大型卧加床身3D打印的工艺研究.pdf
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1、现代铸铁 圆园24/1收稿日期:2023-08-28修订日期:2024-01-29作者简介:郭新光(1976.11),男,青海平安人,高级工程师,主要从事铸造生产和管理工作。大型卧加床身 3D 打印的工艺研究郭新光,李岩(共享装备股份有限公司,宁夏银川750021)摘要:介绍了大型卧加机床铸件的结构及技术要求,针对采用传统木模手工造型工艺存在的问题进行工艺改进,通过采用木模底板+3D 打印砂芯的工艺,解决了铸件的夹砂及尺寸稳定性差等问题。最后指出:(1)采用 3D 打印方式生产砂芯,可以优化砂芯数量,解决手工砂芯分型带来的不易固定问题,有效避免下芯过程的夹砂问题,从而保证铸件质量问题;(2)采
2、用 4 m 打印机“横向切片”工艺,可以进一步优化砂芯数量,提高铸件质量和生产效率,降低铸造过程的操作难度,提高清理效率,降低清理成本。关键词:灰铸铁;床身;3D 打印中图分类号:TG251文献标志码:B文章编号:员园园猿原愿猿源缘(圆园24)园1原园园38原05Investigation on 3D-printing Technology of Large Scale Horizontal Machine Tool Bed CastingGUO Xin-guang,LI Yan(Kocel Machinery Co.,Ltd.,Yinchuan750021,China)Abstract:Th
3、e casting structure of a large scale horizontal machine tool bed was introduced.The problems existing withtraditional wood pattern manual molding process was improved.By using wood pattern plate+3D-printing sand cores,theproblems such as sand inclusion,poor dimensions stability was solved.Finally it
4、 was pointed out:(1)Using 3D-printingprocess to produce sand cores could optimize sand cores quantity,solve the difficult mold parting problem with manual sandcores,effectively avoid sand inclusion in cores setting process,and thereby ensure casting quality.(2)Using 4 m printing machinehorizontal sl
5、ice process could further optimize cores quantity,elevate casting quality and production efficiency,reduced operationdifficulty in casting process,elevated cleaning efficiency,reduced cleaning cost.Key words:gray iron;machine tool bed;3D-printing笔者公司生产的大型卧加床身铸件的材料牌号为 HT300,铸件质量 5 060 kg,铸件外形尺寸 4 269
6、 mm伊3 176 mm伊1 177mm,铸件主要壁厚20 mm,最大壁厚 104 mm,最小壁厚 20 mm,铸件结构如图 1 所示。该铸件尺寸要求较高,横纵导轨必须垂直,铸件不得变形,要求加工面不得有夹砂、气孔、夹渣及缩松等缺陷,导轨硬度必须大于 180 HB,不允许出现组织疏松、硬度不合格等质量问题,其他外观面不得有较明显的砂眼、粘砂以及鼓包等影响外观质量的缺陷。同时,随着客户处无人加工中心的推广使用,对于该铸件的尺寸稳定性提出了更高的要求。1原工艺及铸件质量问题1.1木模工艺方案原工艺采用传统木模手工造型,工艺设计分为上、下两型,28 个木模芯盒,44 块砂芯,其中11块粘芯和 4 块
7、标芯。采用底返式浇注系统,内浇道由底面引入1-4。浇注系统各组元的比例为 撞F直:撞F横:撞F内 1:撞F内 2=1:1.78:0.86:1.75,直浇道100mm、横浇道(60+80)mm伊100 mm,内浇道35mm 变50 mm,共 7 个。采用 14 个尺寸为R100mm 的球冒口,无冷铁,具体工艺如图 2 所示。1.2典型质量问题传统木模工艺生产的铸件典型缺陷为夹砂铸造工艺Casting Method38圆园24/1现代铸铁(a)(b)图 猿大端排泄槽夹砂缺陷图Fig.猿Sand inclusion defect in discharging grooveat large end缺陷
8、,此铸件也不例外。砂芯数量多,中间部分结构单薄,分芯接触面较多,合箱下芯过程中容易掉砂,掉砂后无法发现清理导致铸件夹砂,铸件焊补率在 50%以上,增加了后序清理效率及返修成本,大端排泄槽夹砂尤为严重,如图 3 所示。同时,由于是传统的手工铸造,砂芯数量多,因此尺寸稳定性比较差,各铸件之间的尺寸变化大,在客户处使用无人加工中心加工时,会发生由尺寸变化导致的机床停机。2木模底板+3D 砂芯工艺2.1木模底板+3D 砂芯工艺采用木模底板+3D 打印砂芯的工艺(如图 4所示),木模底板带出浇注系统和砂芯定位,提供3D 砂芯下芯定位基准,提高铸件尺寸精度。浇注系统各组元的截面积比为 撞F直:撞F横:撞F
9、内=1:1.42:1.6,直浇道的截面尺寸100 mm,横浇道的截面尺寸(120+160)mm伊80 mm,内浇道的截面尺寸40 mm伊10 mm。3D 打印采用的分芯方式为“竖直切片”,共 10 块砂芯、36 块小粘芯。2.2存在问题2.2.1效率方面由于铸件内腔结构单薄,方门小并且数量少,3D 打印砂芯易断裂,报废率高,从而增加成本及(a)图 1铸件结构Fig.1Casting structure(b)(a)浇注系统(b)冒口分布(c)砂芯分布图 圆铸造工艺方案Fig.圆Casting method schemeCasting Method39现代铸铁 圆园24/1影响生产周期。为了减少砂
10、芯断裂报废问题,工艺上在砂芯悬臂处增加支撑拉筋,每个砂芯拉筋数量为 1015 块,合箱前将其割除、补刷涂料、支顶芯撑,合箱效率大幅降低。2.2.2质量方面“竖直切片”的 3D 打印分芯方式存在多处清砂盲点,在清砂工序中散砂未清理干净浸涂后不易发现,从而导致铸件缺肉(如图 5 所示),铸件焊补量大,影响后序清理周期及加大返修成本。2.3改进措施及优势2.3.1改进措施为彻底解决铸件的夹砂问题及合箱效率低的问题,利用笔者公司研制的 4 m 打印机的优势,重新设计工艺。保留木模底板,3D 砂芯采用“横向切片”方式,共 3 个主芯,水平方向分芯,#1芯为底芯,带出两条纵导轨加排泄槽,#2 芯为主芯,带
11、出铸件主体内腔部分,#3 芯为盖芯,如图 6所示。砂芯“横向切片”能有效避免砂芯清砂难、砂芯拉筋数量多的问题,过程操作简单,降低了对工人的技能水平要求,提高了现场生产效率。同时由于 3D 打印砂芯的精度高,表面质量好,组芯过程间隙小,能有效提升铸件质量,保证铸件尺寸稳定性。2.3.2工艺优势(1)效率方面床身铸件的新工艺仍然采用木模底板+3D打印工艺方案,但利用笔者公司研制的 4 m 打印机后,砂芯数量大幅度减少,合箱操作时需要清理每块砂芯拉筋,因此整体合箱效率比较低。工艺改进后,除木模底板以外,3D 砂芯仅 3 个,极大地减少了合箱操作过程中清理拉筋、清砂等工作,提高了合箱效率。同时此工艺生
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