基于3D打印的某型柴油机缸盖铸造成型工艺.pdf

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1、ProductionTechniques生产技术基于3D打印的某型柴油机缸盖铸造成型工艺1112付岳楼，郭敏，卫蓉,田永维(1.陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平713105；2.海军驻兴平地区军事代表室，陕西兴平713105）摘要：介绍了某型船用柴油机缸盖采用3D打印砂芯的铸造成型过程，结合3D打印技术优势对复杂的型芯进行整合，并设计专用的排气孔、冷铁孔、坭条槽、定位等装置，减少了铸件皮缝数量，提高了铸件表面品质和尺寸精度。关键词：3D打印；砂芯；铸造工艺中图分类号：TG242.7；文献标识码：A；文章编号:1006-9658（2017）05-0031-03DOI：10.3969/j.i

2、ssn.1006-9658.2017.05.010目前，铸造生产中适合3D打印的材料发展已经比较全面，其中金属、塑料、陶瓷、砂是最为常用的增材制造材料。3D打印不仅能够实现铸件的直接打印，更为成熟和广泛地应用在铸造用型芯的无模化3D打印，即型芯3D打印快速成型技术。该技术由于原材料价格相对较低（原材料为硅砂、树脂、固化剂），成型方法相对简单（只需喷射粘结剂，无需烧结处理），目前技术已比较成熟，几乎可间接地生产任何复杂形状的铸件，已被广泛地应用于铸铁[1]件、铸铝件、铸铜件的生产。本文结合我公司某型图1缸盖剖面图柴油机缸盖应用3D打印型芯的铸造成型过程，重点介绍了3D打印型芯设计特点、优势

3、及与传统树2铸造工艺简介脂砂型芯的区别。柴油机缸盖爆发面为重要工作面，品质要求高，故采用爆发面向下，配合半开放底注式浇注系1铸件简介统[2]（∑F∶∑F∶∑F=1∶1.6∶1.2），内浇口内横直某型缸盖是该型柴油机上关键零部件之一，是截面尺寸：8×φ14（mm）；横浇口截面尺寸：39×50一个由平面和孔系组成的复杂腔体类铸件，结构紧（mm）；直浇口截面尺寸：φ60mm。并在横浇道前凑、要素集中，内部布置有进排气道、冷却水腔、喷端设置100mm×100mm×18mm的蜂窝形陶瓷油器孔、滑油道、缸盖螺栓孔、弹簧座孔等，结构非过滤网片，后段设置集渣凸台，减少爆发面夹杂、气常复杂（见图1）。材质

4、为铬镍钼合金铸铁，抗拉强孔等缺陷。经仿真计算，在顶面布置两个直径φ90度230~320MPa，硬度200~240HB，毛坯质量120mm冒口，冒口径为φ40mm。爆发面布置9个平kg，内腔主要壁厚mm，一般尺寸公差要求为面冷铁，厚度25mm，见图2。DIN1686-GTB15级，水腔、滑油腔水压试验压力分别为0.6MPa和0.8MPa，保压15min。收稿日期:2017-05-05稿件编号:1705-1776作者简介：付岳楼(1985—），工程师，主要从事铸造生产工艺的设计图2三维铸造工艺图和开发工作.中国铸造装备与技术5∕201731生产技术ProductionTechniques33

5、D打印砂芯设计要排气的部位设计各种尺寸的随形排气通道，直接型芯3D打印的成型原理是根据打印精度，先打印出排气孔。逐层在整个打印工作面铺上预混固化剂的原砂，再在有型芯的部位喷涂树脂进行固化，重复此过程，直至形成整个砂芯，最后清理掉没有粘接的砂粒，得到[3]需要的砂芯。所以在型芯分割设计时，为提高后期砂芯装配精度，不但要尽量减少型芯数量，还必须考虑清砂过程，保证没有粘接的砂粒能够顺利清出。3.1砂芯分割设计由于该型缸盖结构紧凑，内腔主要壁厚只有5（a）浇注系统砂芯（b）进排气道砂芯（c）螺杆孔砂芯[4,5]mm，综合考虑清砂、涂料及装配工艺需求，砂芯图5砂芯三维图分割为上下水套砂芯各1个，均

6、与外皮砂芯相连（见图3）；上下盖板砂芯各1个，其中下盖板芯带冷铁孔（见图4.a），上盖板芯带冒口和挺柱孔及高压油孔芯相连（见图4.b）；浇注系统砂芯1个（见图5.a），进排气道芯各1个（见图5.b）、螺栓孔砂芯8个（见图5.c），共15个砂芯组成，装配图如图6。图6砂芯装配三维图该型缸盖排气工艺设计，主要考虑了浇注过程中被铁液完全包裹的进排气道和各种孔系砂芯的排气，其中进排气道芯从芯头向内随行设置4个φ10mm的排气孔（见图7.a），再通过上水套砂芯间（a）上水套砂芯（b）下水套砂芯的凹槽（见图7.b）引出型腔。其它孔系芯通过在中图3砂芯三维图心设置φ3~5mm的排气孔引至上盖板预留的排

7、气孔（见图5.c、图6）进行排气。（a）排气道砂芯排气孔（b）上水套砂芯引气凹槽（a）下盖板砂芯（b）上盖板砂芯图7进排气道砂芯排气设计图4砂芯三维图3.3冷铁、冒口设计3.2砂芯排气设计由于3D打印型芯工艺的特殊性,冷铁不能3D打印砂芯所用粘接剂（呋喃或酚醛树脂）和直接和砂芯打印成型,只能在砂芯上预留冷铁孔，传统铸造相似，在浇注过程中受热不可避免地会产打印完成后把冷铁镶入预留的冷铁孔中（见图4.a、生气体，所以也需考虑砂芯排气。不