基于砂型3D打印技术的壳体低压铸造工艺开发与验证

壳体型腔复杂且壁薄,采用传统工艺不仅造型困难,而且从模具设计到整体铸造工艺开发与验证,所用周期长、效率低,生产成本高。基于砂型3D打印技术快速制样优势,本文对壳体浇注系统采用随形设计方案,实现了型腔、叶片一体化结构成形制造,结合数值仿真计算分析,对浇注工艺进行设计优化,开展了浇注试制与铸件实物检测。结果表明,选用3D打印砂型整体成形工艺可实现复杂结构壳体的短周期、低成本与高精密制造,实现工艺样件的快速制造。

砂型3D打印技术在航空发动机领域的研究与应用

随着航空工业的快速发展,行业对航空发动机的性能和制造效率提出了更高要求。传统的砂型铸造方法已难以满足现代航空发动机复杂结构的制造需求。砂型3D打印技术作为一种新兴的快速成型技术,以其高效、灵活、精确的特点,为航空发动机的设计和制造带来了革命性的变革。本文综述了砂型3D打印技术的原理、优势及其在航空发动机领域的应用现状;分析了目前砂型3D打印技术在航空发动机领域应用存在的问题,并提出了相应的解决措施;通过应用案例分析,强调了砂型3D打印技术在提高航空发动机生产效率和质量方面的重要性。最后,对砂型3D打印技术在航空发动机行业领域的未来发展趋势进行了展望。

基于砂型3D打印技术的薄壁筒形件铸造成形技术

近年来,砂型3D打印技术取得了重大进展,利用有机粘结剂和树脂结合自硬化技术制作砂型已成熟,可运用于铸造行业,这解决了传统铸造方法普遍存在的生产效率低、工艺设计复杂等问题。采用差压铸造能够生产出性能优异的高质量铸件,当与3D打印技术结合时,能够快速获得复杂、精密的铸造成形零件。本文将3D砂型精密打印技术与差压铸造成形技术结合,采用ZAlSi7MgA铸造铝合金材质,试制了具有复杂内腔结构的薄壁筒形结构件。结果表明:产品附铸试样性能远优于国标要求,其中抗拉强度平均值达到348 MPa,提升18%,断后伸长率平均值为5.5%,提升83%,产品内部质量达到Ⅰ类铸件水平;经尺寸扫描分析,产品内腔单侧尺寸公差范围为-0.0976~+0.1089 mm,满足±0.3 mm的设计指标,实现了薄壁复杂筒形结构件的差压精密铸造成形。

基于砂型3D打印的汽车缸盖铸造工艺研发

为解决传统树脂砂铸造中存在的内腔尺寸精度低、清理难度大等问题,该文以某载重汽车发动机缸盖为研究对象,通过对铸件的工艺结构与质量要求的分析,提出一种采用砂型3D打印工艺生产此类铸件的工艺设计方法,在工艺设计时结合铸件结构和Magema软件的模拟分析结果,优化浇注系统、冒口、冷铁等铸造工艺设计,以避免出现缩孔、缩松、气孔、夹砂等铸件内部缺陷,从而保证了产品质量与新产品开发进度。

砂型3D打印材料对类软岩力学特性影响规律及机理

煤矿巷道围岩普遍岩性软弱、节理裂隙发育,软岩力学是煤矿巷道围岩控制的基础。由于软岩在力学与结构等方面的特殊性,物理试验中存在试样难以符合现场裂隙特征、离散性强等问题,严重制约软岩力学或裂隙岩体力学试验研究。3D打印技术因其数字建模、精度高等技术优势,突破了浇筑法在制作复杂裂隙试样上的局限,被广泛应用于岩石力学试验研究,但采用该技术打印成型的试件受打印材料和参数的影响规律还需深入研究。基于砂型3D打印技术,通过力学试验、声发射监测、电镜扫描等手段,研究不同类型砂粉和不同黏结剂饱和度对类软岩试样的力学特性的影响规律及机理。结果表明:不同类型砂粉由于其颗粒形状、粒径、排列形态等因素,对成型试样的力学特性、破坏模式等影响显著;黏结剂饱和度与试样强度呈正相关关系,相同砂粉类型前提下,改变黏结剂饱和度能将试样强度提高5倍,同时声发射事件信号与能量也随黏结剂饱和度的增大而增大。研究结果揭示了砂型3D打印技术用于软岩物理模拟上的适用性,为精确、科学地还原具体工程条件的软弱煤岩力学特性提供重要依据。

改性甲阶酚醛树脂在砂型3D打印铸造生产中的应用

介绍了新开发的砂型3D喷射用的改性甲阶酚醛树脂的特点及相关参数,同时介绍了与这种树脂相匹配的固化剂与喷头清洗剂。这种树脂具有砂型3D打印树脂需要的高纯净度、适当的黏度和表面张力参数,所开发的固化剂在满足铺砂要求的同时可和树脂正常交联硬化,达到砂型所需强度。这种砂型3D打印树脂在烟台冰轮智能铸造车间进行了实际打印生产应用,测试了不同树脂加入量条件下的砂型强度,砂型浇注的铸件表面质量良好,并进行了连续几个月的打印生产,满足铸造生产要求。

砂型3D打印原材料标准解读

对中国机械工程学会发布的《铸造用3D打印呋喃树脂》《铸造用3D打印固化剂》《铸造用3D打印硅砂》等三项标准进行了系统解读,详细介绍了标准中涉及的电导率、堆积密度、颗粒度等技术指标设立的目的、检测方法选择、等级设置原则等,对铸造用3D打印原材料的应用机理做出探讨,并对相关标准的国内外概况及重要意义进行了介绍,最后对3DP标准未来的发展趋势进行了展望。

砂型3D打印铺砂工艺参数匹配研究

砂型3D打印过程中铺砂工艺严重影响成形砂型的质量。砂粒的粒径处于微米量级,分子力对颗粒间的相互作用明显,经典的Hertz接触模型不能很好地描述添加了固化剂的湿砂颗粒间黏附作用,颗粒之间的黏附力在砂粒铺设过程中容易造成对已成形砂型的破坏,形成砂型缺陷。本文采用离散单元法中的JKR(Johnson-Kendall-Roberts)接触模型模拟预先混合固化剂的砂粒之间的黏性接触问题,通过设计砂粒铺设试验研究了固化剂添加量和铺砂速度对成形砂层致密度的影响规律,并与仿真结果进行对比,修正了JKR接触模型的表面能参数,得到精确的砂粒铺设过程的离散元模型。此外,借助砂粒铺设过程的离散元模型,研究了砂粒铺设过程中固化剂添加量、铺粉速度以及刮刀形状对已成形砂型作用力的影响规律。结果表明,砂粒中固化剂添加量越大,铺砂速度越快,铺砂过程中刮刀对已成形砂型的影响越大。此外,具有-30°倾角的刮刀在砂粒铺设过程中对已成形砂型的影响最小。仿真结果具有较强的工程应用价值,为砂型3D打印铺砂工艺提供了理论指导。

铸造砂型3D打印设备精度检验项目分析与研究

本文通过对铸造砂型3D打印设备(以下简称砂型3D打印机)的精度检验项目、装配工艺标准、质量内控标准等进行分类和分析,阐述了砂型件3D打印成形加工精度要求对3D打印机静态几何精度的要求,提出了稳定砂型件3D打印机几何精度的设计制造方法。本文为提高砂型3D打印机生产制造精度进而提高砂型件3D打印成形加工质量而提供有价值的参考建议。

砂型3D打印类煤试样动静组合加载力学特性

深部煤矿巷道围岩软弱、裂隙发育,动载影响下易引发动力灾害,其中软岩及节理岩体动力学试验研究是解决上述问题的关键。3D打印技术因其能突破浇筑法在制作复杂节理试样上的局限,被广泛应用于岩石力学试验研究,而应用该技术的关键是所制类煤试样的静态和动态力学特性与天然岩石相似。基于砂型3D打印试样,通过开展单轴压缩、巴西劈裂等力学试验,揭示了砂型3D打印试样与煤样弹塑性力学特性的相似性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置开展不同动静组合加载试验,采用宏观破碎块度和细观电镜扫描综合分析等手段,对不同动静组合荷载下砂型3D打印试样的动力响应与破坏特征进行研究。结果表明:砂型3D打印试样的动态强度和组合强度与冲击气压的增大呈正相关关系,动态强度与轴压的增大呈负相关关系,组合强度随轴压的增大呈先增大后减小的变化,这说明岩石抵抗动载的能力随轴压的增大呈先增强后减弱的变化;随着静、动荷载水平的提高,试样的破碎块度逐渐细粒化,其中动载对试样破碎程度的影响最显著。揭示了砂型3D打印试样的动力学特性并验证了其应用于煤岩动力学试验的可行性,为采用砂型3D打印技术开展岩石动力学试验提供了重要基础,研究结果有助于进一步揭示不同地应力与动载条件下围岩动力破坏规律。

砂型3D打印技术对刹车盘铸造工艺的优化

通过比较喷墨砂型3D打印技术铸造工艺和传统砂型铸造工艺生产风道刹车盘的不同,展示喷墨砂型3D打印技术的优点及对铸造工艺的优化。

应用砂型3D打印技术制备复杂铝合金铸件

砂型3D打印技术使传统铸造在工艺设计、砂型分型设计方面更加开放与灵活,在实际操作方面更加精确与快捷。根据砂型3D打印技术的上述特点,针对某复杂铝合金壳体铸件,开放式的设计浇注系统,同时结合模拟仿真技术进行工艺优化,然后进行砂型设计与打印、铸件制备与检验,实现在较短的周期内研制出满足技术要求的复杂铝合金铸件。

树脂渗透对砂型3D打印成型精度影响机理研究

研究了树脂渗透对砂型3D打印成型精度的影响,提出对应的理论模型,并进行实验验证。结果表明:树脂渗透通过树脂加入量、水力半径和铺砂厚度影响砂型打印成型精度,与成型尺寸无关。随着树脂加入量的增大,树脂渗透压力增大,尺寸误差增大;固化剂含量与型砂颗粒直径的增大均会导致型砂水力直径增大,进而导致尺寸误差变大;铺砂层厚的增大导致树脂渗透阻力的增大,进而导致尺寸误差减小。

铸造砂型3D打印技术应用及选型分析

研究了当前铸造砂型3D打印机的应用原理、工艺流程及主要性能,并对选型参考、应用等方面进行分析。结果表明,砂型3D打印技术相比传统树脂砂铸造技术有其先进性及优势,企业用户在选择砂型3D打印设备时,需根据自身企业产品的特点综合考虑,砂型3D打印在铸造上的应用工艺已相对成熟。

基于颗粒流态化技术的砂型3D打印铺砂器的开发与应用研究

为了解决铺砂过程中的预混砂结桥问题,本文基于颗粒流态化技术开发了一种新的砂型3D打印铺砂器。利用仿真手段对比分析了三种(平底、圆底、锥底)流化床铺砂器中型砂的流动特性,在满足铺砂量的要求下,平底流化床铺砂器对已打印砂面的破坏影响小。基于仿真结果开发了新的平底铺砂器样机并进行了现场应用,其铺砂质量良好。

砂温调节器在铸造砂型3D打印中的应用

近几年来3D打印砂芯、砂型在铸造行业的应用得到快速的发展,在3D打印过程中,打印用砂的温度直接影响着砂芯、砂型的质量,所以对砂型3D打印用砂的温度控制提出了一定的要求。砂型3D打印用砂温度的控制主要由砂温调节器来实现,本文主要针对砂温调节器对于3D打印用砂温度的精确控制展开讨论与研究。

基于数值模拟和砂型3D打印的机匣整体重力铸造工艺研究

机匣具有内腔复杂、壁薄等特征,传统工艺方法难以在短期内对其进行整体铸造和性能验证。本文结合ProCAST数值模拟软件和砂型3D打印方法对其进行整体铸造工艺研究。模拟仿真得出:720℃浇注初温下,浇注8 s,铸件成形效果良好,充型平稳且顺序凝固。整体凝固达到46%时,铸件主体区域已凝固完毕,无孤立液相区,可有效避免缩孔类缺陷的产生。随后用砂型3D打印方法试制铸件,试制周期有效缩短至原时间的1/4。通过X-Ray与尺寸精度检测显示:铸件形状完整、无气孔和明显缺陷,尺寸精度符合标准,试制结果与仿真结果一致。

磁性编码器和倍福伺服系统在砂型3D打印机中的应用

砂型3D打印机颠覆了传统的铸造工艺,已经在铸造行业广泛应用,但因其特殊的应用方式,对设备稳定性、精度要求很高,传统的控制方式很难满足精度要求。本砂型3D打印机选用了倍福控制系统,伺服驱动器和直线电机,并使用磁栅尺作为位置反馈传感器,最终验证稳定可靠,达到了很好效果。

砂型3D打印机混料模块下料准确性研究

混料模块是砂型3D打印机的重要组成部分,混料模块中下料称重系统的下料准确性对3D打印砂型的质量有着直接的影响。分析了下料准确性的影响因素,并对减少飞料量、改进控制方式两种提高下料准确性的方法进行了研究;实验证明通过减小飞料量并结合改进控制方式可以有效地提高混料模块下料准确性。

基于砂型3D打印的复杂节理岩体变形破坏特征试验研究

复杂节理岩体变形破坏特征对于指导工程岩体稳定性控制具有重要理论意义和工程价值。为了克服浇筑法难以制备复杂节理试件的局限以研究节理密度对岩体变形破坏特征的影响,采用砂型3D打印技术制备基于Monte-Carlo法的含复杂节理岩体试件,通过单轴压缩试验与数字图像相关技术(DIC)相结合,研究复杂节理密度对岩体力学特征、破裂演化过程及破坏模式的影响规律,探究复杂节理对岩体的劣化效应。结果表明:随着节理密度的增加,峰值强度和峰值应变呈指数型减小,弹性模量呈线性减小;峰前总能量、弹性应变能、耗散能和峰后盈余能量均呈指数减小,而峰后释放能则呈线性减小;节理的位置和倾角共同影响着试件裂纹产生及延伸,随着节理密度的不断增加,试件破坏所产生的裂纹更易沿着特定路径扩展,节理对裂纹扩展控制作用增强。研究成果能够为复杂节理岩体力学试验的进一步研究提供新的研究思路,为复杂节理岩体变形破坏机制与稳定性分析提供理论依据。