作為傳統(tǒng)的鑄造工藝,砂型鑄造在鑄造行業(yè)中占有非常重要的地位。采用傳統(tǒng)鑄造方法制造形狀復(fù)雜、質(zhì)量要求高的鑄件時(shí),需要多套甚至十多套模具翻模,存在砂型制造難度大、周期長(zhǎng)、鑄件成形精度低等問(wèn)題。砂型增材制造技術(shù)為砂型的快速制造提供了更加便捷、柔性的手段。相比傳統(tǒng)的砂型鑄造,砂型增材制造技術(shù)不需要制作木模,具有制造周期短,成本低廉,砂型/芯一體化的特點(diǎn),特別是在單件、小批量復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的開發(fā)方面有較好的發(fā)展前景。本文研究了一種基于梯度打印的砂型噴墨打印成形方法,該方法是在灰度打印技術(shù)的基礎(chǔ)上,在砂型強(qiáng)度要求較高的部分,打印的灰度等級(jí)較高,樹脂噴射量較高;在砂型發(fā)氣量要求較低的部分,打印的灰度等級(jí)較低,樹脂噴射量較低,砂型的不同部分具有不同的樹脂噴射量,從而減少砂型整體的樹脂噴射量,改善砂型的整體性能。對(duì)砂型噴墨打印成形過(guò)程進(jìn)行了理論分析,主要包括型砂顆粒堆積模型的建立以及液滴下落運(yùn)動(dòng)模型的建立。引入孔隙率計(jì)算的高度比例系數(shù),建立了型砂顆粒的堆積模型,推導(dǎo)出孔隙率的計(jì)算公式。建立了液滴下落過(guò)程的運(yùn)動(dòng)模型,得到液滴水平/垂直方向上的速度、位移與液滴下落時(shí)間之間的關(guān)系,同時(shí)分析了液滴下落過(guò)程中,噴頭安裝高度、噴頭掃描速度以及液滴體積等參數(shù)對(duì)液滴下落誤差的影響規(guī)律。研究了鋪砂過(guò)程中鋪砂工藝對(duì)鋪砂質(zhì)量的影響規(guī)律�；谌S參數(shù)表征法,對(duì)鋪砂過(guò)程中的鋪砂表面質(zhì)量進(jìn)行量化分析。通過(guò)采集鋪砂過(guò)程中型砂表面的三維輪廓信息,擬合基準(zhǔn)平面,得出其表面輪廓均方根偏差的計(jì)算式。研究了不同的鋪砂速度、固化劑添加量和型砂粒徑大小情況下,鋪砂表面質(zhì)量的變化規(guī)律。研究表明:鋪砂速度對(duì)鋪砂質(zhì)量的影響較小,可以通過(guò)提高鋪砂速度來(lái)提高鋪砂效率;固化劑添加量對(duì)鋪砂質(zhì)量的影響較為顯著,當(dāng)固化劑含量≤0.6%時(shí)鋪砂質(zhì)量良好,固化劑含量過(guò)高時(shí),鋪砂不穩(wěn)定,出現(xiàn)波浪現(xiàn)象;型砂粒徑較小時(shí)鋪砂質(zhì)量良好,成形精度高。針對(duì)砂型噴墨打印過(guò)程中砂型的強(qiáng)度低、發(fā)氣量大的問(wèn)題,基于自主開發(fā)的砂型噴墨打印成形機(jī),研究了樹脂含量和固化溫度對(duì)砂型強(qiáng)度和砂型發(fā)氣量的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:當(dāng)樹脂含量為5.2%,且固化溫度為80℃時(shí),砂型強(qiáng)度為1.71MPa,發(fā)氣量為11 mL/g(850℃ 士 10℃)。同時(shí),研究了梯度打印成形的砂型性能,表明砂型的強(qiáng)度/發(fā)氣量與樹脂的梯度含量線性相關(guān),且梯度打印成形方法是降低砂型整體發(fā)氣量的有效方法。通過(guò)對(duì)復(fù)雜砂芯的打印實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文砂型噴墨打印工藝的合理性。同時(shí),用手工混砂切削成形、砂型噴墨打印成形和梯度打印成形三種成形方法分別進(jìn)行典型結(jié)構(gòu)砂型的制作和鑄件的澆鑄實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)鑄件缺陷率的比較,驗(yàn)證了梯度打印成形方法在減少砂型整體發(fā)氣量方面的可行性。
【學(xué)位單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.7;TG242
【部分圖文】：

以根據(jù)零件的鑄造工藝直接制作砂型（芯），成形精度高、時(shí)間短、成本低，適合??單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)以及新產(chǎn)品的開發(fā)，尤其適用于葉輪、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體??缸蓋等復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。圖１－１所示為３Ｄ打印的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂芯，圖１－２為??３Ｄ打印的復(fù)雜管路砂型［９＿１３］。??．．?：：：?一－?．?．．?．?．?１????????圖１－１汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂芯?圖１－２復(fù)雜管路砂型??１??

以根據(jù)零件的鑄造工藝直接制作砂型（芯），成形精度高、時(shí)間短、成本低，適合??單件、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)以及新產(chǎn)品的開發(fā)，尤其適用于葉輪、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體??缸蓋等復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。圖１－１所示為３Ｄ打印的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂芯，圖１－２為??３Ｄ打印的復(fù)雜管路砂型［９＿１３］。??．．?：：：?一－?．?．．?．?．?１????????圖１－１汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體砂芯?圖１－２復(fù)雜管路砂型??１??

圖１＿４砂型噴墨打印的成形原理示意圖：（ａ）混砂；（ｂ）鋪設(shè)底砂；（ｃ）鋪砂；（ｄ）打��；??（ｅ）打印成形??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2875507