一种铝合金铸件的3D打印砂芯造型方法与流程

本发明涉及一种铝合金舱体铸件的3d打印砂芯造型方法，特别是涉及航天类一种深腔、高筋条结构的铝合金铸件砂芯造型方法。

背景技术：

在航空、航天结构件产品中，有许多大型、薄壁、复杂的铝合金结构件。铸件按照hb5480规定的i类铸件制造验收，尺寸精度ct8级，并通过油压、气密检验，对质量要求很高。

大型舱体结构件内含高筋条、变截面、凸台等结构，为空间复杂曲面，采用传统的造型工艺有以下不足：一、模具制作周期长，费用高。传统造型需要制作木模，周期在一个月以上，对精度高的舱体铸件需要直接投金属模具，费用高达十几万甚至几十万元，往往耗费大量的资金和延长产品研制周期；二、传统手工造型精度低，定位不易控制，模具变形、组芯间隙大等问题而最终影响了铸件尺寸；此外，因模具设计中存在拔模，尤其是内腔高深筋条结构(高厚比8:1)的拔模无法去除，最后导致铝合金铸件质量严重超重。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，一种能够显著降低铸造成本，缩短生产周期，提高铸件精度并且降低劳动强度大型薄壁复杂铝合金铸件的3d打印砂芯造型方法。

本发明的技术方案是：一种铝合金铸件的3d打印砂芯造型方法，包括如下步骤：

1)设计砂芯、冷铁，每块冷铁设计出冷铁砂芯模型；

2)将步骤1)设计出的砂芯和冷铁砂芯模型导入到3d打印机中打印成型；

3)应用冷铁砂芯铸造冷铁，清理冷铁砂芯表面的浮砂，对冷铁进行修整、附型；

4)清理砂芯表面的浮砂，镶嵌冷铁；

5)在造型底板上组芯、量芯，套上圈箱；

6)填背砂，直至造型完成。

在步骤5)造型底板上组芯、量芯之前，对砂芯和冷铁的铝液接触面进行刷涂料处理；并将砂芯放入烘干炉中烘烤后随炉冷却。

所述将砂芯放入烘干炉中烘烤时，随炉升温至100℃～120℃，并保温1～2小时。

所述圈箱尺寸大于3d打印砂芯80～200mm。

所背砂为自硬树脂砂。

所述薄壁铝合金铸件壁厚为4mm-10mm，铝合金铸件上设计有加强筋，加强筋高度为15mm-30mm。

所述步骤1)中设计砂芯的具体过程为：将薄壁铝合金铸件的砂型分割成多个砂芯，对每个砂芯进行三维模型设计。

所述对每个砂芯进行三维模型设计时，对砂芯相互之间的位置进行定位，确保正常装配，并在砂芯上预留出冷铁位置和吊装结构。

本发明与现有技术相比的优点是：

本发明造型方法无模具制作过程，不仅节省了产品生产周期和模具费用，更进一步避免因模具变形造成产品尺寸和质量偏差。由于砂芯一次打印成型，砂芯定位准确，组芯精度高；设计出的砂芯无拔模斜度，尤其是实现内腔高深筋条结构(高厚比8:1)的无拔模生产，较好的保证铸件的质量。另外的，本发明实现冷铁的3d打印设计与生产。本发明的造型方法既能够应用于铝合金铸造，又应用于各种黑色金属铸造。

附图说明

图1是薄壁铝合金铸件局部示意图；图1a为正视图，图1b为侧视图；

图2是3d打印砂芯某一截面示意图；

图3是冷铁砂芯示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。

一种铝合金铸件的3d打印砂芯造型方法，步骤如下：

1)设计3d打印砂芯，如图1至3所示。根据铸件图(图1a、1b)、工艺图运用三维设计软件将大型复杂薄壁铝合金铸件的砂型型腔分割成多个砂芯单元(图2)的三维模型。

更进一步，设计出砂芯相互之间的定位(图2中砂芯定位结构3)、砂型吊装结构(图2中砂型吊装结构4)和砂芯吊装结构(图2中砂芯吊装结构2)，其中砂芯的吊装需要专用的吊钩吊具；

更进一步，根据工艺要求，需在砂芯、砂型对应位置预留出冷铁位置(图2中冷铁预留位置1)；

更进一步，根据预留出的冷铁位置，设计出三维冷铁(图3中冷铁6)，每块冷铁设计出浇注砂型(图3中冷铁砂芯5)；

2)根步骤1)设计出的砂芯单元和冷铁砂芯模型三维模型，将其转化为stl格式文件导入到3d打印机中，将铸件砂芯和冷铁砂芯打印成型；

更进一步，需要根据3d打印设备的最大打印尺寸，对三维模型进行排版，并选取最优的打印参数。

3)应用冷铁砂芯铸造冷铁。清理冷铁砂芯表面的浮砂，刷涂料，制造上箱，浇注；

更进一步，对冷铁使用面和镶嵌面进行修整、附型；

4)清理砂芯表面的浮砂，镶嵌(粘)冷铁；

5)对砂芯和冷铁的铝液接触面进行刷涂料处理；

6)将砂芯放入烘干炉中，随炉升温至100℃～120℃，保温1～2小时，随炉冷却；允许使用喷灯对砂型成型面进行烘烤代替。

7)在造型底板上组芯、测量型腔关键尺寸，套上圈箱；圈箱尺寸大于3d打印砂芯80～200mm。

8)填背砂，直至造型完成。更进一步，背砂为自硬树脂砂，

综上所述，本发明利用砂型3d打印技术实现大型薄壁铝合金铸件的造型方法，具有以下有益效果：其中3d打印实现砂芯的一次成型，无需制造模具，节省成本和提高生产效率；对深腔和高深筋条的大型薄壁铝合金铸造来说，3d打印砂芯减少了拔模对铸件质量的影响，提高了铸件精度。同时降低劳动强度，绿色环保，尤其适合多品种、小批量的大型复杂薄壁铝合金舱体铸件生产，具有很好的应用前景。

以上实施条例仅是对本发明进行说明，而非作限制性的概括，本领域普通技术人员在本发明的发明构思的指导下，还可以作出很多常规结构上的修改与替换，这些修改与替换也应当被认为属于本发明的保护范围之中。

技术特征：

技术总结
本发明一种铝合金铸件的3D打印砂芯造型方法，具体过程为：1)设计砂芯、冷铁，每块冷铁设计出冷铁砂芯模型；2)将步骤1)设计出的砂芯和冷铁砂芯模型导入到3D打印机中打印成型；3)应用冷铁砂芯铸造冷铁，清理冷铁砂芯表面的浮砂，对冷铁进行修整、附型；4)清理砂芯表面的浮砂，镶嵌冷铁；5)在造型底板上组芯、量芯，套上圈箱；6)填背砂，直至造型完成。本发明造型方法无模具制作过程，不仅节省了产品生产周期和模具费用，更进一步避免因模具变形造成产品尺寸和质量偏差。本发明的造型方法既能够应用于铝合金铸造，又应用于各种黑色金属铸造。

技术研发人员：王目孔;孙建新;刘新超;边毅;张搏;杨锌
受保护的技术使用者：北京航星机器制造有限公司
技术研发日：2017.07.21
技术公布日：2017.10.24