一种激光加工铸造砂型的方法及激光加工装置制造方法及图纸

一种激光加工铸造砂型的方法及激光加工装置，所述装置包括控制系统、工作台、激光发生器和扫描镜，将原砂与粘结剂混合并制成砂块后，控制系统基于砂型数据信息控制扫描镜运作，利用激光照射砂块上需要去除的加工区域，使加工区域的粘结剂受热失效，移除因粘结剂失效而溃散的型砂，形成所需的铸造砂型。加工铸型的时间更短、成本更小、效率更高，可有效避免3D打印等增材制造砂型分层处的台阶问题，铸型加工精度更高，减少了后续的修整工作。使用的型砂可以是普通常用的型砂，可根据铸造材料及工艺参数选择和调整，保证铸造砂型与铸造工艺参数相同，能够提高铸件成品率，降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种激光加工铸造砂型的方法及激光加工装置


[0001]本专利技术涉及铸造铸型加工技术，具体地说是一种激光加工铸造砂型的方法及激光加工装置。

技术介绍

[0002]传统铸造技术是利用模具制造出用于浇铸的铸型，将液态金属浇注到铸型中，凝固后获得金属零件。
[0003]随着智能制造技术的发展，给铸造工艺技术带来了革命性的变革，出现了各种不使用模具制造铸型的方法，例如3D打印铸型、数字化铣削加工铸型等。数字化铣削加工速度较慢，效率低，也有人提出过将型砂冻结后铣削加工的方案，目前还不成熟，难以实际应用。
[0004]3D打印铸型采用的是分层铺设型砂材料，并使之连接固化的增材制造方法。这种方法会在砂层之间形成台阶，制造出的铸型表面不平整，精度较低，后续加工量大。而且，3D打印铸型需要特殊的型砂，铸型材料不能不能根据铸造工艺参数灵活调整，会导致铸件成品率降低。
[0005]现有的这些方法可以用于样机零件试制或小批量生产，但仍然存在着制造时间长、成本高、效率低等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种激光加工铸造砂型的方法及激光加工装置，以提高铸型加工效率及质量。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种激光加工铸造砂型的方法，将原砂与粘结剂混合并制成砂块后，利用激光照射砂块上需要去除的加工区域，使加工区域的粘结剂受热失效，移除因粘结剂失效而溃散的型砂，形成所需的铸造砂型。
[0008]所述原砂与粘结剂混合，经过硬化工艺处理后得到砂块。
[0009]所述的硬化工艺为在自然条件下静置3
‑
4小时或在110℃条件下烘干1.5
‑
2.5小时。
[0010]所述的粘结剂为能够受热失去或降低粘结性能的合成树脂、桐油或淀粉中的一种或多种。
[0011]进一步地，测量砂块的三维数据获取当前三维数据模型，与所需的铸造砂型三维数据模型对比后，确定需要去除的加工区域。
[0012]进一步地，控制激光光束对砂块上需要去除的加工区域进行激光扫描，移除溃散的型砂后，重复测量三维数据以及激光扫描操作，直至当前三维数据模型与所需的铸造砂型三维数据模型相匹配。
[0013]本专利技术还提供一种激光加工装置，包括控制系统、工作台、激光发生器和扫描镜，所述的控制系统基于砂型数据信息控制扫描镜运作，扫描镜用于控制激光发生器发射的激光光束对工作台上砂块的待加工区域进行扫描照射，使加工区域的粘结剂受热失效，以实
现减材加工。
[0014]进一步地，还设有用于测量砂块三维数据的3D测量装置，该3D测量装置通过三轴移动机构设置在工作台上，并与控制系统连接。
[0015]进一步地，还设有用于移除因粘结剂失效而溃散型砂的吹砂装置。
[0016]所述的工作台上设有用于定位和固定砂块的夹持机构，所述夹持机构包括定位元件和夹紧装置，定位元件呈水平设置的L形结构，夹紧装置与定位元件的L形长边相对以实现对砂块夹紧。
[0017]本专利技术的有益效果是：由于激光光束的移动速度大幅超过3D打印砂型时打印喷头的速度，因此，就无模铸造方法而言，本专利技术的加工速度超过3D打印砂型，大幅提高加工效率、缩短了加工时间。而且，由于没有采用3D打印砂型分层铺砂等增材制造方法，可有效避免砂型分层处的台阶问题，铸型加工精度更高，减少了后续的修整工作。另外，该方法使用的型砂可以是普通常用的型砂，可根据铸造材料及工艺参数选择和调整，保证铸造砂型与铸造工艺参数相同，能够提高铸件成品率，降低生产成本。
[0018]在此基础上，通过激光扫描的方式对砂块进行扫描加工，相比于现有技术中的3D打印铸型、数字化铣削加工铸型，本专利技术加工铸型的时间更短、成本更小、效率更高，更加适用于大批量的生产。
[0019]本专利技术的激光加工装置由于采用扫描镜控制激光发生器发射的激光光束路径，可以使得激光发生器固定安装，在使用较高功率的激光发生器时，也能够避免危险发生。该装置无需大幅调整激光光束路径，只需要对扫描镜进行编程控制即可，便捷安全。
附图说明
[0020]图1是本专利技术激光加工铸造砂型方法的原理示意图。
[0021]图2是本专利技术激光加工装置的结构示意图。
[0022]图中标记：1、控制系统；2、工作台；3、夹持机构；301、定位元件；302、夹紧装置；4、门架；5、X轴滑轨副；6、Y轴滑轨副；7、Z轴滑轨副；8、3D测量装置；9、激光发生器；10、扫描镜；11、吹砂装置；12、供气装置。
具体实施方式
[0023]以下结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明。下面实施例所列出的具体内容不限于权利要求记载的技术方案要解决的技术问题所必须的技术特征。同时，所述列举是实施例仅仅是本专利技术的一部分，而不是全部实施例。
[0024]本专利技术采用的加工方法实质上是一种减材加工，根据所需铸型的尺寸，将原砂与粘结剂混合制成砂块，之后用激光照射砂块上需要去除的部分，利用激光的能量使该部分升温。用于制作砂块的粘结剂选用能够在高温下失效的粘结剂，例如可以在高温下分解的呋喃树脂等。在激光照射的加工区域内，砂块中混合的粘结剂受热失效，使型砂因粘结作用降低而溃散，移除溃散的型砂后继续激光加工，直至所需的铸造砂型。
[0025]图1所示为本专利技术加工方法的一个实施例流程图。其加工步骤包括：a、建立铸件三维数据模型；b、根据铸件三维数据模型建立铸型三维数据模型；
c、根据上述铸型尺寸制作砂块；d、三维测量获得砂块点云数据；e、点云数据与铸型三维数据模型对比，并得到待加工区域；f、根据步骤e 中的对比结果，激光扫描加工；g、清理散砂；根据需要，可以通过吹气或吸气的方式进行清理散砂；h、重复步骤d
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g直至获得所需铸型，该所需铸型结构与铸型三维数据模型相适配。
[0026]其中，步骤a和b可以通过建模软件依次建立所需的数据模型，或者通过建模软件直接建立待加工铸型的三维数据模型。
[0027]步骤c中，制备砂块所用的原砂根据铸造工艺需求进行选择，可选用石英砂、镁砂、锆英砂、橄榄石砂、铬铁矿砂、刚玉砂、陶粒砂或宝珠砂中的一种或多种。
[0028]原砂与粘结剂充分混合后制成砂块，其形状根据需求确定。砂块的制造可以采用一些简单的模具，例如一个方框。将原砂与粘结剂搅拌混合成松散型砂，然后将松散型砂填充至所需尺寸的方框中，过硬化工艺，得到硬化的砂块。所需的硬化工艺根据选用的粘结剂确定，例如在自然条件下静置3
‑
4小时或在110℃条件下烘干1.5
‑
2.5小时。
[0029]所述的粘结剂可选用合成树脂、桐油或淀粉中的一种或多种，或者其它类似的能够受热失去或降低粘结性能的粘结剂。
[0030]例如，将一定量粒度分布为50/100目的石英砂加入混砂机中，同时加入占石英砂重量1.2%的液态呋喃树脂，混合1分钟，然后将苯磺酸固化剂加入，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光加工铸造砂型的方法，其特征在于：将原砂与粘结剂混合并制成砂块后，利用激光照射砂块上需要去除的加工区域，使加工区域的粘结剂受热失效，移除因粘结剂失效而溃散的型砂，形成所需的铸造砂型。2.如权利要求1所述的一种激光加工铸造砂型的方法，其特征在于：所述的粘结剂为能够受热失去或降低粘结性能的合成树脂、桐油或淀粉中的一种或多种。3.如权利要求1所述的一种激光加工铸造砂型的方法，其特征在于：测量砂块的三维数据获取当前三维数据模型，与所需的铸造砂型三维数据模型对比后，确定需要去除的加工区域。4.如权利要求3所述的一种激光加工铸造砂型的方法，其特征在于：控制激光光束对砂块上需要去除的加工区域进行激光扫描，移除溃散的型砂后，重复测量三维数据以及激光扫描操作，直至当前三维数据模型与所需的铸造砂型三维数据模型相匹配。5.如权利要求1所述的一种激光加工铸造砂型的方法，其特征在于：所述原砂与粘结剂混合，经过硬化工艺处理后得到砂块。6.如权利要求5所述的一种激光加工铸造砂型的方法，其特征在于：所述的硬化工艺为在自然条件下静置3
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【专利技术属性】
技术研发人员：李锋军，苏建新，常云朋，李菲，许海铎，张杰琼，王世杰，张益博，张淑霞，李平，任凤章，
申请(专利权)人：第一拖拉机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：