形成三维形状砂模的方法及其制造装置制造方法及图纸

在一层砂装入砂层升运机（２０）后，掩模（３８）定位在该砂层上，漫射激光束从漫射激光辐射源（１６）射出。因此，掩模（３８）下面预定范围的砂受到照射而固化。对预定数目的砂层重复以上操作。固化的部分叠加直接构成一个三维砂模。尤其当应用漫射激光束，一次照射就能固化大面积砂层，从而能使砂模成批生产。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及砂模的形成，通过重复地形成涂有热固性树脂的薄层砂层并使它固化成预先规定的形状这种方法而形成的三维砂型。由于铸件是通过将熔融金属浇入铸模形成的，所以铸件的生产是从制作一个产品铸模的倒模开始的。根据材料的不同，铸模大体上可分为金属铸模和砂模(砂型铸模)。虽然金属铸模耐用，但价格贵，因此常常用来生产大量的同一产品(成批生产)。另一方面，砂模则用来生产数量相对而言较少的产品，如试制件和具有复杂内形成外形的产品。也就是说，由于砂模不贵，并且铸造以后砂模就毁掉，而后产品再取出来，所以铸件不必直接从砂模中取出。具有复杂形状的铸件因而是能够生产的。此外，有内部轮廓的铸件也可用叫做“砂型芯”的铸模制造。迄今，为了制造这种砂模，首先要用NC(数控机床)等加工它的倒模(主要由木料、树脂或金属制成)，然后型砂倒进模框内做成砂模。但是用这种传统的砂模成形法在设计砂模的倒模时要考虑出模斜度。尤其由于砂模的倒模必须分成两部分时，决定分界面(分型面)应当放在何处的砂箱分界线设计和基于每个分离件拨出方向的出模斜度设计都必须完成。因此，开发设计这些模子需要很多时间。在试制件生产时不希望花费很多时间。于是提出一种快速的试样成形法，直接从三维CAD(计算机辅助设计)数据设计试样。基于一种思想，即一个三维物体是由具有0.2mm的小厚度的二维片层叠加起来的，这一快速试样成形法用构成并叠加这些截面形状层而形成一个三维物体。例如，美国专利4,247,508披露了一种使用激光的试样形成方法。就是说，可以热熔的塑料颗粒组成-薄层，该层希望凝固的部分用激光束扫描并固化而形成一个二维结构。重复这一操作就可得到一个三维物体。采用这种方法可以直接构成试样。该现有技术还教导应用涂上塑料的砂粒可以直接形成倒模并且还可以得到成形砂模。在该现有技术中还有一段记载，其中建议在激光束扫描时采用掩模。由于这种方法直接得到成形模型，因此不必考虑上述的分型面，出模斜度等问题。所以从成形模型的CAD数据可以相对容易地构成具有各种形状的砂模。然而，上述现有技术基本上打算用于试制件的生产而没有考虑批量生产。特别是该技术在单件二维结构生产时要化很多时间使激光束扫描要凝固的整个区域。因此，用这一现有技术来生产批量生产时用的大量砂模是不现实的。当应用快速试样形成法做成砂模时，该砂模不再有任何无用部分和多余的厚度，而且做出来的铸件上也没有铸造毛边，因为在形成砂模时没有必要考虑砂箱分界线和出模斜度。因此，可以认为，铸件后处理的效率可以提高，而且如果砂模可以高效率地形成，则用砂模进行铸造的批量生产也可以实现高效率。如果根据上述的现有技术用激光束的照射使壳型砂硬化，则会出现一个问题，即固化的砂层是翘曲的。就是说，构成片层形的砂层通常是极薄的，厚度在0.1至0.5mm之间，所以固化的片层在大多数情况下是翘曲的，就好像因为砂粒之间的树脂受到压缩而使砂粒边缘向上挤似的。如果存在这种翘曲，那么下一层砂就不能叠上去，或者下一层的片层会移动或扭曲。其结果；出现了另一问题，即砂模的成形精度恶化了。此外，在上述的相关技术中，在生产掩模时需要在掩模中有与砂型芯相应的孤立的岛区。这时要一支撑以使岛区固定在掩模内。该支撑不能用切开铸件成截面形状层的办法从二维截面形状层的计算中得到而必须单独设计，因此在现有技术中，设计师先要审查岛区的存在，再设计它的支撑。本专利技术的一个目的要提供一种适合于批量生产的砂模层叠成形方法。本专利技术的要解决上述问题的另一目的是提供一种用叠层组成砂模的方法，该方法能在形成片层时不会出现翘曲。本专利技术还有一个目的是提供的形成掩模的方法，该方法能自动设计支撑。在本专利技术中，漫射激光束穿过覆盖的掩模照射到薄砂层上。因此，树脂复模砂一次就能凝结从而处理一层的时间可以大大缩短。从而供批量生产的砂模也能高效率地制造。此外，由于漫射激光束透过覆盖的掩模照射，所以激光束能以相对均匀的能量密度照射到掩模下的砂层上。因此，确定形状的物体的截面平面形状可以做得很准。就是说，如果使用细的激光聚束，受照射区的形状像凹槽，因而其截面平面形状不整齐而用漫射激光束就能防止这种情况。有型芯时，覆盖的掩模需要有一个孤立岛，因而必须有支承该岛的支撑。根据本专利技术的另一结构，通过改变在每层的支撑的位置就可在砂模中制出用于支撑的小孔。该小孔做得很细以致熔融金属进不去。由于该孔在铸时起通气孔的作用，因此型芯和通气孔同时形成。按照本专利技术的另一种结构，型砂由绝热掩模上方的热源加热。该热源很容易用加热器或其他类似元件做成，加热器价格不贵而且容易做到在宽广的温度范围内均匀加热。所以，可以做尺寸大些的砂模。按照本专利技术的又一种结构，面积相对大的热源被分割成独立的热源元件并放在绝热掩模上方加热露面的砂层。由于热源按这种方式分割只有事先规定的区域可被加热。因为每一分割的热源元件加热区域小，因而可实现均匀加热。按照本专利技术再一种结构，上述分离的热源元件可以单独地开或关以加热砂层被分割的各块面积。因此会防止用于未露面的方块的热源元件产生热，从而实现了总节能。此外，绝热掩模受热少，也延长了掩模的使用寿命。根据本专利技术还有一种结构，采用了多工位系统。因此，用一套掩模可以做许多砂模，从而能高效地成批生产砂模。按照本专利技术又一种结构，在砂层形成过程中，第一层铺贴到开头就做好的垫座上。当树脂复模砂被固化时，大多数情况下树脂由于固化而受到压缩。这种压缩使固化的砂层产生翘曲。因此砂模成形精度降低了。根据本专利技术的这一结构，在垫座上铺上第一层砂。这样，第一层砂就附着到该垫座上。垫座的强度可以阻止砂层发生翘曲。由于第一层没有翘曲，所以它上面形成的每一层同样不会发生翘曲。因此可以做出没有翘曲的高精度砂模。根据本专利技术再有一种结构，构成砂模所采用的是二种不同的砂，它们的颗粒尺寸分布曲线至少有两个峰值并且具有不同的颗粒直径。当应用这样直径不同的砂时，小直径砂粒进入较大颗粒直径砂子之间的空隙内，从而提高了砂的容积密度。当型砂的容积密度高时，能抑制因树脂受压缩而造成的翘曲，从而可以做成无翘曲的高准确性的砂模。根据本专利技术再一结构，上述砂层成形步骤中，先喷撒颗粒直径较大的砂粒再撒小颗粒直径的砂粒以形成单层砂层。当将颗粒直径不同的不同种砂同时撒上时，小颗粒直径的砂就会聚集在砂层底部，从而可能降低容积密度(特别是在砂层顶面)。在撒上大直径砂粒后再撒小直径砂粒可使小直径颗粒进入大直径砂粒间的空隙中，因而有效地提高砂模的容积密度。根据本专利技术还有一结构，在砂层形成步骤中，砂子用振荡器进行振动而压缩形成砂层。按这种办法对砂层进行振动，可有效地提高砂层容积密度。根据本专利技术的还有一种结构，在砂层形成工步中，撒上的砂层厚度比要求的多1-10％，然后用平板从上压缩。砂层的容积密度用这种方法也可得到有效的提高。根据本专利技术的还有一种结构，当掩模板内有岛区时，在掩模设计时，在包围岛区的空间中按预定间隔自动布置平行支撑，以生产掩模。在本专利技术中，支撑以预定间隔的平行线地布置，因此，支撑的布置容易实现自动化。支撑的平行线间距设置成能完全支承住岛区。当提供的支撑平行于岛区的轮廓线时，如果它们彼此接触，那么它们就合二为一了。相反，大多数情况下标准岛区形状用XY座标系表示且平行于X轴和Y轴。否则，最好使平行线大体上与XY座本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成三维形状砂模的方法，包括以下步骤：累积涂覆热固性树脂的砂粒以形成薄层砂层；把一块在预定部位上有开孔的掩模放到上述形成的砂层上；透过放上的掩模使位于掩模开孔下的那部分砂层受热而后固化；形成该砂模的一层断面形状层；以及 重复进行这些操作，把这些断面形状层堆积以形成三维形状的砂模。

【技术特征摘要】
JP 1996-5-17 123787/96;JP 1995-11-9 290932/95;JP 11.一种形成三维形状砂模的方法，包括以下步骤累积涂覆热固性树脂的砂粒以形成薄层砂层；把一块在预定部位上有开孔的掩模放到上述形成的砂层上；透过放上的掩模使位于掩模开孔下的那部分砂层受热而后固化；形成该砂模的一层断面形状层；以及重复进行这些操作，把这些断面形状层堆积以形成三维形状的砂模。2.按照权利要求1中所述的砂模形成法，其特征在于透过掩模的加热是用漫射激光束穿过掩模射到砂层上，使砂层暴露部分加热。3.按照权利要求1中所述的砂模形成方法，其特征在于当该掩模中有相应于型芯的岛时，则使用这样一种掩模在所用掩模上由该掩模的其他部分伸出支撑来支承该岛，且相邻砂层的掩模中的支撑位置是不同的。4.按照权利要求1中所述的砂模形成方法，其特征在于穿过该掩模的加热采用在该掩模上方设置一热源使砂层的暴露部分加热。5.按照权利要求1中所述的砂模形成方法，其特征在于热源具有较大照射范围并且分成多个热源元件设置在掩模上方，以加热砂层的暴露部分。6.按照权利要求5中所述的砂模形成方法，其特征在于各分割的热源元件对着砂层上相应的分割块能独立地开或关，并且在加热阶段只有在绝热掩模的暴露部分上方的热源元件才打开。7.按照权利要求1中所述的砂模形成方法，其特征在于在多个工位上形成砂模，并行制作多个砂模，而且该掩模在该多个工位之间可移动，并为该各工位共用。8.按照权利要求1中所述的砂模形成方法，其特征在于第一层砂层形成并粘结在垫座上，以便在砂层形成时能稳定在承托砂层。9.按照权利要求1所述的砂模形成方法，其特征在于至少采用了二种颗粒直径不同的砂作为用于砂层中的砂。10.按照权利要求9中所述的砂模形成方法，其特征在于在砂层形成时，先撒颗粒直径相对较大的砂，后撒颗粒直径较小的砂，以形成一层砂层。11.按照权利要求1中所述的砂模形成方法，其特征在于在砂层形成的步骤中，由振荡器产生的振动使砂子受到压缩，以形成砂层。12.按照权利要求1所述的砂模形成方法，其特征在于在形成砂层的步骤中，铺撒的砂层厚度比要求的砂层的厚度大1-10％，然后用一块板从上往下压。13.按照权利要求1所述的砂模形成方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤弘元，大冢幸男，尾崎元亮，清水益雄，冈田裕二，千田善纯，高木宗谷，小仓克，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]