本發(fā)明涉及一種鋁合金艙體鑄件的3d打印砂芯造型方法，特別是涉及航天類一種深腔、高筋條結構的鋁合金鑄件砂芯造型方法。

背景技術：

在航空、航天結構件產品中，有許多大型、薄壁、復雜的鋁合金結構件。鑄件按照hb5480規(guī)定的i類鑄件制造驗收，尺寸精度ct8級，并通過油壓、氣密檢驗，對質量要求很高。

大型艙體結構件內含高筋條、變截面、凸臺等結構，為空間復雜曲面，采用傳統(tǒng)的造型工藝有以下不足：一、模具制作周期長，費用高。傳統(tǒng)造型需要制作木模，周期在一個月以上，對精度高的艙體鑄件需要直接投金屬模具，費用高達十幾萬甚至幾十萬元，往往耗費大量的資金和延長產品研制周期；二、傳統(tǒng)手工造型精度低，定位不易控制，模具變形、組芯間隙大等問題而最終影響了鑄件尺寸；此外，因模具設計中存在拔模，尤其是內腔高深筋條結構(高厚比8:1)的拔模無法去除，最后導致鋁合金鑄件質量嚴重超重。

技術實現要素：

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，一種能夠顯著降低鑄造成本，縮短生產周期，提高鑄件精度并且降低勞動強度大型薄壁復雜鋁合金鑄件的3d打印砂芯造型方法。

本發(fā)明的技術方案是：一種鋁合金鑄件的3d打印砂芯造型方法，包括如下步驟：

1)設計砂芯、冷鐵，每塊冷鐵設計出冷鐵砂芯模型；

2)將步驟1)設計出的砂芯和冷鐵砂芯模型導入到3d打印機中打印成型；

3)應用冷鐵砂芯鑄造冷鐵，清理冷鐵砂芯表面的浮砂，對冷鐵進行修整、附型；

4)清理砂芯表面的浮砂，鑲嵌冷鐵；

5)在造型底板上組芯、量芯，套上圈箱；

6)填背砂，直至造型完成。

在步驟5)造型底板上組芯、量芯之前，對砂芯和冷鐵的鋁液接觸面進行刷涂料處理；并將砂芯放入烘干爐中烘烤后隨爐冷卻。

所述將砂芯放入烘干爐中烘烤時，隨爐升溫至100℃～120℃，并保溫1～2小時。

所述圈箱尺寸大于3d打印砂芯80～200mm。

所背砂為自硬樹脂砂。

所述薄壁鋁合金鑄件壁厚為4mm-10mm，鋁合金鑄件上設計有加強筋，加強筋高度為15mm-30mm。

所述步驟1)中設計砂芯的具體過程為：將薄壁鋁合金鑄件的砂型分割成多個砂芯，對每個砂芯進行三維模型設計。

所述對每個砂芯進行三維模型設計時，對砂芯相互之間的位置進行定位，確保正常裝配，并在砂芯上預留出冷鐵位置和吊裝結構。

本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點是：

本發(fā)明造型方法無模具制作過程，不僅節(jié)省了產品生產周期和模具費用，更進一步避免因模具變形造成產品尺寸和質量偏差。由于砂芯一次打印成型，砂芯定位準確，組芯精度高；設計出的砂芯無拔模斜度，尤其是實現內腔高深筋條結構(高厚比8:1)的無拔模生產，較好的保證鑄件的質量。另外的，本發(fā)明實現冷鐵的3d打印設計與生產。本發(fā)明的造型方法既能夠應用于鋁合金鑄造，又應用于各種黑色金屬鑄造。

附圖說明

圖1是薄壁鋁合金鑄件局部示意圖；圖1a為正視圖，圖1b為側視圖；

圖2是3d打印砂芯某一截面示意圖；

圖3是冷鐵砂芯示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。

一種鋁合金鑄件的3d打印砂芯造型方法，步驟如下：

1)設計3d打印砂芯，如圖1至3所示。根據鑄件圖(圖1a、1b)、工藝圖運用三維設計軟件將大型復雜薄壁鋁合金鑄件的砂型型腔分割成多個砂芯單元(圖2)的三維模型。

更進一步，設計出砂芯相互之間的定位(圖2中砂芯定位結構3)、砂型吊裝結構(圖2中砂型吊裝結構4)和砂芯吊裝結構(圖2中砂芯吊裝結構2)，其中砂芯的吊裝需要專用的吊鉤吊具；

更進一步，根據工藝要求，需在砂芯、砂型對應位置預留出冷鐵位置(圖2中冷鐵預留位置1)；

更進一步，根據預留出的冷鐵位置，設計出三維冷鐵(圖3中冷鐵6)，每塊冷鐵設計出澆注砂型(圖3中冷鐵砂芯5)；

2)根步驟1)設計出的砂芯單元和冷鐵砂芯模型三維模型，將其轉化為stl格式文件導入到3d打印機中，將鑄件砂芯和冷鐵砂芯打印成型；

更進一步，需要根據3d打印設備的最大打印尺寸，對三維模型進行排版，并選取最優(yōu)的打印參數。

3)應用冷鐵砂芯鑄造冷鐵。清理冷鐵砂芯表面的浮砂，刷涂料，制造上箱，澆注；

更進一步，對冷鐵使用面和鑲嵌面進行修整、附型；

4)清理砂芯表面的浮砂，鑲嵌(粘)冷鐵；

5)對砂芯和冷鐵的鋁液接觸面進行刷涂料處理；

6)將砂芯放入烘干爐中，隨爐升溫至100℃～120℃，保溫1～2小時，隨爐冷卻；允許使用噴燈對砂型成型面進行烘烤代替。

7)在造型底板上組芯、測量型腔關鍵尺寸，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。更進一步，背砂為自硬樹脂砂，

綜上所述，本發(fā)明利用砂型3d打印技術實現大型薄壁鋁合金鑄件的造型方法，具有以下有益效果：其中3d打印實現砂芯的一次成型，無需制造模具，節(jié)省成本和提高生產效率；對深腔和高深筋條的大型薄壁鋁合金鑄造來說，3d打印砂芯減少了拔模對鑄件質量的影響，提高了鑄件精度。同時降低勞動強度，綠色環(huán)保，尤其適合多品種、小批量的大型復雜薄壁鋁合金艙體鑄件生產，具有很好的應用前景。

以上實施條例僅是對本發(fā)明進行說明，而非作限制性的概括，本領域普通技術人員在本發(fā)明的發(fā)明構思的指導下，還可以作出很多常規(guī)結構上的修改與替換，這些修改與替換也應當被認為屬于本發(fā)明的保護范圍之中。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明一種鋁合金鑄件的3D打印砂芯造型方法，具體過程為：1)設計砂芯、冷鐵，每塊冷鐵設計出冷鐵砂芯模型；2)將步驟1)設計出的砂芯和冷鐵砂芯模型導入到3D打印機中打印成型；3)應用冷鐵砂芯鑄造冷鐵，清理冷鐵砂芯表面的浮砂，對冷鐵進行修整、附型；4)清理砂芯表面的浮砂，鑲嵌冷鐵；5)在造型底板上組芯、量芯，套上圈箱；6)填背砂，直至造型完成。本發(fā)明造型方法無模具制作過程，不僅節(jié)省了產品生產周期和模具費用，更進一步避免因模具變形造成產品尺寸和質量偏差。本發(fā)明的造型方法既能夠應用于鋁合金鑄造，又應用于各種黑色金屬鑄造。

技術研發(fā)人員：王目孔;孫建新;劉新超;邊毅;張搏;楊鋅
受保護的技術使用者：北京航星機器制造有限公司
技術研發(fā)日：2017.07.21
技術公布日：2017.10.24