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。