一种基于内置拉紧结构的3D打印砂型增强铸造方法与流程

本发明涉及增材制造与铸造工艺，具体为一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法。

背景技术：

1、随着3d打印增材制造技术在铸造领域的深度普及，喷墨树脂粘结式砂型打印技术可实现复杂铸型一体化快速成型。其中，裸浇工艺凭借无需填箱、埋箱的作业优势，省去模具制造、填砂紧实等多道工序，显著缩短铸件研发周期，降低单件小批量生产的成本，在精密铸造领域具备突出应用价值。

2、但目前裸浇工艺的应用，严重受制于3d打印树脂砂型的高温力学性能衰减缺陷。金属液充型过程中，砂型内部树脂粘结剂受高温辐射热解，造成砂型整体刚度与强度急剧下降，衍生多项技术瓶颈，极大限制了工艺适用范围。其一，工艺承载能力有限，常规3d打印砂型裸浇工艺仅适配300kg以下小型铸件，无法满足300kg-800kg中大型铸件的生产需求。其二，铸件成型质量差，中型铸件浇注时，砂型在金属液静压力作用下易产生弹性变形、开裂问题，引发铸件涨箱、毫米级尺寸超差、缩松缺陷加剧等问题，严重时还会出现跑火安全事故。其三，结构容错率低，带悬臂、薄壁的复杂脆弱砂型缺乏有效内部支撑，转运、翻转及浇注冲击过程中易断裂损坏。其四，排气性能不足，传统加固方式易堵塞砂型孔隙，导致树脂燃烧废气、型腔气隙无法快速排出，铸件气孔缺陷率居高不下。其五，加固方式灵活性差，无模块化、可变刚度加固策略，无法根据铸件重量、结构风险等级适配调整砂型力学性能。

3、综上，当前裸浇工艺存在诸多技术短板，行业亟需一种兼顾高温刚度维持、结构强度补强与排气性能优化的系统化解决方案。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，以解决现有技术中砂型承载力不足、易变形开裂、排气受阻及加固模式单一的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，包括：

4、在砂型cad设计阶段，通过铸造模拟分析确定砂型最大热应力轴线及结构薄弱区，沿所述最大热应力轴线及结构薄弱区设计至少一条贯穿砂型本体的增强通道，所述增强通道随砂型一体3d打印成型；

5、根据铸件重量等级与砂型结构特征，选择性执行刚度优先增强模式、强度优先增强模式或复合增强模式，完成3d打印砂型增强铸造工作；

6、其中，所述刚度优先增强模式为：清理增强通道内浮砂后，向增强通道内部植入刚性支撑套件，所述刚性支撑套件外壁与通道内壁形成间隙配合或过渡配合；

7、所述强度优先增强模式为：向增强通道内部贯穿装配长条形张紧件，在砂型两端端面装配预紧调节组件，通过预紧调节组件对张紧件施加轴向压力，使砂型本体处于受压预应力状态；

8、所述复合增强模式为：依次执行刚性支撑套件植入、长条形张紧件贯穿及轴向预紧锁固操作，形成外撑内拉的复合增强结构。

9、优选的，所述刚性支撑套件的外径较增强通道的内径小1mm～2mm，使刚性支撑套件与增强通道之间形成环形排气间隙，所述环形排气间隙构成型腔与大气连通的排气微气道。

10、优选的，所述预紧调节组件包括承压垫片、预紧调节螺母及弹性储能元件，所述弹性储能元件装配于承压垫片与砂型端面之间。

11、进一步的，所述弹性储能元件为碟形弹簧垫圈，所述弹性储能元件用于补偿砂型高温热塑性收缩，维持浇注全过程的恒定锁紧力。

12、更进一步的，浇注温度范围为1350℃-1430℃。

13、优选的，所述增强通道的截面形状为圆形、方形或多边形中的任意一种，且增强通道直径不超过砂型对应位置截面尺寸的50%。

14、优选的，所述刚性支撑套件采用金属管材、碳纤维管材或耐高温工程塑料材质制备而成。

15、优选的，所述长条形张紧件为全螺纹螺杆，采用对称分次拧紧的方式施加轴向预紧力，用于保证砂型受力均匀。

16、优选的，所述增强通道采用压缩空气或清刷工具清理内壁浮砂，用于保留通道内壁粗糙界面。

17、优选的，所述刚性支撑套件的长度较砂型总长小5-20mm，为轴向预紧锁固预留压缩余量。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

19、本发明提供了一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，通过在砂型内部预设一体化打印成型的增强通道，并匹配可灵活切换的模块化增强模式，引入内部预应力结构将砂型构建为受压连续体，大幅提升砂型抗弯截面模量，有效突破了传统3d打印砂型裸浇工艺的承载力瓶颈，将裸浇工艺适配铸件重量上限从300kg提升至800kg级以上，实现了中大型铸件裸浇规模化生产的技术突破。

20、进一步的，本发明依托轴向预紧施压结构形成稳定的预应力体系，能够主动抵抗并补偿金属液凝固过程产生的静水压力，从根源上抑制树脂砂高温环境下的退让性形变，杜绝砂型变形开裂、铸件涨箱问题，大幅降低铸件尺寸超差、缩松等缺陷的废品率，有效保障铸件成型精度。本方案摒弃了传统加固结构易堵塞砂型排气孔隙的弊端，依托刚性支撑套件与增强通道的装配公差构建天然排气通道，在实现砂型力学性能强化的同时，保障型腔内部树脂热解气体与型腔内气隙快速排出，实现结构补强与排气优化的协同增效。

21、进一步的，本发明采用积木式模块化加固策略，可根据铸件重量等级、整体型腔结构及局部薄弱悬臂结构的风险特征，灵活选用刚度优先、强度优先或复合增强模式，精准适配不同工况的生产需求，极大提升了3d打印砂型裸浇工艺的场景适配性与通用性能。

1.一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述刚性支撑套件的外径较增强通道的内径小1mm～2mm，使刚性支撑套件与增强通道之间形成环形排气间隙，所述环形排气间隙构成型腔与大气连通的排气微气道。

3.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述预紧调节组件包括承压垫片、预紧调节螺母及弹性储能元件，所述弹性储能元件装配于承压垫片与砂型端面之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述弹性储能元件为碟形弹簧垫圈，所述弹性储能元件用于补偿砂型高温热塑性收缩，维持浇注全过程的恒定锁紧力。

5.根据权利要求4所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，浇注温度范围为1350℃-1430℃。

6.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述增强通道的截面形状为圆形、方形或多边形中的任意一种，且增强通道直径不超过砂型对应位置截面尺寸的50%。

7.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述刚性支撑套件采用金属管材、碳纤维管材或耐高温工程塑料材质制备而成。

8.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述长条形张紧件为全螺纹螺杆，采用对称分次拧紧的方式施加轴向预紧力，用于保证砂型受力均匀。

9.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述增强通道采用压缩空气或清刷工具清理内壁浮砂，用于保留通道内壁粗糙界面。

10.根据权利要求1所述的一种基于内置拉紧结构的3d打印砂型增强铸造方法，其特征在于，所述刚性支撑套件的长度较砂型总长小5-20mm，为轴向预紧锁固预留压缩余量。