CN108160921A - 一种提升3d打印砂芯脆弱部位刚度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及砂型增材制造工艺技术领域内一种提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，在砂型或砂芯三维建模后，在三维软件中找出砂型的脆弱连接部位，通过三维软件测量脆弱连接部位的体积V和脆弱连接部位与砂型主体的最小截面S1，计算V/S1比值，当比值大于800时，直接在三维模型中对脆弱连接部位设置加强连接结构，使脆弱连接部的体积与脆弱连接部位的截面积和之比小于800，将加强连接结构与砂芯整体同时3D打印成型，带有加强连接结构的砂型进行后续的清理、转运、流涂和烘烤等过程，在合箱前将加强连接结构切除，以避免下芯干涉。本发明的方法中，通过在脆弱部位与砂型主体之间设置加强连接结构，并将加强连接结构随砂型主体同步打印出来形成砂形的一部份，用于增加砂型脆弱部位的刚度，防止砂型转运、流涂等中间环节断裂。

Description

一种提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法
技术领域
本发明涉及砂型增材制造工艺技术领域，特别涉及一种提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法。
背景技术
采用增材制造3D打印技术制造铸造用砂芯、砂型时，由于在打印过程中无法放置用于加强砂芯、砂型整体刚度的芯铁，致使带有悬臂、悬挂等脆弱结构的砂芯、砂型在最脆弱的连接处有断裂的风险。例如，带有悬挂结构的进气箱砂芯，所述砂芯由两侧的台臂结构和中间的成型结构组成，所述成型结构与所述台臂结构为悬挂式连接，在砂芯的转运、流涂过程中会有很大的断裂风险。
发明内容
本发明针对现有技术中采用增材制造技术3D打印砂芯或砂型时无法放置芯铁加强砂型脆弱部位的问题，提供一种的提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，通过在脆弱部位与砂型主体之间设置加强结构，并将加强结构随砂型主体同步打印出来形成砂形的一部份，用于增加砂型脆弱部位的刚度，防止砂型转运、流涂等中间环节断裂。
本发明的目的是这样实现的，一种提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，包括如下步骤：
第一步，在三维软件中建模待打印砂型的三维模型，并对砂型结构的各部位进行分析查看，确定砂型各部位中的脆弱连接部位；
第二步，在三维软件中从第一步确定的脆弱连接部位与砂型主体连接的最小截面处进行分切，并测量分切下来的脆弱连接部位的体积V和最小连接截面的总面积S1，计算V/S1的比值；
第三步，根据第二步计算的结果，当V/S1的比值大于800时，在脆弱连接部位与砂型主体之间设置加强连接结构，所述加强连接结构的最小截面积为S2，使V/（S1+S2）比值小于800；
第四步：根据第三步的计算结果，在砂型主体与脆弱连接部位之间分别对应设置一对或一对以上的加强连接结构的接触点，并确定具体的加强连接结构，使加强连接结构与砂型为一个便于3D打印的整体，随砂型打印出来；
第五步：待设计有加强连接结构的砂型清理、转运、流涂、烘烤完成后，在合箱准备时将加强连接结构机械去除，避免下型干涉，继续后完后续合箱工作。
本发明的提升3D打印砂芯刚度的方法中，在砂芯或砂型三维设计时根据脆弱连接部位的结构特征设置加强连接结构，使其与砂芯或砂型同时打印出来，实现加强连接结构与砂芯主体的一体式连接，增加脆弱部位与砂芯主体之间连接点和受力面，保证了砂芯结构整体的完整性和脆弱部位可靠的支撑刚度，避免砂芯或砂型流转过程中脆弱部位断裂的危害，从而提高砂芯成品率，扩大增材制造的应用范围。
进一步的，所述脆弱连接部位为悬臂或悬挂结构。
为实现脆弱部位与砂型主体受力的均衡性和刚度的可靠性，第三步中，同一脆弱结构连接部位与砂型主体之间的加强连接结构对应设置一处或多处，各处加强连接结构的最小截面积和计为S2。对于单向尺寸较大的脆弱部位，沿脆弱部位较大尺寸的方向与砂型主体之间设置多处加强连接结构，可以进一步保证脆弱部位与砂型主体之间的连接刚度及受力均衡性。
进一步的，同一加强连接结构与脆弱连接部位的接触点为N处时，该加强连接结构与脆弱连接部位的最小截面积为N×加强连接结构最小截面积。
为防止去除加强连接结构的砂芯在合箱时断裂，第五步中，去除加强连接结构前在脆弱连接部位便于支撑的适当位置设置芯撑，所述芯撑避开合箱时的干涉部位。
附图说明
图1为实施例1中产品未设置加强连接结构的三维模型结构图。
图2为实施例1中的产品按本发明的方法设置加强连接结构的三维模型结构图。
图3为实施例2中的产品未设置加强连接结构的三维模型结构图。
图4为实施例2中的产品按本发明的方法设置加强连接结构后的三维模型结构图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的产品为某产品的后进气箱原砂芯的三维结构，该砂芯的砂芯主体1位于两侧，中间设有一悬挂结构2，在三维软件中分别将悬挂结构2沿与砂芯主体1的最小连接截面处分切，测量分切下来的悬挂结构2的体积为35067001mm3，悬挂结构2与砂芯主体1的最小连接截面面积31364 mm2，两者的比值为1118，比值大于800，所以该砂芯的悬挂结构2与砂芯主体1之间的连接为脆弱连接部位，砂芯成型后在流转过程中悬挂部分容易沿最小连接截面处断裂，因此，需要按本发明的方法在悬挂结构2与砂芯主体1之间设置加强连接结构3。如图2所示，根据砂芯的结构特点，在悬挂结构2与砂芯主体1之间设置四组加强连接结构3，四组加强连接结构3为分别与悬挂结构2和砂芯主体1分别连接的拉筋，该每组拉筋结构与砂芯主体1和悬挂结构2分别有两个接触点，并分别设置在砂芯主体1的上侧和悬挂结构2的上侧，该拉筋的最小截面直径为φ80mm，每组拉筋与悬挂结构2有两个接触点，因此每组加强结构与悬挂结构的最小连接截面积10048 mm2，四个拉筋结构与悬挂结构2的最小截面积和为 40192mm2，所以悬挂结构2与砂芯主体1之间的最小连接截面和为40192+31364=71556mm2，悬挂结构2的体积与最小连接截面积的比值为490，该比值小于800，因此此加强连接结构3足以满足砂芯流转过程中的刚度要求，将砂芯设置上述加强结构后，与砂型整体进行3D打印成型后，进行砂型清理，转运、流涂、烘烤完成后在准备合箱前，将加强的各拉筋沿砂芯表面切除，以避免下芯干涉，为防止下芯时悬挂部位过重而断裂，在悬挂结构的底侧设置加强芯撑以加强悬挂部位的强度。
实施例2
如图3所示为某前进气箱原砂芯的三维结构，该砂芯的砂芯主体4上方侧向设有一个悬挂结构5，三维建模后在三维软件中将该悬挂结构5与砂芯主体4沿最小连接截面处分切，并测量分切下来的悬挂结构5的体积为10607978 mm3，最小连接截面积为 9622mm2，悬挂部他的体积与最小连接截面积的比值为1102，大于800，因此该悬挂结构为脆弱连接部位，该砂芯成型后在流转过程中悬挂结构容易沿最小连接截面处断裂，因此，需要按本发明的方法在悬挂结构5与砂芯主体之间设置加强连接结构，根据本实施的砂芯结构特点，在悬挂结构与砂芯主体之间设置一直径为φ90mm的支撑柱6做为加强连接结构，如图4所示，该支撑柱的截面积为（6359）mm2，与最小连接截面积之和为6359+9622=15981mm2，因此，悬挂结构的体积与最小连接截面积和的比值为664，该比值小于800，因此此加强连接结构可以满足砂芯流转过程中的刚度要求，将砂芯设置上述加强结构，与砂型整体进行3D打印成型后，再进行砂型清理、转运、流涂烘烤完成后进行合箱准备前，将支撑柱沿砂芯表面切除，以避免下芯干涉，为防止下芯时悬挂结构过重而断裂，在悬挂结构与砂芯主体之间设置砂质的加强芯撑以加强悬挂部位的强度。

Claims (5)

1.一种提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，在三维软件中建模待打印砂型的三维模型，并对砂型结构的各部位进行分析查看，确定砂型各部位中的脆弱连接部位；
第二步，在三维软件中从第一步确定的脆弱连接部位与砂型主体连接的最小截面处进行分切，并测量分切下来的脆弱连接部位的体积V和最小连接截面的总面积S1，计算V/S1的比值；
第三步，根据第二步计算的结果，当V/S1的比值大于800时，在脆弱连接部位与砂型主体之间设置加强连接结构，所述加强连接结构与脆弱连接部位之间的最小截面积为S2，使V/（S1+S2）比值小于800；
第四步：根据第三步的计算结果，在砂型主体与脆弱连接部位之间分别对应设置一对或一对以上的加强连接结构的接触点，并确定具体的加强连接结构，使加强连接结构与砂型为一个便于3D打印的整体，随砂型打印出来；
第五步：待设计有加强连接结构的砂型清理、转运、流涂、烘烤完成后，在合箱准备时将加强连接结构机械去除，避免下型干涉，继续后完后续合箱工作。
2.根据权利要求1所述的提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，其特征在于，所述脆弱连接部位为悬臂或悬挂结构。
3.根据权利要求1所述的提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，其特征在于，第三步中，同一脆弱结构连接部位与砂型主体之间的加强连接结构对应设置一处或多处，各处加强连接结构的最小截面积和计为S2。
4.根据权利要求3所述的提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，其特征在于，同一加强连接结构与脆弱连接部位的接触点为N处时，该加强连接结构与脆弱连接部位的最小截面积为N×加强连接结构最小截面积。
5.根据权利要求3所述的提升3D打印砂芯脆弱部位刚度的方法，其特征在于，第五步中，去除加强连接结构前在脆弱连接部位便于支撑的适当位置设置芯撑，所述芯撑避开合箱时的干涉部位。
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