CN111230049B - 一种基于3d打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，在三维软件中创建待3D打印的整体式液压多路阀砂芯模型，然后对砂芯结构部位进行分析，确定其中的薄弱砂芯；针对薄弱砂芯，根据薄弱砂芯长度与直径的比值L/D，在砂芯模型中设计相应孔径和长度的孔道，并根据不同孔径、长度的孔道制定相应的加强芯骨；根据砂芯模型3D打印砂芯，并将加强芯骨置到对应的砂芯孔道内，待砂芯硬化或固化过程中芯骨与砂芯紧密结合，使得整体式液压多路阀砂芯的强度得到整体提高。主要适用于包括覆膜砂粘结剂喷射工艺和选区激光烧结成型工艺等砂芯3D打印工艺。
Description
技术领域
本发明属于3D打印设备技术领域，具体涉及一种基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺。
背景技术
目前，整体式液压多路阀砂芯制造工艺主要有传统射砂工艺和砂芯3D打印工艺，其中，传统射砂工艺需开设模具，因此，整体式液压多路阀制造周期长，成本高；而对于以短周期低成本著称的砂芯3D打印工艺：选区激光烧结成型工艺和粘结剂喷射成型工艺，两者均是基于铺粉方式成型，打印粉层的松装特性造成打印砂芯的致密性和强度均低于现有射砂工艺。
现阶段，3D打印砂芯仅能满足发动机缸体缸盖、液力变矩器壳体、片式阀等简单零件的砂芯铸造，而对于具有复杂内油道的整体式液压多路阀，3D打印的整体式液压多路阀砂芯存在大量悬臂砂芯和细长砂芯，此类砂芯在受到铁液长时间烘烤、包裹以及铁液浮力和自身热应力作用下极易发生变形甚至开裂，最终导致铸造失败。
现有技术的缺点如下：
1、采用传统开模方式进行整体式多路阀砂芯铸造，需要考虑起模斜度问题并加工金属模具，此过程大大增加了新产品研发周期和成本；同时多路阀内部流道大多较为复杂，常需要对内流道砂芯进行拆分设计，这导致后续砂芯组装工序多，配合精度低，最终影响铸件质量。
2、采用现有方法设计的3D打印砂芯，特别是砂芯，由于3D打印用覆膜砂粉末的松装密度低于砂粒本体密度，3D打印砂芯致密性和强度均低于传统射砂工艺；同时，基于3D打印工艺设计的砂芯为一体化整体砂芯，砂芯各部分截面尺寸的不一致必然导致各部分的强度不均匀，其中细长砂芯、悬臂砂芯均为薄弱处，而现有工艺并未对其进行加强处理，因此，3D打印砂芯中薄弱部位常常无法承受铁液的长时间烘烤、铁液浮力以及自身热应力的作用，导致铸造过程中出现砂芯弯曲甚至断裂，最终铸造失败。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，包括：
在三维软件中创建待3D打印的整体式液压多路阀砂芯模型，然后对砂芯结构部位进行分析，确定其中的薄弱砂芯；
针对薄弱砂芯，根据薄弱砂芯长度与直径的比值L/D，在砂芯模型中设计相应孔径和长度的孔道，并根据不同孔径、长度的孔道制定相应的加强芯骨；
根据砂芯模型3D打印砂芯，并将加强芯骨置到对应的砂芯孔道内，待砂芯硬化或固化过程中芯骨与砂芯紧密结合，使得整体式液压多路阀砂芯的强度得到整体提高。
在一些实施例中，在三维软件中创建待3D打印的整体式液压多路阀砂芯模型，然后对砂芯结构部位进行分析，确定其中的薄弱砂芯；所述薄弱砂芯包括：主阀孔砂芯、细长孔砂芯和悬臂孔砂芯。
在一些实施例中，所述的基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，还包括：对砂芯模型中的薄弱砂芯截面直径D和长度L进行测量，并计算长度与直径的比值L/D。
在一些实施例中，根据薄弱砂芯长度与直径的比值L/D，在砂芯模型中设计相应孔径和长度的孔道，包括：
当薄弱砂芯的L/D的值大于6时，在砂芯模型中创建用于放置芯骨的孔道，孔道直径不低于砂芯直径的10%，且不高于砂芯直径的15%，以保证砂芯强度得到强化的同时又能防止3D打印砂芯初强度过低而导致后处理过程中发生断裂；同时，孔道长度需要延伸至砂芯主体内部5-10 mm，以使得芯骨能够得到砂芯主体的支撑和固定；且悬臂砂芯的孔道不可完全穿透悬臂端，应小于5 mm左右。
在一些实施例中，根据不同孔径、长度的孔道制定相应的加强芯骨，包括：根据确定好的砂芯孔道，主阀孔砂芯采用钢管芯骨，其中，钢管芯骨侧壁需钻多个气孔以辅助大直径砂芯在浇注过程中进行随形排气，非主阀孔砂芯（细长孔砂芯、悬臂孔砂芯）用陶瓷实心芯骨。
在一些实施例中，根据砂芯模型3D打印砂芯，并将加强芯骨置到对应的砂芯孔道内，待砂芯硬化或固化过程中芯骨与砂芯紧密结合，包括：
对于采用粘结剂成型工艺打印的砂芯，待打印完成后需立即将砂芯去除并清理砂芯外表面及孔道中沾附的散砂，然后将定制好的芯骨穿于砂芯孔道内部，最后待砂芯硬化后砂芯与芯骨紧密结合；
或，对于采用选区激光烧结工艺打印的砂芯，需在砂芯加热固化前将芯骨置于孔道内，然后在砂芯加热固化过程中芯骨与砂芯紧密结合。
根据本发明的第二方面，提供一种整体式液压多路阀砂芯，由上述的基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺制备得到。
有益效果：本发明提供的基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，在整体式液压多路阀砂芯三维模型建立后，针对其中悬臂砂芯、细长孔砂芯以及主阀孔砂芯等薄弱砂芯，在砂芯模型中设计相应孔径和长度的孔道，待3D打印完砂芯，再根据不同孔径、长度的孔道制定相应的加强芯骨并预置到砂芯孔道中，使得整体式液压多路阀砂芯的强度得到整体提高，以达到整体式液压多路阀铸造所需砂芯强度，提高基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯快速铸造的成功率。具有以下优点：
1 砂芯强化。3D打印用覆膜砂粉末的松装密度低于砂粒本体密度，打印的砂芯致密性和强度无法承受铁液的长时间烘烤、铁液浮力以及自身热应力的作用，导致铸造过程中常出现砂芯弯曲甚至断裂。本发明通过对3D打印砂芯预置高强度芯骨，对薄弱砂芯进行了强化，既降低了砂芯转运、流涂等中间环节的断裂风险又提高了铸造过程中的砂芯耐高温强度。
2 随形排气。整体式液压多路阀砂芯预制的孔道不仅起到放置芯骨的作用，同时还有利于浇注过程中砂芯的随形排气。
3 整体式液压多路阀铸造成功率高。对整体式液压多路阀砂芯中薄弱部位预置高强度芯骨，使得砂芯结构整体强度得到有效提升，并且铸造过程中铁液的浮力和砂芯自身的热应力大部分传递至芯骨并最终转移到砂芯主体上，缓解了砂芯断裂风险，最终有效提高整体式液压多路阀铸造成功率。
附图说明
图1是本发明实施例的整体式液压多路阀砂芯示意图；
图2是图1中主阀孔砂芯示意图；
图3是图1中细长孔砂芯示意图；
图4是图1中悬臂砂芯示意图；
图5是本发明实施例的整体式液压多路阀砂芯用钢管芯骨示意图；
图6是本发明实施例的整体式液压多路阀砂芯用陶瓷芯骨示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
一种3D打印整体式液压多路阀砂芯强化方法，包括如下步骤：
第一步，在三维软件中创建待3D打印的整体式液压多路阀砂芯模型，如图1所示，然后对砂芯结构的各个部位进行分析，确定其中主阀孔砂芯1、细长孔砂芯2和悬臂孔砂芯3等薄弱砂芯；图2是图1中主阀孔砂芯示意图；图3是图1中细长孔砂芯示意图；图4是图1中悬臂砂芯示意图；
第二步，对第一步中确定的主阀孔砂芯1、细长孔砂芯2和悬臂孔砂芯3薄弱砂芯截面直径D和长度L进行测量，并计算长度与直径的比值L/D；
第三步，根据第二步中各薄弱部位计算结果，当L/D的值大于6时，在砂芯模型中创建用于放置芯骨的孔道，孔道直径不低于砂芯直径的10%，且不高于砂芯直径的15%，以保证砂芯强度得到强化的同时又能防止3D打印砂芯初强度过低而导致后处理过程中发生断裂。同时，孔道长度需要延伸至砂芯主体内部5-10 mm，以使得芯骨能够得到砂芯主体的支撑和固定，特别地，悬臂砂芯的孔道不可完全穿透悬臂端，应小于5 mm左右；
第四步，根据第三步确定好的砂芯孔道，针对主阀孔及其他大孔砂芯应优先采用钢管芯骨，其中，钢管芯骨侧壁需钻多个气孔以辅助大直径砂芯在浇注过程中进行随形排气，其他砂芯（细长孔砂芯2和悬臂孔砂芯3）采用陶瓷实心芯骨。图5是实施例的整体式液压多路阀砂芯用钢管芯骨示意图；图6是实施例的整体式液压多路阀砂芯用陶瓷芯骨示意图；芯骨内孔和砂芯孔道共同起到砂芯的随形排气作用；
第五步，对于采用粘结剂成型工艺打印的砂芯，待打印完成后需立即将砂芯去除并清理砂芯外表面及孔道中沾附的散砂，然后将定制好的芯骨穿于砂芯孔道内部，最后待砂芯硬化后砂芯与芯骨紧密结合；对于采用选区激光烧结工艺打印的砂芯，需在砂芯加热固化前将芯骨置于孔道内，然后在砂芯加热固化过程中芯骨与砂芯紧密结合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，其特征在于，包括：
在三维软件中创建待3D打印的整体式液压多路阀砂芯模型，然后对砂芯结构部位进行分析，确定其中的薄弱砂芯；所述薄弱砂芯包括：主阀孔砂芯、细长孔砂芯和悬臂孔砂芯；
针对薄弱砂芯，根据薄弱砂芯长度与直径的比值L/D，在砂芯模型中设计相应孔径和长度的孔道，并根据不同孔径、长度的孔道制定相应的加强芯骨；包括：
当薄弱砂芯的L/D的值大于6时，在砂芯模型中创建用于放置芯骨的孔道，孔道直径不低于砂芯直径的10%，且不高于砂芯直径的15%，以保证砂芯强度得到强化的同时又能防止3D打印砂芯初强度过低而导致后处理过程中发生断裂；同时，孔道长度需要延伸至砂芯主体内部5-10 mm，以使得芯骨能够得到砂芯主体的支撑和固定；且悬臂孔砂芯的孔道不可完全穿透悬臂端，应小于5 mm；
根据确定好的砂芯孔道，主阀孔砂芯采用钢管芯骨，其中，钢管芯骨侧壁需钻多个气孔以辅助大直径砂芯在浇注过程中进行随形排气，非主阀孔砂芯采用陶瓷实心芯骨；
根据砂芯模型3D打印砂芯，并将加强芯骨置到对应的砂芯孔道内，待砂芯硬化或固化过程中芯骨与砂芯紧密结合，使得整体式液压多路阀砂芯的强度得到整体提高。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，其特征在于，还包括：对砂芯模型中的薄弱砂芯截面直径D和长度L进行测量，并计算长度与直径的比值L/D。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺，其特征在于，根据砂芯模型3D打印砂芯，并将加强芯骨置到对应的砂芯孔道内，待砂芯硬化或固化过程中芯骨与砂芯紧密结合，包括：
对于采用粘结剂成型工艺打印的砂芯，待打印完成后需将砂芯取出并清理砂芯外表面及孔道中沾附的散砂，然后将定制好的芯骨穿于砂芯孔道内部，最后待砂芯硬化后砂芯与芯骨紧密结合；
或，对于采用选区激光烧结工艺打印的砂芯，需在砂芯加热固化前将芯骨置于孔道内，然后在砂芯加热固化过程中芯骨与砂芯紧密结合。
4.一种整体式液压多路阀砂芯，其特征在于，由权利要求1-3任一项所述的基于3D打印的整体式液压多路阀砂芯铸造工艺制备得到。
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