砂型3D打印技术对刹车盘铸造工艺的优化.pdf

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1、Test＆Research试验研究砂型3D打印技术对刹车盘铸造工艺的优化游志勇，张鹏，孙战，蔡来强，张拓(太原理工大学，山西太原030024)摘要：通过比较喷墨砂型3D打印技术铸造工艺和传统砂型铸造工艺生产风道刹车盘的不同，展示喷墨砂型3D打印技术的优点及对铸造工艺的优化。关键词：喷墨砂型3D打印技术；风道刹车盘；铸造工艺；Cre02．0中图分类号：TG242；文献标识码：A；文章编号：1006—9658(2017)02-0011-03D01：10．3969／j．issn．1006—9658．2017．02．0043D打印技术作为近年来热门的

2、高新技术，在铸造行业中已经有了很多的应用，并开发研制m了相关的3D打印产品与服务，主要集中在直接打印金属产品和快速制造铸型方面⋯。本文采用的砂型3D打印技术是3D打印技术在快速制造铸型方面的应用。I零件的结构及铸造要求风道刹车盘的三维效果图如图1所示，材质是HT250，其轮廓尺寸为285mmX285mmX45mm，铸件的金相组织要均匀，外轮廓全都要机加工，精加工后不得有气孑L、缩松、砂眼的任何铸造缺陷。铸造收缩率为1．o％。机械加T余量为：大平板3．5mm，侧面2．5mm，底面2．5mm。r—弋L二j图l风道刹车盘i维效果图收稿}j期：201

3、6—08—29稿件编号：1608—1492作者简介：游志勇(197I--)，男．博L、副教授．主要从事铸造生产l。艺技术研究和教学I：作．中国铸造装备与技术2／2017oFMTII2两种铸造工艺的相同之处图2为两种铸造T艺选择的分型面，该刹车盘水平放置，水平分型，中心采用整体砂芯形成铸件的内部表面及风道。这样放置既可以降低砂箱高度，又方便起模，利于下芯，而且浇注系统设置方便。图3为浇注系统的设计，根据铸件结构、浇注位置和分型面，可选择压边浇r】顶注式浇注系统，并且是封闭式的。该浇注系统的压边浇口的压边缝隙为阻流断面，所有的浇道都能充满，具有良

4、好的挡渣能力，能避免气体卷入，而且节省金属，方便清理。直浇道位于铸件的正上方，两个压边浇口对称分布于铸件上方，压边浇口与铸件由一条缝隙连接。另外，由于本铸件是圆盘件，使用两条中心对称的弧形的内浇道将压边浇口与直浇道相连，这样可以保证铸件两侧对称充型，并使液流环形平稳的流人铸件，减少金属液对型壁的冲击。两个压边浇口还可以起到补缩的作用，防止缩松、缩孑L等缺陷。图2分犁面图3浇注系统试验研究Test＆Research两种铸造I-．-乙FI‘在分型面选择、浇注系统等方面图6、图7分别是Iz模板和下模板。是相同的，但是在其它部分的设计表现出不同。3传

5、统铸造工艺3．1砂芯的设计图4为传统T艺设计的砂芯的■维模型图。砂芯要有良好的透气性，对铸件收缩的可退让性，良好的强度，能承受轻微的冲击和金属液流的冲刷。根据风道刹车盘铸件的结构分析，本次设计的砂芯为整体砂芯，下芯时，整个砂芯利用设置在风道部分位置的水平环形芯头同定在铸型中。网4砂芯3．2模样的设计图5为传统铸造l：艺设计的模样的i维模型图。模样必须具有合适的强度、刚度及足够的尺寸精度和表面质量，这样／j‘能形成满足铸造T艺要求的型腔。本次设计的风道刹车盘铸件，中间的风道部分要使用砂芯才能成型，所以在这个部位设置有芯头，用来将砂芯安装同定在铸

6、型中。图5模样3．3模板的设计模板是将模样、浇冒n系统模与模底板通过螺钉、螺栓、定位销等定位紧I古I件装配成整体的造型一『：具。采用模板造型可以形成精度很高的型腔尺寸，而且操作简单，造型方便，能够提高造型效率。冈6卜模板罔7F模板3．4砂箱的设计砂箱本体材料选择HT250或者是QT400．15，定位紧同装置选用45钢。砂箱轮廓尺寸的确定，主要根据铸件的铸造’1：艺图(或模样)、浇冒口系统的布置，再加上适当的吃砂量来确定：网8为合箱图。将整个的模样放置在合型的砂箱中，表示在传统T艺中，铸型已经准备好浇注。图8合箱罔无论是应用了喷墨砂型3D打印技

7、术的铸造1：艺，还是传统的铸造1：艺，对于零件的前期分析，各种参数的选取和设置，浇注系统的设计等设计过程都是必不可少的，这些过程在两种铸造T艺方案中12CFMT中国铸造装备与技术2／2017Test＆Research试验研究是基本相同的。4应用砂型3D打印技术对传统工艺的优化风道刹车盘属于结构较简单的小型薄壁铸件，没有复杂的曲面结构和特性化的外观，我们可以在计算机三维造型软件卜．直接将七型和下型分别设计m来，然后将模型数据输入砂型3D打印机中整体打印，得到完整的铸型，然后组装合型、浇注、冷却、凝固，就可以得到铸件了。应用砂型3D打印技术设计的

8、上铸型和下铸型。将3D上铸型与3D下铸型组装合型，得到可以用于浇注的整体铸型，如图9。图9合型罔5结论(1)传统工艺需要设计制作模具，生产周期长，生产效率低，对于形