CN108115099A - 解决3d打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法 - Google Patents

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苏少静
宋亮
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Abstract

一种解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，包括以下步骤：3D打印机打印头按照预设程序先打印一层形成砂芯的砂子，再打印一层树脂和固化剂的混合物，以此循环往复，形成砂芯；在打印至预留的散热通道的位置只打印砂子，不打印树脂和固化剂的混合物；等砂芯全部打印完成后，将没有打印树脂和固化剂的砂子使用压缩空气吹出来，从而形成预留散热通道的砂芯；本发明充分利用3D打印砂芯可方便设计散热通道的优势，在离铸件一定距离范围内设计通道，通过通道内空气的流动换热，提高3D打印铸型的散热效果，加快了铸件的液态冷却速度，有效解决了转塔类灰铁件表面缩陷缺陷。同时，设计的散热通道降低了砂芯重量，节约了树脂和砂子成本。

Description

解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法
技术领域
本发明涉及铸造用3D打印技术领域，尤其涉及一种解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法。
背景技术
缩陷是指铸件凝固时，如果金属液在型腔中形成封闭固体外壳，而壳内处于真空状态，高温下外壳强度不足、承载能力差时，就会在大气压力作用下使外壳塌陷而形成缩陷，如图1所示。
缩陷是一种常见的铸造缺陷，其形成机理如下：该缺陷多发生在铸件厚实部位，由于这种部位壁厚较大，凝固速度较其它部位缓慢，因而该部位容易成为其它部位的补缩源：其它先凝固部位凝固收缩时会从该部位吸取铁液作为补缩源，而该部位最后凝固收缩时，其它部位早已凝固结束，因而无法得到外来铁液补缩而较容易产生缩孔、缩松。缩孔、缩松得不到补缩，就会形成负压，比内部凝固略早，但尚未完全凝固结束的外壳在大气压力作用下就会被压瘪而形成瘪坑缺陷。
目前解决缩陷的有效措施主要是使用暗冒口或球形冒口对铸件进行补缩。这势必降低了铸件的工艺出品率，增加了成本，而且暗冒口或球形冒口对浇注液的降温无任何帮助。
发明内容
有必要提出一种解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法。
一种解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，包括在砂芯内预留散热通道的步骤，所述预留散热通道的砂芯的3D打印包括以下步骤：
3D打印机打印头按照预设程序先打印一层形成砂芯的砂子，再打印一层树脂和固化剂的混合物，以此循环往复，形成砂芯；
在打印至预留的散热通道的位置只打印砂子，不打印树脂和固化剂的混合物；
等砂芯全部打印完成后，将没有打印树脂和固化剂的砂子使用压缩空气吹出来，从而形成预留散热通道的砂芯。
本发明充分利用3D打印砂芯可方便设计散热通道的优势，在离铸件一定距离范围内设计通道，通过通道内空气的流动换热，提高3D打印铸型的散热效果，加快了铸件的液态冷却速度，有效解决了转塔类灰铁件表面缩陷缺陷。同时，设计的散热通道降低了砂芯重量，节约了树脂和砂子成本。另外，本发明使用出气片取代了暗冒口或球形冒口，提高了铸件的工艺出品率，节约了成本。
附图说明
图1为采用本发明方法打印的一种较佳实施例的结构示意图。
图中：砂芯10、通道单体11、型腔20、出气片30。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明实施例提供了一种解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，包括在砂芯内预留散热通道的步骤，所述预留散热通道的砂芯的3D打印包括以下步骤：
3D打印机打印头按照预设程序先打印一层形成砂芯的砂子，再打印一层树脂和固化剂的混合物，以此循环往复，形成砂芯；
在打印至预留的散热通道的位置只打印砂子，不打印树脂和固化剂的混合物；等砂芯全部打印完成后，将没有打印树脂和固化剂的砂子使用压缩空气吹出来，从而形成预留散热通道的砂芯。
散热通道的设置不仅可以加快型腔内部和外界的空气对流，加快金属液的降温速度，而且还可以节省打印砂芯时的用砂量，降低成本。
参见图1，作为一个较佳实施例，图中的砂芯10为采用上述方法打印形成的砂10和型腔20，在砂芯10内预留了若干通道单体11，在型腔上方预留出气片30。
进一步，所述散热通道包括若干独立设置的通道单体，若干独立设置的通道单体围绕砂芯型腔设置，每个通道单体为一空心通道，通道单体的上端从砂芯的顶面伸出，以与外界大气连通，通道单体的下端封闭。通道单体的上端与外界连通，可以实现通道内空气与外界的交换，例如浇注时，型腔内的热气体从砂子间的缝隙内渗透到通道单体内，沿着上端排出至大气，从而加快金属液的降温，或者在浇注初期，过热的金属液造型型腔内负压，那么外界空腔沿着通道单体及砂子间的间隙进入型腔内，也实现了内外气压平衡的目的；对于现有技术中不设置散热通道的砂芯而言，浇注时型腔内的热量只能沿着出气孔或砂子间的间隙渗出，本发明热量散失渠道更多，而且包围砂芯设置，热量散失渠道更加均匀；而通道单体的下端设置为封闭式，避免了金属液炮火后沿着通道单体的下端无限制、无阻碍的流出。
进一步，所述通道单体为竖直设置的空心通道，所述竖直设置的空心通道的形状为直线型空心通道或与型腔侧壁形状随形的弯折通道。
进一步，相邻的两个通道单体的下端连通，以形成U型通道。U型通道的设置不仅在打印时容易制作，打印后砂子完全可以吹出，更重要的是U型通道进一步增大了散热通道的面积，提高了散热效率，而且进一步节省了砂芯的用砂量，降低了成本。
进一步，所述通道单体的横截面形状为矩形，矩形的通道单体的横截面长度≦30mm，矩形的通道单体的横截面宽度≦15mm。
进一步，所述通道单体的下端和U型通道的下端均不高于形成铸件的型腔的最低端。
进一步，所述若干通道单体距离型腔侧壁的距离依据铸件热节部位的壁厚设置，铸件热节部位为壁厚20mm以内的，不需要设计通道；铸件热节部位壁厚为20-50mm，散热通道与铸件的距离20mm；铸件热节部位壁厚50-80mm，散热通道与铸件的距离25mm；铸件热节部位壁厚80-100mm，散热通道与铸件的距离30mm。
进一步，所述解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法还包括打印出气片的步骤，所述打印出气片的步骤为在打印出气片的位置，按照出气片的轮廓打印一圈树脂和固化剂的混合物，在出气片轮廓内部只打印砂子；全部打印完成后，将出气片轮廓内没有打印树脂和固化剂的砂子使用压缩空气吹出来，从而形成出气片。
进一步，所述出气片为扁宽型的补缩通道。使用出气片替代暗冒口和球形冒口的使用，提高了工艺出品率，节约了成本。
本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：包括在砂芯内预留散热通道的步骤，所述预留散热通道的砂芯的3D打印包括以下步骤：
3D打印机打印头按照预设程序先打印一层形成砂芯的砂子，再打印一层树脂和固化剂的混合物，以此循环往复，形成砂芯；
在打印至预留的散热通道的位置只打印砂子，不打印树脂和固化剂的混合物；
等砂芯全部打印完成后，将没有打印树脂和固化剂的砂子使用压缩空气吹出来，从而形成预留散热通道的砂芯。
2.如权利要求1所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述散热通道包括若干独立设置的通道单体，若干独立设置的通道单体围绕砂芯型腔设置，每个通道单体为一空心通道，通道单体的上端从砂芯的顶面伸出，以与外界大气连通，通道单体的下端封闭。
3.如权利要求2所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述通道单体为竖直设置的空心通道，所述竖直设置的空心通道的形状为直线型空心通道或与型腔侧壁形状随形的弯折通道。
4.如权利要求2所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：相邻的两个通道单体的下端连通，以形成U型通道。
5.如权利要求4所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述通道单体的横截面形状为矩形，矩形的通道单体的横截面长度≦30mm，矩形的通道单体的横截面宽度≦15mm。
6.如权利要求4所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述通道单体的下端和U型通道的下端均不高于形成铸件的型腔的最低端。
7.如权利要求4所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述若干通道单体距离型腔侧壁的距离依据铸件热节部位的壁厚设置，铸件热节部位为壁厚20mm以内的，不需要设计通道；铸件热节部位壁厚为20-50mm，散热通道与铸件的距离20mm；铸件热节部位壁厚50-80mm，散热通道与铸件的距离25mm；铸件热节部位壁厚80-100mm，散热通道与铸件的距离30mm。
8.如权利要求1所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法还包括打印出气片的步骤，所述打印出气片的步骤为在打印出气片的位置，按照出气片的轮廓打印一圈树脂和固化剂的混合物，在出气片轮廓内部只打印砂子；全部打印完成后，将出气片轮廓内没有打印树脂和固化剂的砂子使用压缩空气吹出来，从而形成出气片。
9.如权利要求8所述的解决3D打印砂芯灰铁件表面缩陷的方法，其特征在于：所述出气片为扁宽型的补缩通道。
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