一种3d打印汽车发动机壳体的铸造方法
阅读说明：本技术 一种3d打印汽车发动机壳体的铸造方法 (Casting method of 3D printing automobile engine shell ) 是由 雷玉翠 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D打印汽车发动机壳体的铸造方法,包括以下步骤：(1)设计汽车发动机壳体和浇铸系统、确定浇铸工艺；(2)根据浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型,模流分析,进行3D打印铸型；(3)对砂型表面涂刷涂料并进行烘干；(4)将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型,合型后采用低压铸造机进行浇铸；(5)待铸件完全冷却后开箱,对铸件进行打磨、抛丸,超声波探伤,得外观光洁的汽车发动机壳体。(The invention discloses a casting method of a 3D printing automobile engine shell, which comprises the following steps: (1) designing an automobile engine shell and a casting system, and determining a casting process; (2) designing a printing sand mold according to a casting system and a casting process, carrying out mold flow analysis, and carrying out 3D printing casting; (3) coating paint on the surface of the sand mold and drying; (4) carrying out mold assembly according to the designed sand mold after polishing and flattening the surface of the sand mold, and casting by adopting a low-pressure casting machine after mold assembly; (5) and opening the box after the casting is completely cooled, and polishing, shot blasting and ultrasonic flaw detection are carried out on the casting to obtain the automobile engine shell with smooth appearance.)
技术领域
本发明涉及铸造工艺技术领域，尤其涉及一种3D打印汽车发动机壳体的铸造方法。
背景技术
汽车发动机壳体具有精密型、轻型化的特征，多呈现结构复杂、壁厚不均、结构镂空等特点,产生内部缺陷风险较大,侧面孔较多且密集,布置冷铁和排气的位置度难度大,影响因素较多，且相互影响，整体设计复杂程度高，传统的铸造工艺无法完成铸造。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了种3D打印汽车发动机壳体的铸造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种3D打印汽车发动机壳体的铸造方法，包括以下步骤：
（1）设计汽车发动机壳体和浇铸系统、确定浇铸工艺；
（2）根据浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型，模流分析，进行3D打印铸型；
（3）对砂型表面涂刷涂料并进行烘干；
（4）将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型，合型后采用低压铸造机进行浇铸；
（5）待铸件完全冷却后开箱，对铸件进行打磨、抛丸，超声波探伤，得外观光洁的汽车发动机壳体。
进一步地，所述步骤（1）包括在三维软件中建模汽车发动机壳体的砂坯体，并预留吃砂量和吊装结构的砂层厚度；并设计相应的浇注系统和冒口系统，再以铸件、浇注系统和冒口系统为刀具，与砂坏体求差。
进一步地，所述步骤（2）的根据汽车发动机壳体的材质，确定3D打印的材料及打印工艺。
进一步地，所述步骤（2）的3D打印铸型通过模流分析软件进行模流分析，优化混合铸型。
进一步地，所述3D打印的材料为100-150目的宝珠砂，所述3D打印的每层打印厚度为0.1-0.3mm、打印速度为2-4m/s。
进一步地，所述步骤（3）的打印砂型包括上砂型、中砂型和下砂型，所述砂型的吃砂量预留40-50mm，涂料层预设0.1-0.3mm，所述上砂型、所述中砂型以及所述下砂型之间均设有多个定位砂锥，所述中砂型的侧面设置合型扣手，所述砂型内腔开设有分隔的排气孔。
进一步地，所述步骤（3）的涂料为水基铸造涂料，涂覆工艺为浸涂工艺。
进一步地，所述步骤（4）的浇铸工艺为温度680-720℃、压力0.5-1.0MPa、保压时间20-40min。
进一步地，所述水基铸造涂料的制备方法包括耐火材料、膨润土、无水碳酸钠、中性水玻璃和水。
本发明的有益效果是：
本发明通过通过3D打印实现无模铸造和柔性生产，降低制造成本，缩短制作周期，通过水基涂料提高砂型强度，将3D打印技术与低压浇铸相结合对新产品的开发试制，成本和周期都得到了很好的控制，并且产品的质量得到了很好的保证。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明3D打印汽车发动机壳体等轴侧示意图。
图2为本发明3D打印汽车发动机壳体实施例1制备出的壳体静应力分析示意图。
图3为本发明3D打印汽车发动机壳体实施例2制备出的壳体静应力分析示意图。
图4为本发明3D打印汽车发动机壳体实施例3制备出的壳体静应力分析示意图。
图5为本发明3D打印汽车发动机壳体实施例4制备出的壳体静应力分析示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～5所示，一种3D打印汽车发动机壳体的铸造方法，包括以下步骤：
（1）设计汽车发动机壳体和浇铸系统，在三维软件中建模汽车发动机壳体的砂坯体，并预留吃砂量和吊装结构的砂层厚度；并设计相应的浇注系统和冒口系统，再以铸件、浇注系统和冒口系统为刀具，与砂坏体求差，确定浇铸工艺；
（2）根据汽车发动机壳体的材质、浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型，以100-150目的宝珠砂为原料，以每层打印厚度为0.1-0.3mm、打印速度为2-4m/s进行3D打印铸型，3D打印铸型通过模流分析软件进行模流分析，优化混合铸型，打印砂型包括上砂型、中砂型和下砂型，所述砂型的吃砂量预留40-50mm，涂料层预设0.1-0.3mm，所述上砂型、所述中砂型以及所述下砂型之间均设有多个定位砂锥，所述中砂型的侧面设置合型扣手，所述砂型内腔开设有分隔的排气孔；
（3）通过浸涂工艺对砂型表面涂刷水基铸造涂料并进行烘干；
（4）将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型，合型后采用低压铸造机进行浇铸，浇铸工艺为温度680-720℃、压力0.5-1.0MPa、保压时间20-40min；
（5）待铸件完全冷却后开箱，对铸件进行打磨、抛丸，超声波探伤，得外观光洁的汽车发动机壳体。
所述水基铸造涂料的制备方法包括耐火材料、膨润土、无水碳酸钠、中性水玻璃和水。
实施例1
本实施例的3D打印汽车发动机壳体的铸造方法，包括以下步骤：
（1）设计汽车发动机壳体和浇铸系统，在三维软件中建模汽车发动机壳体的砂坯体，并预留吃砂量和吊装结构的砂层厚度；并设计相应的浇注系统和冒口系统，再以铸件、浇注系统和冒口系统为刀具，与砂坏体求差，确定浇铸工艺；
（2）根据汽车发动机壳体的材质、浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型，以100目的宝珠砂为原料，以每层打印厚度为0.1mm、打印速度为2m/s进行3D打印铸型，3D打印铸型通过模流分析软件进行模流分析，优化混合铸型，打印砂型包括上砂型、中砂型和下砂型，所述砂型的吃砂量预留40mm，涂料层预设0.3mm，所述上砂型、所述中砂型以及所述下砂型之间均设有多个定位砂锥，所述中砂型的侧面设置合型扣手，所述砂型内腔开设有分隔的排气孔；
（3）通过浸涂工艺对砂型表面涂刷水基铸造涂料并进行烘干；
（4）将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型，合型后采用低压铸造机进行浇铸，浇铸工艺为温度680℃、压力0.5MPa、保压时间20min；
（5）待铸件完全冷却后开箱，对铸件进行打磨、抛丸，超声波探伤，得外观光洁的汽车发动机壳体。
实施例2
本实施例的3D打印汽车发动机壳体的铸造方法，包括以下步骤：
（1）设计汽车发动机壳体和浇铸系统，在三维软件中建模汽车发动机壳体的砂坯体，并预留吃砂量和吊装结构的砂层厚度；并设计相应的浇注系统和冒口系统，再以铸件、浇注系统和冒口系统为刀具，与砂坏体求差，确定浇铸工艺；
（2）根据汽车发动机壳体的材质、浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型，以100目的宝珠砂为原料，以每层打印厚度为0.3mm、打印速度为2m/s进行3D打印铸型，3D打印铸型通过模流分析软件进行模流分析，优化混合铸型，打印砂型包括上砂型、中砂型和下砂型，所述砂型的吃砂量预留50mm，涂料层预设0.2mm，所述上砂型、所述中砂型以及所述下砂型之间均设有多个定位砂锥，所述中砂型的侧面设置合型扣手，所述砂型内腔开设有分隔的排气孔；
（3）通过浸涂工艺对砂型表面涂刷水基铸造涂料并进行烘干；
（4）将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型，合型后采用低压铸造机进行浇铸，浇铸工艺为温度720℃、压力0.5MPa、保压时间40min；
（5）待铸件完全冷却后开箱，对铸件进行打磨、抛丸，超声波探伤，得外观光洁的汽车发动机壳体。
实施例3
本实施例的3D打印汽车发动机壳体的铸造方法，包括以下步骤：
（1）设计汽车发动机壳体和浇铸系统，在三维软件中建模汽车发动机壳体的砂坯体，并预留吃砂量和吊装结构的砂层厚度；并设计相应的浇注系统和冒口系统，再以铸件、浇注系统和冒口系统为刀具，与砂坏体求差，确定浇铸工艺；
（2）根据汽车发动机壳体的材质、浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型，以150目的宝珠砂为原料，以每层打印厚度为0.1mm、打印速度为4m/s进行3D打印铸型，3D打印铸型通过模流分析软件进行模流分析，优化混合铸型，打印砂型包括上砂型、中砂型和下砂型，所述砂型的吃砂量预留40mm，涂料层预设0.1mm，所述上砂型、所述中砂型以及所述下砂型之间均设有多个定位砂锥，所述中砂型的侧面设置合型扣手，所述砂型内腔开设有分隔的排气孔；
（3）通过浸涂工艺对砂型表面涂刷水基铸造涂料并进行烘干；
（4）将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型，合型后采用低压铸造机进行浇铸，浇铸工艺为温度720℃、压力0.5MPa、保压时间40min；
（5）待铸件完全冷却后开箱，对铸件进行打磨、抛丸，超声波探伤，得外观光洁的汽车发动机壳体。
实施例4
本实施例的3D打印汽车发动机壳体的铸造方法，包括以下步骤：
（1）设计汽车发动机壳体和浇铸系统，在三维软件中建模汽车发动机壳体的砂坯体，并预留吃砂量和吊装结构的砂层厚度；并设计相应的浇注系统和冒口系统，再以铸件、浇注系统和冒口系统为刀具，与砂坏体求差，确定浇铸工艺；
（2）根据汽车发动机壳体的材质、浇铸系统和浇铸工艺设计打印砂型，以150目的宝珠砂为原料，以每层打印厚度为0.3mm、打印速度为4m/s进行3D打印铸型，3D打印铸型通过模流分析软件进行模流分析，优化混合铸型，打印砂型包括上砂型、中砂型和下砂型，所述砂型的吃砂量预留50mm，涂料层预设0.1mm，所述上砂型、所述中砂型以及所述下砂型之间均设有多个定位砂锥，所述中砂型的侧面设置合型扣手，所述砂型内腔开设有分隔的排气孔；
（3）通过浸涂工艺对砂型表面涂刷水基铸造涂料并进行烘干；
（4）将砂型表面修磨平整后按照设计的砂型进行合型，合型后采用低压铸造机进行浇铸，浇铸工艺为温度720℃、压力1.0MPa、保压时间40min；
（5）待铸件完全冷却后开箱，对铸件进行打磨、抛丸，超声波探伤，得外观光洁的汽车发动机壳体。
将实施例1～4制备的汽车发动机壳体进行静应力分析,在不同的浇铸工艺下制备出同一种汽车发动机壳体，依次对各实施例制备出的汽车发动机壳体进行性能测试，得到最优浇铸工艺。
表1各实施例制备出的汽车发动机壳体性能测试结果
将实施例1～4制备出的汽车发动机壳体进行性能对比，其中实施例1的性能最优异，这是因为实施例1的物料比、浇铸工艺最优，同时实施例2～4的性能差异较小，也从侧面反应了本申请的技术方案的可行性。
将实施例1与实施例2进行性能对比，可以看出浇铸工艺中温度的变化对壳体形变位移会产生巨大影响，在低压铸造中，使用低温浇铸有助于箱体内原子基团迅速成长为稳定结晶核心，进而产生大量的异质形核，使箱体内含有大量的细小等轴晶，有效提高箱体的综合力学性能，具有良好的抗形变效果，同时从实施例2～4的形变位移量升高来看，浇铸工艺中温度的升高的确会使得壳体发生形变位移。
实施例1、3与实施例2、4进行性能对比，其中3D打印的厚度与3D打印的速度对壳体的形变位移影响不大,但是对壳体的表面粗糙程度影响较大，致密的打印厚度有效减少了砂型与壳体之间的粘附性，进而减少气孔、毛刺等瑕疵的产生，提高壳体表面光洁程度；实施例4表面粗糙程度远大于实施例1～3，其原因在于铸造工艺中实施例4的结晶压力大于其他实施例，结晶压力大，有利于壳体铸件补缩，提高壳体致密性，但是过大的结晶压力还会导致壳体与砂型之间发生粘砂、涨砂等问题，进而导致壳体表面粗糙度不高。
实施例1、2与实施例3、4进行性能对比，可以看出使用不同规格目数的宝珠砂对箱体的形变位移影响较大，由于实施例3、4内的宝珠砂目数较细，相较于实施例1、2，其内部颗粒之间更容易发生颗粒集中，进而会在高温下发生热膨胀、裂纹等问题，而实施例1、2采用粗砂，既可以降低粘合剂、树脂等助剂的使用量，又能减少覆膜砂的散气效果，使制备出的壳体具有良好的稳定性和抗形变强度；同时实施例1、2内使用的涂料涂层厚度高于实施例3、4，在金属型壳体低压铸造中，涂料的运用可以有效提高壳体的表面耐热性、化学稳定性和抗粘砂性，由此可见实施例1、2制备出的壳体的形变位移量要小于实施例3、4，而实施例1的形变位移量应当最小。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范。