談到3D打印用于鑄造業(yè)，通常用的兩種技術(shù)一種是通過3D打印來制造鑄造的熔模母模，一種是通過3DP技術(shù)或SLS技術(shù)直接打印砂型。而通過3DP技術(shù)或SLS技術(shù)直接打印砂型直觀的好處包括，一是可以用來打印非常復(fù)雜的組件；二是可以用來打印拓撲優(yōu)化的“另類”設(shè)計，這樣的設(shè)計通常與我們習(xí)以為常的設(shè)計在外觀上有著明顯的差別。不過，除了這二者，我們?nèi)菀缀雎缘囊粋�應(yīng)用是，通過3DP技術(shù)或SLS技術(shù)打印部分砂型，再將這些砂型與傳統(tǒng)制造的砂型組合起來。本期，與網(wǎng)友一起來看國內(nèi)玉柴在3D打印鑄造集成式復(fù)合氣缸蓋的砂芯組中的探索成果。

圖片：3D打印應(yīng)用在發(fā)動機鑄造的不同途徑

     3DP粘接劑噴射3D打印技術(shù)中的3DP顧名思義就是3D printing, 也就是現(xiàn)今3D打印技術(shù)的名稱來源。3DP工作原理是，先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來的零件。3DP技術(shù)可以用來打印均勻顆粒的砂子，從而制造出鑄造所用的砂模。

     SLS工藝將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接。SLS工藝可以用來燒結(jié)覆膜砂，從而制造出鑄造所用的砂模。

     傳統(tǒng)的氣缸蓋一般是個幅板式箱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔由氣道、氣門安裝結(jié)構(gòu)、氣缸蓋螺栓孔柱子、噴油器孔座、氣孔柱子及這些結(jié)構(gòu)周圍的水套空腔組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造困難。發(fā)動機工作時水套空腔充滿冷卻液，對氣門及氣門座圈、氣缸蓋底板進行必要的冷卻，其鑄造方法通常是側(cè)鑄或平鑄。

     廣西玉柴在鑄造集成式復(fù)合氣缸蓋的砂芯組方面進行了積極的探索，成功鑄造出零件復(fù)雜程度高的集成式復(fù)合氣缸蓋。集成式復(fù)合氣缸蓋的復(fù)雜性包括進排氣道、噴油器安裝孔、缸蓋上水套、缸蓋下水套、氣缸孔、缸孔水套和凸輪挺桿孔。

砂芯組用來成型集成式復(fù)合氣缸蓋鑄件，砂芯組包括：

     臨時砂芯組，其由一體式底盤砂型、前砂型、后砂型、右砂型、凸輪挺桿砂型和左砂型組裝而成，一體式底盤砂型上集成有氣缸孔的缸孔成型部；

缸孔水套砂型，其組裝在臨時砂芯組上，缸孔水套砂型豎直放置，缸孔水套砂型與氣缸孔的缸孔成型部之間的間隙可調(diào)整；組合砂型，其包括缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型，組合砂型組裝在缸孔水套砂型上；蓋盤砂型，蓋盤砂型與前砂型、后砂型、右砂型和左砂型共同用于成型集成式復(fù)合氣缸蓋的頂面和四圍形狀；澆系砂型，澆系砂型包括：直澆道，其豎立設(shè)置，直澆道的上端具有澆口杯，直澆道位于集成式復(fù)合氣缸蓋鑄件的長度方向的一側(cè)，直澆道的下段部分形成于前砂型內(nèi)部，直澆道的上段部分由澆注砂型提供；

    主橫澆道，其兩端設(shè)置有濾網(wǎng)，直澆道的底端與主橫澆道連通，主橫澆道與集成式復(fù)合氣缸蓋鑄件的寬度方向平行，主橫澆道形成于一體式底盤砂型的前端內(nèi)部；

     兩個分橫澆道，該兩個分橫澆道并列設(shè)置且與集成式復(fù)合氣缸蓋鑄件的長度方向平行，該兩個分橫澆道處于集成式復(fù)合氣缸蓋鑄件的下方的兩側(cè)，兩個分橫澆道的一端分別與主橫澆道的兩端連通，兩個分橫澆道與主橫澆道組成U形狀，兩個分橫澆道的另一端分別設(shè)有集渣包，兩個分橫澆道分別形成于右砂型和左砂型的內(nèi)部；

    若干個L形內(nèi)澆道，其均勻的設(shè)置在兩個分橫澆道的內(nèi)側(cè)，每個L形內(nèi)澆道的出口端為漸縮狀，該若干個L形內(nèi)澆道用來將金屬液導(dǎo)入鑄型中，若干個L形內(nèi)澆道分別形成于右砂型和左砂型的內(nèi)部。

     玉柴的這一技術(shù)特點是通過一體式底盤，四向合型，組合砂型，逐層組芯的方式組裝的整個砂型，使得集成式復(fù)合氣缸蓋的缸孔水套砂型以豎直姿態(tài)(即直列式柴油機缸孔工作狀態(tài))保持在鑄型中，易于獲得壁厚均勻且變形小的缸孔形狀，組合砂型的應(yīng)用集成了多種砂芯，簡化了組型工藝及組型次數(shù)，組型更簡單準確，進排氣道在澆鑄過程中不會上浮，進排氣道壁厚更均勻，氣道性能更優(yōu)。

      具體來說，3D打印在其中發(fā)揮的作用是組合砂型的缸蓋上水套砂型、缸蓋下水套砂型、進氣道砂型和排氣道砂型是由3D打印出來的。

這種組合砂型在金屬鑄造中的優(yōu)勢體現(xiàn)為：

-金屬液一直流動到分橫澆道未端的集渣包，金屬液殘留的細小渣會集到時集渣包內(nèi)。

-金屬液流經(jīng)“八”字型時金屬液的流速由快減慢，達到金屬液快速到達緩速充型的效果，有利于金屬液充型快而平穩(wěn)，不是噴射激進充型，有利于型腔氣排出，鑄件不易產(chǎn)生氣孔的鑄造缺陷。

-金屬液能快速平穩(wěn)進入鑄型，澆鑄時間快，金屬液的最終溫度高，鑄件不易產(chǎn)生冷隔的鑄造缺陷。

- 過濾擋渣效果良好，進入鑄型的金屬液干凈，鑄件不易產(chǎn)生渣眼的鑄造缺陷。以實現(xiàn)充型平穩(wěn)均勻，擋渣效果好，排氣順暢，缸孔水套壁厚均勻，進排氣道澆鑄中不上浮，且進排氣道壁厚均勻、成品率高、出品率高、產(chǎn)品質(zhì)量好。

在本案例中，采用3D打印成型技術(shù)一次成型，能夠精確的保證砂型的形狀尺寸，以及形狀之間的相對位置，能夠保證鑄件的壁厚均勻，特別是進排氣道與缸蓋水套的進排氣道外殼的復(fù)雜形狀相應(yīng)匹配及壁厚的均勻。而且缸蓋上水套、缸蓋下水套、進氣道、排氣道一次精確成型，能夠成功確保進排氣道在澆鑄過程中無上浮，能夠解決各個氣道位置一致性的問題，從而確保氣道參數(shù)良好性。

本文參考專利：

CN106111912A用于鑄造集成式復(fù)合氣缸蓋砂芯組

WO/2016/075521A1:CYLINDER HEAD OF MULTI-CYLINDER ENGINE

US20160138438:CYLINDER HEAD ARRANGEMENT FOR VARIABLE VALVE ACTUATION ROCKER ARM ASSEMBLIES

文章來源：3D科學(xué)谷

(責(zé)任編輯：admin)

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