砂模打印機(jī)設(shè)計原理與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、鑄造是裝備制造的基礎(chǔ)性手段。砂模鑄造是利用型砂作為鑄模材料的鑄件制造方法，應(yīng)用廣泛且歷史悠久，但砂模鑄造存在鑄模制作耗時、鑄件成型精度不高、工人工作環(huán)境惡劣等問題。近年來，隨著疊層制造技術(shù)的快速發(fā)展，基于疊層制造思想的砂模制作/造型技術(shù)與設(shè)備正在成為國際業(yè)界的研究熱點，并逐步得到推廣和應(yīng)用。層疊制造亦稱3D打印。采用3D打印思想的砂模造型技術(shù)可以實現(xiàn)砂模的設(shè)計、制造、性能優(yōu)化與評估的數(shù)字化和一體化，能夠大幅提高砂模制造的生產(chǎn)效率，提高鑄

2、件產(chǎn)品精度，改善工人勞動強(qiáng)度和工作環(huán)境，將會給鑄造業(yè)的未來發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。
　　為從根本上提升我國鑄造業(yè)的技術(shù)水平，推動我國高端制造業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，在我國某國有大型企業(yè)重點攻關(guān)課題支持下，我們開展了砂模打印機(jī)設(shè)計原理及其關(guān)鍵技術(shù)研究，研制我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的砂模打印設(shè)備。
　　本文主要工作及創(chuàng)新點如下：
　?。?）在現(xiàn)狀調(diào)研與分析基礎(chǔ)上，對砂模打印機(jī)的增材制造工作原理及砂模疊層造型工作過程進(jìn)行了深入研究。根據(jù)粘結(jié)劑、

3、固化劑與原砂的選擇性結(jié)合方式的不同提出三種砂模疊層成型原理。在砂模打印過程分析基礎(chǔ)上，提出砂模打印設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)。分析了砂模打印的水平掃描運動模式，相應(yīng)提出具有高成型效率的打印方案。分析了砂模打印成型精度及其誤差來源，提出相應(yīng)的誤差控制方案。
　?。?）為避免成型砂模中粘結(jié)劑/固化劑過量問題引發(fā)的鑄件質(zhì)量缺陷，建立了微滴噴射關(guān)系模型，得出粘結(jié)劑/固化劑含量公式。在此基礎(chǔ)上，為控制粘結(jié)劑/固化劑含量，提出造型材料改進(jìn)、成型原理及工藝

4、改進(jìn)、噴嘴結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化等三種解決途徑。為保障砂模造型精度，對噴嘴射流過程進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析。
　?。?）為精確控制粘結(jié)劑/固化劑含量，提出干/濕砂選擇性鋪敷成型原理，建立了砂料噴射需求關(guān)系模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行噴射機(jī)構(gòu)的概念方案設(shè)計。提出了濕砂回收再用的系統(tǒng)設(shè)計方法，建立了預(yù)測砂模固化時間的動態(tài)余量分析圖法，基于粉體動力學(xué)進(jìn)行了砂料噴射系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計。
　?。?）分析了砂模打印過程中的落料飛行過程，建立了噴嘴響應(yīng)時間和