一种3D打印的球墨铸铁件凝固顺序控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种通过不使用冷铁同时能减小热节模数的控制装置及方法，具体的涉及一种3D打印的球墨铸铁件凝固顺序控制装置及其控制方法，属于3D打印砂芯铸造生产领域。

背景技术：
随着3D打印技术的推广与应用，目前使用3D打印砂芯进行铸造生产的方法已经在行业内逐渐流行。该方法无需考虑传统工艺的起模和撤料问题，可实现各种复杂结构砂芯的一次性高精度打印，使铸造工艺设计的灵活性大大提高。对于球墨铸铁件，由于凝固过程金相组织的转变，晶粒间隙很难得到铁液充分补充，故比灰铁更容易产生缩松缩孔。在工艺设计时，需要着重控制凝固顺序，配合使用冒口进行补缩，以保证铸件的缩松要求等级。目前控制凝固顺序的方法一般有两种：一是通过使用冷铁或特殊型砂的激冷作用来降低铸件局部厚大热节结构的模数，以控制凝固顺序，将缩松驱赶至最后凝固部位；二是通过改变浇注方向及进流位置，充分利用铸件自身结构和热影响来控制凝固顺序。但对于结构复杂的球墨铸铁件，局部热节部位补缩通道难以建立，通过上述两种方法控制铸件的顺序凝固十分困难。为保证铸件缩松等级要求，一些铸件需要使用大量的随形冷铁，使铸造成本提高，同时操作过程难度加大，过程质量稳定性差。为此，结合3D打印工艺特点，考虑寻找一种能不使用冷铁同时能减小热节模数，控制凝固顺序的装置和方法，是本发明研究的目的。

技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种3D打印的球墨铸铁件凝固顺序控制装置及其控制方法，来解决球墨铸铁件容易出现的缩松问题，以降低铸造成本及操作过程难度。为了解决现有技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种3D打印的球墨铸铁件凝固顺序控制装置，包括导热装置和散热装置，所述的导热装置包括导热筋、导热头、出气口和接触端，所述的导热筋截面为圆形或矩形，所述的导热筋为三个或多个；所述的导热筋的一端为接触端，与铸件热节部位外表面连接；另一端聚集形成较大的导热头；所述的导热头截面应等于所连导热筋截面总和；所述的导热头竖直方向分别引出出气口，并汇于浇注方向顶部；所述的导热筋均匀分布于铸件热节散热面上；所述的导热头需在水平方向上排列成一条直线；所述的散热装置包括散热钢管与水冷系统两部分；所述的散热钢管长度需大于导热头排列方向的长度；所述的水冷系统包括循环水泵、蓄水罐、排水阀、温度计，所述的散热钢管一端通过管道依次连接有温度计、蓄水罐、排水阀、循环水泵至散热钢管另一端；所述的蓄水罐上设置有接水口；所述导热装置的导热头水平并排与所述散热装置的散热钢管连通相接。进一步的：所述导热筋直径或厚度需小于铸件热节部位壁厚的1/5，长度控制在100mm范围内，超出100mm需另设导热头。进一步的：所述的散热钢管选用外径大于导热头直径的空心钢管，所述的钢管壁厚选用大于1/5导热头直径规格。本发明所述的一种3D打印的球墨铸铁件凝固顺序控制装置的控制方法是：①根据铸件结构分析，找出无法进行自补缩的热节部位，设计导热装置，并预留出与散热钢管外径相同的插入口；②设计有导热装置的砂芯打印完成后，使用压缩空气将散热装置中的散砂吹出，此时导热头与插入口贯通；③将散热钢管外壁涂刷耐火涂料，插入预先留出的插入口，使散热钢管管壁与导热头完全贴合；④浇注前先将水冷系统连接于散热钢管两头，确认密封完好后将接水口与自来水源连通，将蓄水罐充满冷水后，关闭水源，打开循环水泵；⑤进行浇注作业，观察温度计读数，当水温超过80℃时，打开排水阀排水并重新接入冷却水再次循环，直到水温稳定小于80℃；⑥铸件打箱后，将导热装置铲磨去除即可。本发明的有益效果是：装置结构简单，可操作性高，可最大化的提高其导热性能；节约了成本，同时也提高了效率。附图说明图1为本发明控制装置整体使用示意图。图2为本发明控制装置的导热装置示意图。图3为本发明控制装置的散热装置示意图。其中：铸件热节1、导热筋2、导热头3、出气口4、接触端5、散热钢管6、温度计7、蓄水罐8、排水阀9、循环水泵10、接水口11、输水管12、铸件13、打印砂芯14。具体实施方式为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1-3对本发明做进一步分析。如图1所示，一种3D打印的球墨铸铁件凝固顺序控制装置，包括导热装置和散热装置两个部分。如图2所示，导热装置包括导热筋2、导热头3、出气口4和接触端5，导热筋2截面可为圆形或矩形，导热筋2为三个以上；导热筋2的一端为接触端5，与铸件热节1外表面连接；另一端聚集形成较大的导热头3；导热头3截面应等于所连导热筋2截面总和；导热头3竖直方向分别引出出气口，并汇于浇注方向顶部；导热筋2均匀分布于铸件热节1散热面上；导热头3需在水平方向上排列成一条直线。如图3所示，散热装置包括散热钢管6与水冷系统两部分；散热钢管6长度需大于导热头3排列方向的长度；水冷系统包括循环水泵10、排水阀9、蓄水罐8、温度计7；散热钢管6一端通过输水管依次连接有温度计7、蓄水罐8、排水阀9、循环水泵10至散热钢管6另一端；蓄水罐8上设置有接水口11；导热装置的导热头3水平并排与所述散热装置的散热钢管6连通相接。本发明的所述导热装置，包括在铸件热节1部位设计的用于降低热节模数的导热筋2和与散热装置接触的导热头3，导热装置是在浇注过程中由铁水形成。导热筋2截面可为圆形或矩形，为便于后序清理，其直径（厚度）需小于铸件热节部位壁厚的1/5；所述导热筋2的一端为接触端5，与铸件热节1部位外表面连接，另一端聚集形成较大的导热头3，导热头3截面应等于所连导热筋2截面总和；导热头3靠近散热筋2部位引出气口4至浇注方向顶端，以保证浇注时导热装置的完整充型。导热筋2均布于铸件热节1散热面上，分布密度可根据所需降低模数的程度来确定；导热筋2可根据铸件结构进行随形设计，为减小导热距离，提高散热效果，其长度需控制在100mm范围内，超出100mm需另设导热头3，所有导热头3需在水平方向上排列成一条直线，以方便其与散热装置的散热钢管6相连。本发明的所述散热装置，是与导热装置接触，同时产生冷却效应的散热装置，所述散热装置包括散热钢管6与水冷系统两部分。散热钢管6选用外径大于导热头3直径的空心钢管，管内镀锌或涂有防锈层，钢管壁厚选用大于1/5导热头3直径规格，散热钢管6长度需大于砂芯长度（导热头3排列方向）200mm，以便于伸出部分与输水管对接。水冷系统包括输水管、循环水泵、蓄水罐、接水口、排水阀、温度计，输水管分别与散热钢管6两端密封对接，一端为进水口，一端为出水口；然后依次连接循环水泵10、排水阀9、蓄水罐8；蓄水罐8上带有接水口11，可接外部水源，温度计7安装于输水管靠近进水口的一边，以便实时监控进入散热管的水温。本发明的具体操作过程如下：①根据铸件结构分析，找出无法进行自补缩的热节部位，设计导热装置，并预留出与散热钢管6外径相同的插入口；②设计有导热装置的砂芯打印完成后，使用压缩空气将散热装置中的散砂吹出，此时导热头3与插入口贯通；③将散热钢管6外壁涂刷耐火涂料，插入预先留出的插入口，使散热钢管壁与导热头3完全贴合；④浇注前先将水冷系统连接于散热钢管两头，确认密封完好后将接水口与自来水源连通，将蓄水罐8充满冷水后，关闭水源，打开循环水泵10；⑤进行浇注作业，观察温度计读数，当水温超过80℃时，打开排水阀9排水并重新接入冷却水再次循环，直到水温稳定小于80℃；⑥铸件打箱后，将导热系统铲磨去除即可。本发明的控制装置对铸件热节部位能产生强激冷作用，使热节部位提前凝固，将热节部位的缩松驱赶至补缩通道中，由浇注方向顶部设计的补缩冒口进行补缩，达到控制凝固顺序的效果；由砂芯形成的导热系统可直接打印做出，设计灵活性高，可最大化的提高其导热性能；替代了传统工艺使用冷铁降低热节模数的做法，减少的冷铁铸造，预埋操作过程，节约了成本，提高了操作效率；散热钢管外壁涂有耐火涂料，铸件打箱后易与导热系统分离，可多次使用；本发明结构简单，可操作性高，适合于具有复杂结构的球墨铸铁件生产过程。以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。