CN115069972B - 一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置及方法，包括：上砂槽、落砂挡板、低温气体输送管路、微型减速电机、同步带轮、气压混砂装置、气缸驱动机构和旋转开关板。该装置及方法采用低温气体（氮气、氩气等）对流传热方式，通过气压混砂装置内部的旋转搅拌叶轮进行高效预冷。通过旋转开关板均匀落砂的铺砂方式，实现微量定量落砂，精确铺砂，减少砂型冷冻打印铺砂过程中的型砂浪费，同时解决因落砂量过大和压实工艺而造成的铺砂过程中对成形砂型表面的破坏问题。
Description
技术领域
本发明涉及铸造砂型的3DP打印领域，尤其涉及一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置及方法。
背景技术
砂型冷冻打印采用水基溶液做砂型铸造用粘结剂，在低温环境下将预混砂逐层冰冻成固体以保持其形状，不同于其他3D打印技术在室温下或加热条件下打印材料。冷冻砂型在高温熔体冲击下，自然溃散，浇注过程中无强烈刺激性气体产生。该方法不使用树脂，粘结剂主要成分是水，起到环保的作用，符合现代绿色制造的理念。
采用传统砂型3D打印设备喷射纯水冷冻粘结型砂的过程中，液滴在型砂表面渗透铺展难以冻结固化。研究发现：传统铺砂装置很难保证预混砂温度控制在-40℃～-5℃的范围内，从而影响打印成形精度。并且预混干冰或液氮的低温型砂在铺砂过程中也存在平整度较差、致密度不均匀的问题，影响冷冻铸型的形状尺寸精度和铸件基础性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置，该装置主要解决型砂在铺砂过程中平整度较差、预冷不充分、不均匀等问题。
一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置，包括从上到下依次设置的上砂槽、落砂挡板和气压混砂装置；其中落砂挡板的落砂口与所述气压混砂装置的进料口相通；其中低温气体输送管路与气压混砂装置的上端相连接；所述落砂挡板固定安装在上砂槽的下方，所述上砂槽的两端分别连接有气缸支架；每个气缸支架上连接有气缸尾座；其中气缸尾座与连接有气缸驱动机构；气缸驱动机构上的驱动轴与旋转开关板连接；其中所述旋转开关板位于所述气压混砂装置的出料口处；其中微型减速电机的输送轴连接有同步带轮；其中同步带轮通过皮带与所述气压混砂装置内的搅拌叶轮连接；用来控制预冷型砂的铺砂启停。
本发明进一步改进，所述低温气体输送管路由耐低温进气管道、调压阀、三通接头、制冷铜管和低温气体喷嘴组成，低温高压气体从耐低温进气管道进入调压阀，减压至合适气压流入制冷铜管，其中制冷筒管通过若干个三通接头将通过中的低温气体送至低温气体喷嘴中，每个所述低温气体喷嘴出口处设计若干个喷口，使得型砂颗粒与低温气体充分混合。
本发明进一步改进，所述低温气体为低温氮气，温度范围-40℃～-5℃，气压300～500kPa。
本发明进一步改进，所述低温气体喷嘴出口均匀排列分布尺寸相同的喷口，且每个喷口形状呈矩形或圆形或椭圆形。
本发明进一步改进，所述气压混砂装置内置有搅拌叶轮，所述搅拌叶轮由圆柱轴和叶轮叶片组成；所述叶轮叶片上开有多个线性阵列的孔状结构，使低温气体可以穿过叶轮叶片与型砂搅拌充分；，进一步地时的搅拌后的预冷型砂在低压气流下通过喷嘴均匀下落。
本发明进一步改进，所述上砂槽的出料口下方的两侧分布设有落砂挡板；其中气缸两端的气缸轴与对应的落砂挡板连接。
本发明进一步改进，所述微型减速电机固定在电机支座上。
一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂方法，该方法包括如下步骤：
S1：根据铸件特征参数选用合适材质的型砂，将型砂颗粒均匀装入上砂槽内；
S2：根据落砂量计算落砂挡板开口大小，打开落砂挡板使得原砂颗粒进入气压混砂装置；
S3：低温气体经调压阀减至100～800pa范围内，依次通过制冷铜管，三通接头送至低温气体喷嘴；
S4：启动微型减速电机，通过皮带和同步带轮带动气压混砂装置内部的搅拌叶轮作匀速回转运动，低温气体通过叶轮叶片上的孔洞结构与型砂颗粒充分接触，保证型砂颗粒的温度在-40℃～-5℃的范围内；
S5：型砂预冷至指定温度后，通过气缸驱动机构带动驱动连杆打开旋转开关板，预冷型砂能够稳定均匀随铺砂装置水平运动，且铺砂量可控；
S6：如此反复驱动铺砂装置沿滚珠丝杠往复移动，层层铺砂，层层打印，直至形成立体砂型结构，清除余砂，得到完整砂型。
所述气动预冷采用对流传热方式，采取低温气体（氮气、氩气等），再将低温气体通过气压混砂装置进行高效预冷；
所述旋转开关板与气压混砂装置出料口的缝隙大小（1～2mm）根据铺砂装置前进速度和铺砂层厚计算所得。
本发明的有益效果：
(1)本方案通过低温气体输送管路、气压混砂装置和旋转开关板对原砂进行低温铺设，达到在铺砂过程中进行温度精确控制的预冷效果，提高了打印喷头的成形精度，进一步提高冷冻铸型的形状尺寸精度和铸件基础性能。
(2) 采用气动预冷，窄缝均匀落砂的铺砂方式，实现定量落砂，精确铺砂，减少砂型冷冻打印铺砂过程中的型砂浪费，同时解决因落砂量过大和压实工艺而造成的铺砂过程中对已打印砂面的破坏问题。
附图说明
图1一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置前视示意图；
图2一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置半剖示意图；
图3型砂气动预冷管路等轴侧示意图；
图4型砂气动预冷管路仰视示意图；
图5型砂搅拌叶轮结构示意图；
图6落砂挡板与气缸配合的结构示意图；
图7本实施例的立体图；
附图标记列表：
其中1-上砂槽，2-低温气体输送管路，3-气缸驱动机构，4-气缸支架，5-气缸尾座，6-同步带轮，7-电机支座，8-微型减速电机，9-落砂挡板，10-气压混砂装置，11-旋转开关板，12-搅拌叶轮，13-驱动连杆，14-低温气体喷嘴，15-制冷铜管，16-三通接头，17-调压阀，18-进气管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1，2、6和7所示，本发明实施例提供一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置，包括：上砂槽1、落砂挡板9、低温气体输送管路2、微型减速电机8、同步带轮6、气压混砂装置10、气缸驱动机构3和旋转开关板11。所述落砂挡板9固定安装在上砂槽1下方，将原砂从上砂槽1送入所述气压混砂装置10中，将型砂颗粒与低温气体进行搅拌，使型砂冷却到零度以下。
所述上砂槽1的出料口下方的两侧分布设有落砂挡板9；其中气缸两端的气缸轴与对应的落砂挡板9连接。
所述低温气体输送管路2与气压混砂装置10上端相连接。所述微型减速电机8与所述同步带轮6、电机支座7相连，驱动所述气压混砂装置10作匀速旋转运动。
所述上砂槽11的两端分别连接有气缸支架4；每个气缸支架4上连接有气缸尾座5；其中气缸尾座5与连接有气缸驱动机构3；气缸驱动机构3上的驱动轴与驱动连杆13连接；其中驱动连杆13与旋转开关板11连接；用来控制预冷型砂的铺砂启停。
如图3,4所示，所述低温气体输送管路2由耐低温进气管道18、调压阀17、三通接头16、制冷铜管15和低温气体喷嘴14组成，低温高压气体从耐低温进气管道18进入调压阀17，减压至合适气压流入制冷铜管15，通过三通接头16将通过中的低温气体送至低温气体喷嘴14中，低温气体喷嘴14出口处设计有多个喷口，使得型砂颗粒与低温气体充分混合。所述低温气体为低温氮气，温度范围-40℃～-5℃，气压300～500kPa。所述低温气体喷嘴14出口均匀排列分布尺寸相同的喷口，且每个喷口形状呈矩形。
如图5所示，所述气压混砂装置10内置有搅拌叶轮12，所述搅拌叶轮12由圆柱轴和叶轮叶片组成。所述叶轮叶片上开有多个线性阵列的孔状结构，使低温气体可以穿过叶片与型砂搅拌充分，进一步地时的搅拌后的预冷型砂在低压气流下通过喷嘴14均匀下落。
另外本实施例还提供一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂方法，包括如下步骤：
S1：根据铸件特征参数选用合适材质的型砂，将型砂颗粒均匀装入上砂槽内；
S2：根据落砂量计算落砂挡板开口大小，打开落砂挡板使得原砂颗粒进入气压混砂装置；
S3：低温气体经调压阀减至100～800pa范围内，依次通过制冷铜管，三通接头送至低温气体喷嘴；
S4：启动微型减速电机，通过皮带和同步带轮带动气压混砂装置内部的搅拌叶轮作匀速回转运动，低温气体通过叶轮叶片上的孔洞结构与型砂颗粒充分接触，保证型砂颗粒的温度在-40℃～-5℃的范围可调。
S5：型砂预冷至指定温度后，通过气缸驱动机构带动驱动连杆打开旋转开关板（缝隙大小1～2mm），预冷型砂能够稳定均匀随铺砂装置水平运动，且铺砂量可控；
S6：如此反复驱动铺砂装置沿滚珠丝杠往复移动，层层铺砂，层层打印，直至形成立体砂型结构，清除余砂，得到完整砂型。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (4)
1.一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置，其特征在于：包括从上到下依次设置的上砂槽（1）、落砂挡板（9）和气压混砂装置（10）；其中落砂挡板（9）的落砂口与所述气压混砂装置（10）的进料口相通；其中低温气体输送管路（2）与气压混砂装置（10）的上端相连接；所述上砂槽（1）的出料口下方的两侧分布设有落砂挡板（9）；其中气缸两端的气缸轴与对应的落砂挡板（9）连接；所述上砂槽（1）的两端分别连接有气缸支架（4）；每个气缸支架（4）上连接有气缸尾座（5）；其中气缸尾座（5）与连接有气缸驱动机构（3）；气缸驱动机构（3）上的驱动轴与驱动连杆（13）连接；其中驱动连杆（13）与旋转开关板（11）连接；其中所述旋转开关板（11）位于所述气压混砂装置（10）的出料口处；其中微型减速电机（8）的输送轴连接有同步带轮（6）；其中同步带轮（6）通过皮带与所述气压混砂装置（10）内的搅拌叶轮（12）连接；所述低温气体输送管路（2）由耐低温进气管道（18）、调压阀（17）、三通接头（16）、制冷铜管（15）和低温气体喷嘴（14）组成，低温高压气体从耐低温进气管道（18）进入调压阀（17），减压至气压100～800pa流入制冷铜管（15），其中制冷筒管（15）通过若干个三通接头（16）将通过中的低温气体送至低温气体喷嘴（14）中，每个所述低温气体喷嘴（14）出口处设计若干个喷口，使得型砂颗粒与低温气体充分混合；所述低温高压气体的温度范围-40℃～-5℃，气压300～500kPa；所述低温气体喷嘴（14）出口均匀排列分布尺寸相同的喷口，且每个喷口形状呈矩形或圆形或椭圆形；所述气压混砂装置（10）内置有搅拌叶轮（12），所述搅拌叶轮（12）由圆柱轴和叶轮叶片组成；所述叶轮叶片上开有多个线性阵列的孔状结构，使低温气体穿过叶轮叶片与型砂搅拌充分。
2.如权利要求1所述的一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置，其特征在于，所述低温高压气体为低温氮气。
3.如权利要求1所述的一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置，其特征在于，所述微型减速电机（8）固定在电机支座（7）上。
4.一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂方法，使用权利要求1所述的一种用于砂型冷冻打印的气动预冷铺砂装置进行铺砂，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：根据铸件特征参数选用合适材质的型砂，将型砂颗粒均匀装入上砂槽（1）内；
S2：根据落砂量计算落砂挡板（9）开口大小，打开落砂挡板使得原砂颗粒进入气压混砂装置（10）；
S3：低温气体经调压阀（17）减至100～800pa范围内，依次通过制冷铜管（15），三通接头（16）送至低温气体喷嘴（14）；
S4：启动微型减速电机（8），通过皮带和同步带轮（6）带动气压混砂装置（10）内部的搅拌叶轮（12）作匀速回转运动，低温气体通过叶轮叶片上的孔洞结构与型砂颗粒充分接触，保证型砂颗粒的温度在-40℃～-5℃的范围内；
S5：型砂预冷至指定温度后，通过气缸驱动机构（3）带动驱动连杆（13）打开旋转开关板（11），预冷型砂能够稳定均匀随铺砂装置水平运动，且铺砂量可控；所述旋转开关板与气压混砂装置出料口的开口缝隙为1～2mm；据铺砂装置前进速度和铺砂层厚计算所得；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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