一种3D打印砂型的制作方法

本发明涉及砂型3d打印技术领域，具体涉及一种3d打印砂型。

背景技术：

砂型3d打印技术具有制造周期短、生产过程数字化、无粉尘等优点，主要用于复杂砂芯的制备。受到3d打印设备尺寸的限制，无法整体打印大型砂型，需分成几部分后组装。分块组装后的砂型由于没有传统铸造砂箱的保护，极易在分型面处跑火。

因此如何设计，既能便于清砂及安放冷铁，又便于组装、避免跑火是砂型3d打印技术应用于大型铸件的关键。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：选择合适的分块方式使之既能便于清砂及安放冷铁，又便于组装、避免跑火，本发明提供了解决上述问题的一种3d打印砂型。

本发明通过下述技术方案实现：

一种3d打印砂型，包括n层横向砂型块，n层横向砂型块上下依次堆叠设置；其中，上下相邻两层横向砂型块之间的接触面为横向分型面，n为≥2的正整数；每层横向砂型块包括m块纵向砂型分块，且相邻的两块纵向砂型分块之间的接触面为纵向分型面，纵向分型面与横向分型面之间为垂直的位置关系，m为≥2的正整数；相邻两层横向砂型块上的纵向分型面相互错位排布。

现有技术中，受到3d打印设备尺寸的限制，无法整体打印大型砂型，需分成几部分后组装。分块组装后的砂型由于没有传统铸造砂箱的保护，极易在分型面处跑火。因此如何设计，既能便于清砂及安放冷铁，又便于组装、避免跑火是砂型3d打印技术应用于大型铸件的关键。当前亟需发展一种合理的分块砂型。

基于上述背景，本发明的技术构思是通过改进分块结构，同时能够实现便于清砂及安放冷铁、便于组装、和避免跑火的功能。本发明采用砂型纵横交错分块的方案，在重要分型面横向分块，以方便安放冷铁及清砂；砂型左右分块时逐层交错，这样既能解决砂型尺寸过大问题，又能防止浇注过程中金属液从纵向分型面跑火。

进一步优选，在沿周向方向上，相邻两层横向砂型块上的纵向分型面相互错位排布的夹角为10°～90°。

本发明砂型左右分块时逐层交错，这样既能解决砂型尺寸过大问题，又能防止浇注过程中金属液从纵向分型面跑火。优选相邻两层横向砂型块上的纵向分型面相互错位排布的夹角为10°～90°，交错角度过小，则上下两层横向砂型块上的纵向分型面接近重合，不利于防跑火。

进一步优选，在纵向分型面的外侧缝隙处对设有预留凹槽，纵向分型面的外边界位于预留凹槽的槽底；在合箱后，所述预留凹槽用于填充粘土砂或树脂砂。

本发明的3d打印防跑火预留凹槽，在极易跑火的纵向分型面预留出凹槽，在合箱后用粘土砂或树脂砂填充密实，经这种方案改良的砂型，跑火风险几乎为零。

进一步优选，所述预留凹槽的槽口宽度小于槽内的宽度。

在纵向分型面外侧设置收口预留凹槽，即其特征是外窄内宽，从而可以卡住后期填充的粘土砂，避免充型时分型面外涌的金属液冲散填充砂。

进一步优选，在预留凹槽的宽度方向截面上，预留凹槽呈等腰梯形结构。

本发明优选设计预留凹槽呈等腰梯形结构，结构对称，方便加工，且后期受力均匀。

进一步优选，上下相邻两层横向砂型块的分型面上分别设有定位销和定位孔，其中一个横向砂型块的分型面上的定位销嵌入相邻横向分型块的分型面上的定位孔内适配。

通过设计定位销和定位孔适配，方便将上下相邻两层横向砂型块快速对准适配。

进一步优选，所述定位稍和定位孔适配的周向间隙为1mm、轴向间隙为1mm。

设计定位稍和定位孔适配的周向和轴向存在一定间隙，方便适配安装。

进一步优选，同层横向砂型块上均设置定位孔或定位销。

进一步优选，在相邻层的横向砂型块侧壁上设置定位号，且所述定位号贯穿上下相邻两层横向砂型块。

最后在横向砂型块层与层之间设计贯穿的定位号，合箱时根据定位号找正砂箱并确定砂箱所属层级。

传统铸造方式中，砂型是紧紧包裹在砂箱内的，通过吊运砂箱上的箱把就能完成合箱及砂箱搬运等任务。但是3d打印的砂型是无箱铸型，必须单独开发其起吊装置以解决砂型搬运问题。因此，本发明设计了几种方便起吊砂型的起吊结构，具体如下所示。

进一步优选，在横向砂型块或纵向砂型分块上设置起吊把手；所述起吊把手向远离砂型的方向依次分为受力段和尾段，受力段长度应大于吊带宽度，尾段高出受力段10mm以上。

对于重量轻的砂型，设计起吊把手；该把手分为受力段和尾段两部分组成，受力段直径受到砂型强度和砂型重量的影响，可用剪切强度计算校核；受力段长度一般为30mm～100mm，具体根据吊带宽度及吊运装置制定；尾段直径高出受力段直径10mm以上，长度通常为10mm～20mm。

进一步优选，在横向砂型块或纵向砂型分块的侧面上设置起吊孔，所述起吊孔为直孔；所示起吊孔用于与金属箱把适配。

对于很重的砂型，在砂型侧面设计起吊孔，起吊前将金属箱把插入起吊孔，通过吊运金属箱把吊运；所述的很重的砂型侧面设计起吊孔，参数设计如，设计直径为φ50mm，深80～100mm；相应的金属箱把直径为φ45mm，长180mm。

进一步优选，在砂芯设置卡孔；所述卡孔的形状为酒瓶形，腹部直径比口部直径大140mm以上；所述卡孔用于与金属棒适配，所述金属棒的轴向长度大于卡孔的口部直径、且小于卡孔腹部直径。

对于很重的砂型，还可在砂芯上设计卡孔，金属棒横向插入卡孔，通过吊钩勾住金属棒起吊。具体地，卡孔入口尺寸不宜过小，应大于金属棒直径及吊扣宽度，放入金属棒时先竖直插入卡孔，再横置上拉置卡紧，伸入吊钩勾紧金属棒即可完成吊运。为防止金属棒在吊运过程中松动，卡孔腹部直径应超过入口直径140mm以上，保证接触长度足够。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明砂型左右分块时逐层交错，这样既能解决砂型尺寸过大问题，又能防止浇注过程中金属液从纵向分型面跑火。优选相邻两层横向砂型块上的纵向分型面相互错位排布的夹角为10°～90°，交错角度过小，则上下两层横向砂型块上的纵向分型面接近重合，不利于防跑火。

2、本发明的3d打印防跑火预留凹槽，在极易跑火的纵向分型面预留出凹槽，在合箱后用粘土砂或树脂砂填充密实，经这种方案改良的砂型，跑火风险几乎为零。

3、本发明的在重量轻的砂型上设计起吊把手方案，可在3d打印砂型时同时打印出把手，既可以供人手搬运又能方便吊带吊运；本发明的在重量大的砂型上设计起吊孔和金属箱把，工装简单易制，利用金属箱把强度高的特点，通过设计合理的尺寸和插入深度实现400kg以下的砂型吊运，过重的砂型可酌情多设计起吊孔或者加大起吊孔和金属把手直径；本发明的在砂芯上设计卡孔，金属棒横向插入卡孔，通过吊钩勾住金属棒起吊，不仅方便易操作，还能解决浇注过程中砂芯排气问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的纵横交错分块砂型合箱的结构示意图；

图2为本发明的留有预留凹槽的砂型合箱的结构示意图；

图3为本发明的留有分层定位号的砂型合箱的结构示意图；

图4为本发明在重量轻的砂型上设计起吊把手的效果图；

图5为本发明在重量大的砂型上设计起吊孔的效果图；

图6为本发明在砂芯上设计卡孔的效果图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-横向砂型块，101-纵向砂型分块，2-预留凹槽，4-定位号，4-起吊孔，5-起吊把手，6-卡孔，8-金属棒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种3d打印砂型，整体呈圆柱形，如图1所示，包括四层横向砂型块1，四层横向砂型块1上下依次堆叠设置；其中，上下相邻两层横向砂型块1之间的接触面为横向分型面。每层横向砂型块1包括两块纵向砂型分块101，且相邻的两块纵向砂型分块101之间的接触面为纵向分型面，纵向分型面与横向分型面之间相互垂直。且纵向分型面穿过所在横向砂型块1的几何中心；相邻两层横向砂型块1上的纵向分型面相互错位排布。在沿周向方向上，相邻两层横向砂型块1上的纵向分型面相互错位排布的夹角为10°～90°，本实施例优选为45°。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，在纵向分型面的外侧缝隙处对设有预留凹槽2，纵向分型面的外边界位于预留凹槽2的槽底；在合箱后，所述预留凹槽2用于填充粘土砂或树脂砂。预留凹槽2的槽口宽度小于槽内的宽度，本实施例优选，在预留凹槽2的宽度方向截面上，预留凹槽2呈等腰梯形结构。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，上下相邻两层横向砂型块1的分型面上分别设有定位销和定位孔，其中一个横向砂型块1的分型面上的定位销嵌入相邻横向分型块1的分型面上的定位孔内适配。定位稍和定位孔适配的周向间隙为1mm、轴向间隙为1mm。同层横向砂型块1上均设置定位孔或定位销，即同层横向砂型块1上设置的定位类型相同。

进一步优选，在相邻层的横向砂型块1侧壁上设置定位号3，且所述定位号3贯穿上下相邻两层横向砂型块1，如图3所示

实施例5

基于实施例4，如图1-3所示，本发明的一种3d打印砂型分块方法包含以下步骤：

步骤1:先对砂箱进行横向拆分。根据铸造工艺图上分型面位置横向拆分，再综合考虑3d打印设备最大打印高度及清砂、冷铁布置难度进行二次横向拆分；

步骤2:再对砂箱纵向拆分。拆分时同层砂箱对称拆分，邻层砂箱拆分面错开，夹角为10°～90°，纵向面间无定位装置；

步骤3:在拆分后的砂块横向分型面上分别设置定位稍和定位孔，其设置方法是接触的两块砂块一个设置定位稍，另一个设置定位孔，其中定位稍和定位孔周向间隙1mm，轴向间隙1mm。横向拆分同层砂块定位类型须相同；

步骤4:在纵向分型面外侧设置收口预留凹槽，其特征是外窄内宽，从而可以卡住后期填充的粘土砂，避免充型时分型面外涌的金属液冲散填充砂。

实施例6

基于实施例1或实施例3的基础上，在横向砂型块1或纵向砂型分块101上设置起吊结构，分为以下三种类型：

方案一：轻质砂型起吊把手设计。

在横向砂型块1或纵向砂型分块101的侧面上设置起吊把手5。该起吊把手5分为受力段和尾段两部分组成，受力段直径受到砂型强度和砂型重量的影响，可用剪切强度计算校核；受力段长度一般为30mm～100mm，具体根据吊带宽度及吊运装置制定；尾段直径高出受力段直径10mm以上，长度通常为10mm～20mm。

方案二：重型砂型起吊孔和金属箱把设计。

在横向砂型块1或纵向砂型分块101的侧面上设置起吊孔4，起吊孔4直径为φ50mm、深80～100mm。金属箱把直径为φ45mm、长180mm。此设计可实现400kg以下的砂型吊运，过重的砂型可酌情增加起吊孔4数目或者加大起吊孔4和金属把手的直径。

方案三：重型砂型卡孔设计。

在砂芯设计卡孔6入口尺寸不宜过小，应大于金属棒8直径及吊扣宽度，放入金属棒8时先竖直插入卡孔6，再横置上拉置卡紧，伸入吊钩勾紧金属棒8即可完成吊运。为防止金属棒8在吊运过程中松动，卡孔6腹部直径应超过入口直径140mm以上，保证接触长度足够。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。