3D打印多段砂芯与铁芯头的精确复合定位方法与流程

本发明属于铸造成形方法，涉及3d打印多段砂芯与铁芯头的精确复合定位方法。

背景技术：

1、对于具有高内腔尺寸精度公差、高内腔形位公差质量要求，同时追求最小结构重量的复杂悬臂整体轻合金铸件，通常采用手工金属芯盒制作砂芯，由于手工制作砂芯的紧实度不一致，操作过程中因内腔结构复杂，摆放冷铁导致有些部位砂芯没有充实，进而会导致该部位出现松散、孔洞等问题。因此，采用手工金属芯盒制造砂芯，铸件内腔公差等级一般仅能达到ct9～ct11，难以满足复杂型腔结构件(如曲线型面、多筋多凸台结构件)的高尺寸公差精度的质量要求。

2、3d打印砂芯就是直接将三维模型快速地转变为三维实体，与砂芯的复杂性无关，3d打印砂芯成型的型腔可以少切削或无切削。它不仅适用于各种复杂零件、合金的铸造，而且生产出的大型铸件尺寸的精度比其它铸造方法要高，铸造的轻合金铸件的尺寸公差等级可达ct4～ct6，另外可以成形其它铸造方法难以铸得的内腔尺寸公差精度要求高、多筋多凸台不易加工、内部质量要求高的铸件。但是3d打印砂芯由于受到设备高度的限制及打印工艺的限制，对于砂芯高度过高及复杂悬臂铸件的砂芯，需要分段来打印，3d打印砂芯之间的定位只能靠凸砂芯头与凹砂芯头进行定位，而该定位方法一般对于多段砂型组合的内腔形位公差控制在0.5mm；对于复杂悬臂铸件，由于重力点不在铸件中心，因此芯头要承受剪切力，再加上芯头之间有间隙，因此会出现：(1)芯头无法承受剪切力而断裂；(2)由于芯头之间有间隙而无法保证悬臂砂芯之间的铸件壁厚精度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种3d打印多段砂芯与铁芯头的精确复合定位方法，解决了多段3d打印砂芯组装形成的内腔整体形位公差精度低的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、3d打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，具体按照以下步骤实施：

4、步骤1、设计砂芯分段工艺并在每段砂芯上设置用于连接各段的梯形粗内螺纹孔；

5、步骤2、根据步骤1设计的梯形粗内螺纹孔，设计与之配合的凸铁芯头、凹铁芯头及凸、凹铁芯头的梯形粗外螺纹；

6、步骤3、3d打印带有内螺纹的砂芯，机加工凸、凹铁芯头及凸、凹铁芯头的梯形粗外螺纹，机加工冷铁；

7、步骤4、将各段砂芯和与其对应的冷铁、凸铁芯头、凹铁芯头进行组装；

8、步骤5、对步骤4组装好的各段砂芯涂刷涂料并进行烘烤；

9、步骤6、利用凸铁芯头、凹铁芯头将步骤5烘烤后的各段砂芯进行组装。

10、本发明的特点还在于：

11、步骤1中的梯形粗内螺纹孔的具体规格为：螺距10mm～25mm，大径比隔板上的孔小5mm～10mm，小径比大径小10mm～30mm，角度30°～60°，长度60mm～150mm。

12、凸铁芯头与凹铁芯头之间的配合为间隙配合，凸、凹铁芯头直径方向的单边间隙0.1mm，高度方向过盈0.1mm；螺纹与螺纹之间是过盈配合且过盈0.05mm。

13、凸、凹铁芯头的梯形粗外螺纹的长度比3d打印砂芯的梯形粗内螺纹孔的长度短5mm～10mm。

14、步骤5中的烘烤温度为150℃～200℃，烘烤时间为2小时～4小时。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明方法在3d打印的多段砂芯上设置梯形粗内螺纹孔，然后设计了与之配合的凹、凸铁芯头及凹、凸铁芯头粗外螺纹，通过内螺纹孔与外螺纹的过盈配合实现砂芯与凹、凸铁芯头的装配，通过凹铁芯头与凸铁芯头的间隙配合实现多段铁芯头之间的装配，进而完成多个砂芯的组装。本发明方法通过3d打印砂芯直接提高了本段砂芯的尺寸公差精度和形位公差精度，又通过螺纹将砂芯与铁芯头精确地连接一体，再通过高精度的凸凹铁芯头将多段3d打印砂芯精确配装成整体，提高了多段3d打印砂芯的整体形位公差精度，保证了铸件整个内腔不加工情况下的高尺寸公差精度、高形位公差精度。

技术特征：

1.3d打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的3d打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，其特征在于，步骤1中的梯形粗内螺纹孔的具体规格为：螺距10mm～25mm，大径比隔板上的孔小5mm～10mm，小径比大径小10mm～30mm，角度30°～60°，长度60mm～150mm。

3.根据权利要求1所述的3d打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，其特征在于，凸铁芯头与凹铁芯头之间的配合为间隙配合，凸、凹铁芯头直径方向的单边间隙0.1mm，高度方向过盈0.1mm；螺纹与螺纹之间是过盈配合且过盈0.05mm。

4.根据权利要求1所述的3d打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，其特征在于，凸、凹铁芯头的梯形粗外螺纹的长度比3d打印砂芯的梯形粗内螺纹孔的长度短5mm～10mm。

5.根据权利要求1所述的3d打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，其特征在于，步骤5中的烘烤温度为150℃～200℃，烘烤时间为2小时～4小时。

技术总结本发明公开了3D打印多段砂芯与铁芯头精确复合定位方法，包括：步骤1、设计砂芯分段工艺并在每段砂芯上设置用于连接各段的梯形粗内螺纹孔；步骤2、根据步骤1设计的梯形粗内螺纹孔，设计与之配合的凸铁芯头、凹铁芯头及凸、凹铁芯头的梯形粗外螺纹；步骤3、3D打印带有内螺纹的砂芯，机加工凸、凹铁芯头，机加工冷铁；步骤4、将各段砂芯和与其对应的冷铁、凸铁芯头、凹铁芯头进行组装；步骤5、对步骤4组装好的各段砂芯涂刷涂料并进行烘烤；步骤6、利用凸铁芯头、凹铁芯头将步骤5烘烤后的各段砂芯进行组装。本发明方法解决了多段3D打印砂芯组装形成的内腔整体形位公差精度低的问题。技术研发人员：赵拴勃,范玉虎,闫亮亮,薛帅,李永科,李军,佘瑞平,张海亮,千斌,韩璇受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第十二研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5