砂模打印機設計原理與關鍵技術研究.pdf

1、鑄造是裝備制造的基礎性手段。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，隨著疊層制造技術的快速發(fā)展，基于疊層制造思想的砂模制作/造型技術與設備正在成為國際業(yè)界的研究熱點，并逐步得到推廣和應用。層疊制造亦稱3D打印。采用3D打印思想的砂模造型技術可以實現(xiàn)砂模的設計、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效率，提高鑄

2、件產品精度，改善工人勞動強度和工作環(huán)境，將會給鑄造業(yè)的未來發(fā)展帶來深遠影響。
　　為從根本上提升我國鑄造業(yè)的技術水平，推動我國高端制造業(yè)的長遠發(fā)展，在我國某國有大型企業(yè)重點攻關課題支持下，我們開展了砂模打印機設計原理及其關鍵技術研究，研制我國具有自主知識產權的砂模打印設備。
　　本文主要工作及創(chuàng)新點如下：
　?。?）在現(xiàn)狀調研與分析基礎上，對砂模打印機的增材制造工作原理及砂模疊層造型工作過程進行了深入研究。根據(jù)粘結劑、

3、固化劑與原砂的選擇性結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上，提出砂模打印設備的系統(tǒng)架構。分析了砂模打印的水平掃描運動模式，相應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，提出相應的誤差控制方案。
　?。?）為避免成型砂模中粘結劑/固化劑過量問題引發(fā)的鑄件質量缺陷，建立了微滴噴射關系模型，得出粘結劑/固化劑含量公式。在此基礎上，為控制粘結劑/固化劑含量，提出造型材料改進、成型原理及工藝

4、改進、噴嘴結構改進和優(yōu)化等三種解決途徑。為保障砂模造型精度，對噴嘴射流過程進行了動力學仿真分析。
　　（3）為精確控制粘結劑/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系模型，在此基礎上進行噴射機構的概念方案設計。提出了濕砂回收再用的系統(tǒng)設計方法，建立了預測砂模固化時間的動態(tài)余量分析圖法，基于粉體動力學進行了砂料噴射系統(tǒng)的機構參數(shù)設計。
　?。?）分析了砂模打印過程中的落料飛行過程，建立了噴嘴響應時間和