可以整体升降，在成形流程④中通过补升进行挤压，提升砂型表面紧实度。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，能够通过控制触头的进给速度和逼近高度实现不同空间位置具有不同孔隙率和紧实度，能够制备具有梯度效果的砂型。

进一步地，所述一种砂型多级柔性挤压成形方法，多级触头材料包括铁、铝、铜、镍、钛等金属及其合金材料；还包括abs、聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯及环氧树脂、酚醛树脂、氨基化合物等组成的热塑热固性材料。

附图说明

图1为本发明一种砂型多级柔性挤压成形方法示意图；

图2为本发明一种砂型多级柔性挤压成形近成形砂型；

图3为本发明一种砂型多级柔性挤压成形方法的触头示意图；

图4为本发明一种砂型多级柔性挤压成形方法触头的截面；

图中：1、一级触头；2、二级触头；3、砂型型腔；4、一级触头截面；5、次级触头截面；6、柔性阵列触头平台。

具体实施方式

下面结合本发明实例中的附图1、2、3、4，对本发明的一种砂型多级柔性挤压成形方法的实施过程进行详细的说明。本具体实施案例以三级触头为例，离散处理的规则体横截面为正方形，一级触头、二级触头、三级触头数量比为1:4:16。

以下所述仅为本发明的基本步骤和实施例参数，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

1、在离散堆积原理的算法下对砂型cad三维模型进行离散处理，得到坐标文件，最大值为300mm，离散规则体截面为正方形。

2、坐标文件驱动各级柔性阵列触头升降对砂型型腔进行形状逼近，获得砂型近成形柔性模样和砂箱。首先驱动一级柔性挤压阵列单元1逼近型腔3，此过程为粗略逼近，生成柔性砂箱和柔性模具，阵列排布形状为正方形，数量为22×22阵列组成。其次，驱动次级触头2进一步逼近型腔3。逼近过程中当逼近型腔为长方体或型腔的一部分为长方体时只驱动一级触头，不再驱动次级触头升降。同理可以依次升起三级、四级等触头精确逼近型腔。调形逼近过程中次级触头组成的截面积和上一级触头的截面积相等，本例中二级触头尺寸为25mm×25mm，一级触头尺寸为50mm×50mm，三级触头尺寸为12.5mm×12.5mm。一级触头、二级触头、三级触头的数量比为1:4:16。驱动方式采用电机驱动，一级触头1通过丝杠驱动二级触头2，二级触头2可以独立自由升降。

3、将混合好的树脂自硬砂填入柔性砂箱中。

4、采用0.15mpa左右的压力在柔性砂箱上方施压，柔性阵列触头平台整体补升挤压，呈双面挤压模式，保压固化30分钟，确保砂型紧实度呈现梯度分布。

5、依次降各级触头，形成近成形砂型。

6、将砂型上下翻转得到图2近成形砂型，移入无模精密成形机进行切削净成形得到最终砂型。