本发明属于铸造技术领域，涉及一种干型粘土砂铸型的无模具制造方法。
背景技术：
目前，干型粘土砂铸型采用先使用模具造型后进行烘干的方法进行制造，主要用于重型铸铁件和某些铸钢件，铸型一般可分为砂型和砂芯。这种制造方法需要使用模具，费用高，制造周期长，不适合小批量铸件产品的制造。这种制造方法在烘干过程中砂型往往会变形，致使铸造精度降低。干型粘土砂铸型由于铸造精度较低，已大部分被化学粘结的自硬砂铸型所取代，近年来干砂型已渐趋于淘汰。但是自硬砂铸型也有自身的缺点，增加了原材料成本和铸型发气量，铸型发气量的增加会导致铸件中形成气孔缺陷。
· 国家知识产权局2019.02.15公布的发明专利申请“一种冷冻粘土砂的无模铸造成形方法”， 申请日：2018.10.23，专利申请号：2018112344164，申请公布号：CN109332578A；分类号：B22C1/18(2006.01)I,；公开了一种冷冻粘土砂的无模铸造成形方法，该方法将原砂与粘土粘结剂均匀混合，制成型砂并放置到砂箱中进行紧实，制成粘土砂坯，然后置于-15℃— -40℃的低温环境中充分冷冻，在粘土砂的强度和表面硬度达到指标后制成待用砂坯，由零件模型生成加工程序，驱动无模成形机对冷冻砂坯进行切削并组装砂型，然后在常温或低温环境下对砂型进行浇铸。这种方法制造出的湿型粘土砂型含水量高，且制造过程需要昂贵的冷冻装置，存在制造成本高、存放成本高、铸型强度低和发气量高等缺点。
因此，提供一种能够克服以上不足的干型粘土砂铸型无模制造方法是完全必要的。
技术实现要素：
针对上述模具制造干型粘土砂型和自硬砂铸型存在的问题，本发明的目的在于提出一种干型粘土砂铸型无模制造方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下所述技术方案：
一种干型粘土砂铸型的无模具制造方法，其具体步骤如下：
【1】.加工设计：根据需要铸造的铸件形状，进行三维建模，在铸件三维模型基础上按照材料收缩率进行模型的缩放，计算浇冒口尺寸，根据铸件形状特征设计浇冒口的大小和位置，设计冷铁、出气口其他铸造工艺特征，完成铸造工艺设计，通过对铸件、浇冒口模型进行反求，得到铸型三维模型，完成铸型设计，通过对铸型进行拆分、求和和求差，得到铸型分部件砂型和砂芯，完成铸型分型设计，将铸型分型后的砂型砂芯分别设计加工程序，完成砂型和砂芯的加工设计；优选的，加工程序包括铣平、型腔铣、剩余铣和等高轮廓铣，铣平、型腔铣和剩余铣用于砂型和砂芯的粗加工，等高轮廓铣用于砂型和砂芯的精加工；
【2】.完成混砂：根据砂型砂芯尺寸预制至少一个砂箱备用，将水、粘结剂、附加物和型砂按照一定比例，用混砂机进行充分搅拌混合后，将混合后的湿砂置于砂箱中；其中粘结剂包含高岭土和膨润土，附加物有糊精、纸浆和木屑，型砂材料有石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂、锆英砂；几种主要组分的质量配比为粘结剂5-20%，水5-10%，型砂70-90%；
【3】.砂坯制作：使用杵砂工具将湿砂杵实并使用刮板刮平后，放入烘干设备中进行烘干，烘干后至少得到一个砂坯；优选的，烘干设备可使用烘房、烘干炉，烘干时间为1-48小时，烘干温度50-150℃；
【4】.加工成形：使用无模铸造精密成形机，使用【1】所设计的加工程序，将【3】对应的砂坯加工成【1】所设计的砂型砂芯；优选的，加工过程包括砂坯铣平、型腔铣、剩余铣和等高轮廓铣，铣平、型腔铣和剩余铣的进给量为2-4mm，用于砂型和砂芯的粗加工，等高轮廓铣的进给量为0.1-0.5mm，用于砂型和砂芯的精加工；
【5】组装铸型：对于多面加工工件，采用两种加工办法，其一，使用四轴无模铸造精密成形机、五轴无模铸造精密成形机中任意一种成形机进行定轴加工，使用五轴无模铸造精密成形机进行五轴加工；其二，使用三轴无模铸造精密成形机、四轴无模铸造精密成形机或者五轴无模铸造精密成形机中任意一种成形机通过翻转砂块的方法进行多面加工；砂型和砂芯加工完成后进行砂型和砂芯涂料刷涂和浸涂，然后对砂型和砂芯进行烘干；根据【1】的分型设计，完成砂型和砂芯的组装，砂型砂芯组装完成后成为整套铸型，对铸型进行套箱和压紧的紧固处理。
通过以上步骤，可以实现干型粘土铸型的无模具制造。
采用以上所述的技术方案可达到以下积极效果：
1、与自硬砂铸型相比，本发明制造的干式粘土砂铸型降低了原材料成本和铸型发气量，有效减少了由于铸型发气量导致铸件中形成的气孔缺陷。
2、进行小批量制造时，与通过模具制作的方法制造干式粘土砂铸型相比，本发明制造过程无需模具，制造周期短，成本低。
3、进行小批量制造时，通过模具制作的方法制造干式粘土砂铸型是先用模具造型再烘干，模具造型过程需要设计拔模斜度，且在烘干后发生的变形降低了铸型的精度。本发明制造的铸型先经过烘干再进行机加工成形，精度高，没有拔模斜度。
4、进行小批量制造时，与通过模具制作的方法制造干式粘土砂铸型相比，本发明使用五轴无模铸造精密成形机可实现更复杂砂型砂芯的成形，铸型分型数量少。
具体实施方式
以下通过两个实施例对本发明作进一步的描述。以某一耐磨球铁犁尖和灰铁发动机缸盖新产品铸造用干式粘土砂铸型的无模具制造为例，对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
【1】.加工设计。根据所选的耐磨球铁犁尖图纸，首先进行三维建模，在犁尖铸件三维模型基础上按照材料收缩率进行1.01倍数的缩放，计算浇冒口尺寸，根据铸件形状特征确定犁尖横放浇注，设计犁尖产品的浇冒口的大小和位置，设计冷铁、出气口其他铸造工艺特征，完成犁尖的铸造工艺设计，通过对犁尖铸件和浇冒口模型进行反求，得到犁尖铸型三维模型，完成铸型设计，通过对犁尖铸型进行拆分、求和和求差，得到铸型分部件砂型和砂芯，完成铸型分型设计，将铸型分为上砂型和下砂型，对上、下两个砂型分别设计加工程序。优选的，加工程序包括φ8mm平头刀型腔铣和φ8mm球头刀等高轮廓铣，加工进给量分别为2mm和0.5mm，型腔铣用于上砂型和下砂型的粗加工，等高轮廓铣用于上砂型和下砂型的精加工；
【2】.完成混砂：根据所选砂型的尺寸制作对应的砂箱，上砂型和下砂型可共用一个砂箱。将水、高岭土、膨润土和石英砂按照一定比例，用混砂机进行充分搅拌混合后，将混合后的湿砂置于砂箱中；优选的，几种主要组分的质量配比为水5%，高岭土4%，膨润土1%，石英砂90%；
【3】.砂坯制作：使用杵砂工具将湿砂杵实并使用刮板刮平后，放入烘干设备中进行烘干，烘干后至少得到一个砂坯，按照【2】和【3】步骤再制作一个砂坯，得到共2个砂坯用于制作上砂型和下砂型；优选的，烘干设备可使用烘房、烘干炉，烘干时间为7小时，烘干温度70℃；
【4】.加工成形：使用无模铸造精密成形机，使用【1】所设计的加工程序，将【3】对应的砂坯加工成【1】所设计的砂型；优选的，加工过程包括砂坯铣平、型腔铣和等高轮廓铣，铣平和型腔铣的进给量为2mm，用于上砂型和下砂型的粗加工，等高轮廓铣的进给量为0.5mm，用于上砂型和下砂型的精加工；
【5】组装铸型：上砂型和下砂型加工完成后进行涂料刷涂或浸涂，将砂型烘干，根据【1】的分型设计，完成上砂型和下砂型的组装，组装完成后成为整套的干型粘土犁尖铸型，对铸型进行套箱和压紧的紧固处理。
实施例二：
【1】.加工设计。根据所选的灰铁发动机缸盖新产品图纸，首先进行三维建模，在灰铁发动机缸盖铸件三维模型基础上按照材料收缩率进行1.01倍数的缩放，计算浇冒口尺寸，根据铸件形状特征确定缸盖产品竖放浇注，设计灰铁发动机缸盖产品的浇冒口的大小和位置，设计冷铁、出气口其他铸造工艺特征，完成灰铁发动机缸盖的铸造工艺设计，通过对灰铁发动机缸盖铸件和浇冒口模型进行反求，得到灰铁发动机缸盖铸型三维模型，完成铸型设计，通过对灰铁发动机缸盖铸型进行拆分、求和和求差，得到铸型分部件砂型和砂芯，完成铸型分型设计，将铸型分为3个砂型和5个砂芯，对3个砂型和5个砂芯分别设计加工程序。优选的，加工程序包括φ50mm平头刀铣平、φ8mm平头刀型腔铣、φ4mm平头刀剩余铣和φ6mm球头刀等高轮廓铣，铣平、型腔铣和剩余铣的加工进给量为4mm，用于砂型和砂芯的粗加工，等高轮廓铣的加工进给量为0.1mm，用于砂型和砂芯的精加工；
【2】.完成混砂：根据所选砂型和砂芯的尺寸制作对应的8个砂箱，将水、高岭土、膨润土、石墨粉和石英砂按照一定比例，用混砂机进行充分搅拌混合后，将混合后的湿砂置于砂箱中；优选的，几种主要组分的质量配比为水10%，高岭土10%，膨润土6%，石墨粉4%，石英砂70%；
【3】.砂坯制作：使用杵砂工具将湿砂杵实并使用刮板刮平后，放入烘干设备中进行烘干，烘干后至少得到8个砂坯，用于制作砂型和砂芯；优选的，烘干设备可使用烘房、烘干炉，烘干时间为24小时，烘干温度100℃；
【4】.加工成形：使用无模铸造精密成形机，使用【1】所设计的加工程序，将【3】对应的砂坯加工成【1】所设计的砂型砂芯；优选的，加工过程包括砂坯铣平、型腔铣和等高轮廓铣，铣平和型腔铣的进给量为4mm，铣平和型腔铣用于砂型和砂芯的粗加工，等高轮廓铣的进给量为0.1mm，用于砂型和砂芯的精加工；
【5】组装铸型：其一，对于需要多面加工的复杂砂芯，使用四轴无模铸造精密成形机、五轴无模铸造精密成形机任意一种机型进行定轴加工，或者使用五轴无模铸造精密成形机进行五轴加工；对于需要两面加工的砂芯，使用三轴无模铸造精密成形机、四轴无模铸造精密成形机或者五轴无模铸造精密成形机任意一种成形机，通过翻转砂块的方法进行多面加工；砂型和砂芯加工完成后进行涂料刷涂或浸涂，将砂型和砂芯烘干，根据【1】的分型设计，完成砂型和砂芯的组装，组装完成后成为整套的干型粘土灰铁发动机缸盖铸型，对铸型进行套箱和压紧的紧固处理。
通过以上步骤，可以实现灰铁发动机缸盖新产品铸造用干型粘土铸型的无模具制造。
以上技术方案能够在没有模具的情况下直接加工出干式粘土砂铸型，与背景技术中所述的自硬砂铸型相比，有效地降低了原材料成本和铸型发气量；与背景技术中的模具造型相比，能够实现无拔模成形，节约制造周期和制造成本，精度可高达±0.2mm。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的思路启示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权利保护范围之内。