一种3D打印整芯余砂集成清理设备
技术领域
本发明涉及砂型清理装备技术领域,特别涉及一种具有旋转、倾倒、震动及风洗功能的专用清砂设备。
背景技术
3D打印技术近年得到广泛关注,其创新的使用增加材料而非去除材料制造零件,在制造行业有广阔的应用前景。铸造生产使用砂子和粘接剂制作砂型,传统的方法使用模样进行生产,由于需要将模样撤出,砂型拆分的较零碎,操作复杂,尺寸精度低。3D打印技术在铸造行业的引入可以大大简化生产流程,扩展铸造技术的使用范围,实现更为复杂的零件生产。使用3D打印方式生产砂型时,打印头根据砂型的切片形状在XY面内在形成砂型的位置喷射粘接剂,然后切换至下一个Z轴步长进行打印,直至在Z轴方向堆积起符合要求的立体砂型。由此可见这种生产方式可以直接生产出具有复杂空间结构的砂型,从而大大减少砂型的数量甚至完全不拆分砂型。
3D打印时在形成砂型的位置喷射粘接剂形成具有一定强度的砂型,而没有喷射粘接剂的位置则保持铺设的原始状态,需要在后期去除,形成浇注液态金属的空腔。在使用3D打印技术获得砂型合并的优势时却给去除砂型多余散砂带来了挑战。当砂型表面裸露在外、可触、可视时可使用压缩空气或机械方法去除,但当砂型拆分的很少,或完全不拆分时,将存在大量不可触、不可视的区域,常规方法难以去除。
发明内容
本发明针对现有技术中3D打印砂型内部腔道型砂难以清除的问题,提供一种具有旋转、倾倒、震动及风洗等多功能的3D打印整芯余砂集成清理设备,以实现机械化清砂。
本发明的目的是这样实现的,一种3D打印整芯余砂集成清理设备,包括矩形的转动框架,所述转动框架一组平行的边框上分别设有X转轴,所述X转轴分别转动支撑在三角支座上并通过电机一驱动转动,与X转轴垂直的另一组平行的边框上分别设有Y转轴,所述Y转轴通过电机二驱动,两侧的 Y转轴分别伸入转动框架的内侧并分别弹性连接有平行对应的砂型夹盘,两砂型夹盘之间用于夹持固定砂型,所述砂型的外周通过震动电机固定架固定有震动电机。
本发明的专用清砂设备中,砂型通过砂型夹盘固定在转动框架内,转动框架在电机一驱动下可以绕X转轴旋转,砂型夹盘及砂型可以在电机二的驱动下绕Y转轴旋转,从而实现砂型各方位的转动,便于砂型内部散砂的流出和清理,同时砂型外周固定设置的震动电机可以将砂型内部通道的散砂震动脱落,并在转动框架的转动及重力作用下流出,实现砂型内部散砂的机械化清理。
为便于实现Y转轴与砂型夹盘的连接,所述Y转轴设有中空的内腔通道,所述砂型夹盘的中心垂直设有与Y转轴同心的中空的连接轴,所述Y转轴伸入转动框架的内侧并与连接轴的轴端配合套接,所述连接轴与Y转轴连接端设有弹性密封套,所述弹性密封套外设有夹持弹簧,所述夹持弹簧两端分别与连接轴和Y转轴外周凸出的轴肩抵靠,所述Y转轴与连接轴相互套接的轴端设有便于夹持弹簧伸缩的轴向调节间隙。本发明的连接结构中,Y转轴与砂型夹盘的连接轴的轴端配合套接后弹性抵靠,实现砂型在转动框架内的弹性安装,便于砂型的震动清砂。
为便于Y转轴的安装,所述电机二固定于转动框架的边框上,所述电机二设有中空贯通的电机输出轴,所述Y转轴贯通套装于电机输出轴内并通过径向设置的固定键固定,所述固定键为径向贯通Y转轴和电机输出轴的长键,所述Y转轴和电机输出轴用于安装固定键键槽的轴向长度大于固定键沿轴向的宽度以便于Y转轴沿电机输出轴的轴向震动调节。本发明的结构中,Y转轴从一端贯通穿过电机输出轴并通过固定键固定,方便砂型安装时Y转轴伸入转动框架的一端弹性抵靠砂型夹盘的连接轴,并方便砂型震动时提供Y转轴的轴向震动空间。
为便于砂型内腔散砂的排出,所述连接轴靠近砂型夹盘的部位设有与其中空的内腔通道连通的若干径向通孔,所述砂型夹盘上设有若干与砂型的流砂孔对接的通砂孔,所述径向通孔与通砂孔之间通过软管连通,所述软管的管路上设有控制阀门,所述连接轴的内腔通道与Y转轴的内腔通道连通并与负压吸气管路连通。本结构中,砂型震动及转动过程中,内腔的震落散砂在负压气源的作用下,从流砂孔经软管、连接轴和Y转轴中空的内腔通道被吸出清除,这样形成一个密闭的散砂排出通道,便于散砂的收集并且有利于保持现场的环境清洁。
为便于软管的连接,所述砂型夹盘上的通砂孔与砂型的流砂孔对接的一侧孔径相等,通砂孔与软管连接的一侧与软管的孔径相等,所述软管两端分别通过快速气动接头与通砂孔和径向通孔连接。
为进一步便于软管与流砂孔的配合连接,所述砂型表面流砂孔的孔径大于软管孔径2倍以上的流砂孔对应的通砂孔的孔道为锥型孔道,锥型孔道两端的孔口口径分别与砂型的流砂孔孔径和软管的孔径相等。
为改进震动电机的安装,所述震动电机固定架固定于除砂型夹盘夹持的砂型外周,所述震动电机沿震动电机固定架的外侧设有若干个,并且沿砂型的重心对称设置。
为保证转动框架平衡运转,所述电机一沿转动框架两侧的X转轴方向分别对应设有两个并同轴线安装,所述电机二沿转动框架另一方向两侧的Y转轴方向分别对应设有两个并同轴线安装。
为防止管路缠绕,所述转动框架分别沿X转轴和Y转轴的转动范围为:-180°~180°。
为保证砂型夹盘牢固固定砂型,所述砂型夹盘对应砂型一侧的表面设有两个或两个以上用于定位砂型的锥销,所述砂型表面对应锥销的位置设有内凹的锥孔。
附图说明
图1为本发明的3D打印整芯余砂集成清理设备的结构示意图。
图2为本发明的3D打印整芯余砂集成清理设备。
图3为图2的C-C向剖视图。
图4为图3中D处的局部放大图。
图5为图3中E处的局部放大图。
其中,1三角支座;2电机一;3 X转轴;4转动框架;5震动电机;6震动电机固定架;7砂型;8砂型夹盘;8A通砂孔;9 电机输出轴;10 Y转轴;11电机二;12夹持弹簧;13连接轴;13A径向通孔;14弹性密封套;15固定键。
具体实施方式
如图1—图5所示为本发明的3D打印整芯余砂集成清理设备,包括矩形的转动框架4,转动框架4一组平行的边框上分别设有X转轴3,X转轴3分别转动支撑在三角支座1上并通过电机一2驱动转动可以实现-180°~180°范围内的转动,与X转轴3垂直的另一组平行的边框上分别设有Y转轴10,Y转轴10通过电机二11驱动可以实现-180°~180°范围内的转动,两侧的 Y转轴10分别伸入转动框架4的内侧并分别弹性连接有平行对应的砂型夹盘8,两砂型夹盘8之间用于夹持固定砂型7,砂型7的外周通过震动电机固定架6固定有震动电机5。
为便于实现Y转轴10与砂型夹盘8的安装连接,Y转轴10设有中空的内腔通道,砂型夹盘8的中心垂直设有与Y转轴10同心的中空的连接轴13,Y转轴10伸入转动框架4的内侧并与连接轴13的轴端配合套接,连接轴13与Y转轴10连接端设有弹性密封套14,弹性密封套14外设有夹持弹簧12,夹持弹簧12两端分别与连接轴13和Y转轴10外周凸出的轴肩抵靠,Y转轴10与连接轴13相互套接的轴端设有便于夹持弹簧12伸缩的轴向调节间隙。本结构中,Y转轴10与砂型夹盘的连接轴13的轴端配合套接后弹性抵靠,实现砂型7在转动框架4内的弹性安装,便于砂型7的震动清砂。
为便于Y转轴10的安装,电机二11固定于转动框架4的边框上,电机二11设有中空贯通的电机输出轴9,Y转轴10贯通套装于电机输出轴9内并通过径向设置的固定键15固定,固定键15为径向贯通Y转轴10和电机输出轴9的长键,Y转轴10和电机输出轴9用于安装固定键的键槽的轴向长度大于固定键15沿轴向的宽度以便于Y转轴10沿电机输出轴9的轴向震动调节。本结构中,Y转轴10从一端贯通穿过电机输出轴9并通过固定键15固定,方便砂型安装时Y转轴10伸入转动框架4的一端弹性抵靠砂型夹盘的连接轴13,并方便砂型震动时提供Y转轴的轴向震动空间。
为便于砂型内腔散砂的排出,连接轴13靠近砂型夹盘8的部位设有与其中空的内腔通道连通的若干径向通孔13A,砂型夹盘8上设有若干与砂型的流砂孔对接的通砂孔8A,径向通孔13A与通砂孔8A之间通过软管连通,软管的管路上设有控制阀门,连接轴13的内腔通道与Y转轴9的内腔通道连通并与负压吸气管路连通。本结构中,砂型7震动及转动过程中,内腔的震落散砂在负压气源的作用下,从流砂孔经软管、连接轴中空内腔和Y转轴的中空内腔通道被吸出清除,这样形成一个密闭的散砂排出通道,便于散砂的收集并且有利于保持现场的环境清洁。
为便于软管的连接,砂型夹盘上的通砂孔8A与砂型的流砂孔对接的一侧孔径相等,通砂孔与软管连接的一侧与软管的孔径相等,软管两端分别通过快速气动接头与通砂孔8A和径向通孔13A连接。为进一步便于软管与流砂孔的配合连接,砂型表面流砂孔的孔径大于软管孔径2倍以上的流砂孔对应的通砂孔的孔道为锥型孔道,锥型孔道两端的孔口口径分别与砂型的流砂孔孔径和软管的孔径相等。
为改进震动电机5的在布置安装,震动电机固定架6固定于除砂型夹盘8夹持的砂型外周,震动电机5沿震动电机固定架6的外侧设有若干个,并且沿砂型的重心对称设置。
为保证转动框架平衡运转,电机一2沿转动框架4两侧的X转轴3方向分别对应设有两个并同轴线安装,电机二11沿转动框架4另一方向两侧的Y转轴10方向分别对应设有两个并同轴线安装。
为便于砂型夹盘牢固固定砂型,砂型夹盘8对应砂型7一侧的表面设有两个或两个以上用于定位砂型7的锥销,砂型7表面对应锥销的位置设有内凹的锥孔。
本发明的专用清砂设备中,装砂型装入转动框架前,需先将固定有震动电机5的震动电机固定架6固定在砂型7上,然后通过夹持或吊装装备将砂型转运至转动框架内,调整好位置和角度,使砂型处于两砂型夹盘之间,此时Y转轴与电机输出轴之间的固定键未装入,通过工具将两侧的Y转轴同时向内侧顶推,然后装上固定键,使砂型稳定夹固在砂型夹盘之间。接下来将Y转轴伸出转动框架的两端分别与负压气源连接好形成循环闭路。
本发明的清砂设备的清砂过程主要有如下过程:
震动清砂:由于在3D打印时所有空间都是铺满砂粒的,通过打印头对需要成型的区域喷射粘接剂进行硬化成型。粘接剂需要通过催化剂才可以硬化。一般催化剂预混在砂粒中,即未喷射粘接剂的松散砂是混有催化剂的砂粒。由于在铺砂器工作时有一定的下压操作,未硬化的砂粒的流动性差,难以通过简单倾倒去除。但是施加一定频率震动可以打破砂粒的堆积,使砂粒重新获得流动性。在本发明中,震动电机与砂型固定在一起,砂型与震动一起发生同频震动,在震动作用下,砂粒沿重力方向流动。将砂型转动至流砂孔向下的方向,砂粒将通过流砂孔排出,并在负压吸气的作用下经软管、连接轴的中空腔道、Y转轴的中空腔道吸出并回收,实现砂型内多余松散砂粒的持续清理。
旋转辅助
由于砂粒的密度为空气的密度的约2000倍,压缩空气不能有效输运砂粒,所以无论是在震动过程中还是负压抽吸过程,砂粒都倾向于沿重力方向运动,对于固定方位的砂型,负压抽吸过程会造成砂粒在局部结构沉积,特别是内腔结构复杂的砂型,所以在震动和负压抽吸的过程中配合转动将有利于避免砂粒的沉积,将所有砂粒顺利清理出来。本发明的设备具有两组独立的转动轴,可以满足砂型的所有空间方位和转动路径, 以实现全方位、机械化快速清砂过程。