优质高效砂型/芯复合成形工艺研究

基于无模铸造精密成形技术提出了一种数字化砂型挤压切削一体化复合成形方法,选取两个典型件作为研究对象,研究了砂型挤压成形数字化建模,优化了切削成形路径;通过实验对比研究了砂型切削成形工艺和砂型挤压/切削复合成形工艺。结果表明,砂型挤压/切削复合成形工艺所获砂型的节砂量约34%～39%,节时约50%～55%,验证了砂型挤压/切削复合成形工艺可作为优质、高效、绿色砂型制造方法。     

粘结剂体系对微喷射粘结成形砂型精度和性能的影响

以水玻璃和碱性酚醛树脂为粘结剂,研究粘结剂体系对微喷射粘结增材制造砂型精度和强度的影响及其机理。测试了不同分层厚度下成形的砂型试样三个轴向尺寸和抗拉强度,利用扫描电镜观察试样微观断口形貌。结果表明:随粘结剂喷射量的增大,砂型X和Y轴向尺寸误差和砂型抗拉强度随之增大,砂型Z轴向尺寸误差逐渐减小。粘结剂喷射量和分层厚度相同时,成形的水玻璃砂型X和Y轴向尺寸误差大于酚醛树脂砂的尺寸误差,水玻璃砂型抗拉强度明显小于酚醛树脂砂型强度。这是由水玻璃粘度小于酚醛树脂粘度且固化后的水玻璃抗拉强度小于酚醛树脂抗拉强度导致的。     

无模精密砂型快速铸造技术研究进展

无模精密砂型快速铸造技术具有制造周期短、成本低、砂型/砂芯一体化制造及制造任意形状复杂铸件等特点.采用该方法制备的砂型(芯)尺寸精度高、表面质量好,可实现复杂铸件的整体近净成形.特别适合于复杂铸件的单件、小批量生产及新产品的试制.综述了基于激光烧结、三维打印、数控加工原理的无模精密砂型快速铸造技术的工艺特点、适用范围,并指出了各自存在的问题及其发展前景.     

1060铝板圆台件凸模支撑渐进成形临界成形角的研究

基于ANSYS/LS-DYNA分析平台构建凸模支撑单道次渐进成形圆台件的有限元模型,利用数值模拟和实验方法研究凸模支撑渐进成形圆台件的壁厚均匀临界成形角。以高径比为0.5的圆台件为对象,研究不同圆台直径和原始坯料厚度的圆台件的临界成形角,分析了圆台直径和原始坯料厚度对临界成形角的影响。结果表明,随着圆台直径增大,其临界成形角逐渐减小;随着原始坯料厚度增大,其临界成形角逐渐增大。通过多元线性回归求解临界成形角关于原始坯料厚度和圆台直径的推算公式,经实验验证依据该公式可在一定范围内快速获得圆台临界成形角,为实际生产中获得壁厚分布均匀的制件的工艺设计提供依据。     

基于离散元方法的型砂流动性仿真研究

铸造用型砂预固化阶段的流动性是影响砂型固化后均实性的决定性因素。为了准确预测型砂预固化阶段的流动性,用型砂休止角表示其流动性,并提出一种基于DEM中JKR模型的方法准确仿真型砂休止角。通过建立JKR物理模型对原砂、碱性酚醛树脂和固化剂不同质量配比型砂的预固化阶段休止角进行仿真实验,并运用EDEM软件Protractor功能测得休止角数值,与试验休止角平均值相比误差在3%范围内。研究结果表明:基于DEM的JKR模型能够准确预测型砂预固化阶段的流动性,仿真结果为砂型数字化柔性挤压成形技术中型砂填充砂箱和砂型3D打印的工艺设计提供依据,对准确预测型砂成形能力和砂型固化后的紧实均匀度有重要意义。     

基于快速制造的砂型分型设计对比分析

分型设计是砂型设计中重要的一个环节，通过分析快速制造用于典型复杂铸件的砂型分型案例及其特点，对3D打印技术和快速复合成形技术的分型设计思路进行对比阐述。基于典型案例对这两类成形方法用于复杂铸件的砂型分型设计规则进行了归纳和总结，为复杂铸件砂型分型问题提供了较为系统指导性的分型依据，以满足复杂铸件省时高效的发展趋势。     

铣削成形参数对冷冻砂型铣削力的影响

冷冻砂型是以型砂和水基黏结剂为造型材料的绿色铸造工艺,基于减材原理的数字化铣削成形技术可以实现冷冻砂型的高精高效加工。以70/140目烘干硅砂混合5%(质量分数)水制备的冷冻砂型为研究对象,在-25～-20℃的成形温度区间内,依托数字化无模铸造精密成形机探究铣削参数对冷冻砂型铣削力的影响。对9253B切削力计测量的铣削力信号采用快速傅里叶变换(FFT)进行处理与分析,通过控制变量法揭示各铣削成形参数对冷冻砂型铣削力的影响机理。结果表明,铣削力信号由单一信号组成,铣削力信号的周期与主轴转速周期成正比,铣削力信号的幅值随着进给速度、铣削宽度和铣削深度的增大而增大。     

基于无模铸造精密成形技术的型砂切削性能研究

基于无模铸造精密成形技术的复合铸型工艺可为复杂铸件高质量铸造提供解决方案。本文通过对复合铸型工艺用各种型砂(包括硅砂、宝珠砂、铬铁矿砂、锆英砂以及钢丸混砂等)的力学性能及切削性能进行深入研究,得知:型砂的抗拉强度随着树脂和固化剂含量的增加而增大,达到一定值后下降;砂型切削力与型砂抗拉强度呈正比关系,砂型表面尺寸相对误差随着抗拉强度的增加呈现先减小后增大的趋势,抗拉强度值在0.8~1.5 MPa时其切削性能较好。同时,研究获得了复合铸型用型砂最优配比范围。本文研究成果可为复杂金属件高质量铸造提供技术保障。     

无模拉拔成形过程中金属氧化动力学模型

为提高无模拉拔制品的表面质量,优化无模拉拔工艺参数,并预测氧化膜厚度,通过分析变形温度、变形程度等因素对金属氧化过程的影响,针对无模拉拔成形金属锥形管,建立了无模拉拔成形时金属的氧化动力学模型,并与304不锈钢的实验结果进行对比。结果表明,无模拉拔成形过程的氧化动力学曲线呈抛物线-直线复合规律,变形程度增大,变形温度升高,金属的氧化速度加快,氧化膜厚度增加;304不锈钢锥形管无模拉拔成形时,随着拉拔的进行,变形程度逐渐增大,表面氧化膜厚度逐渐增厚,理论预测值和实测值之间的最大相对误差10%;降低感应加热温度、缩短冷热源距离,可以减小金属的氧化程度,有利于提高金属表面质量。     

基于快速成形技术的树脂砂型快速铸造

介绍了基于SLS快速成形技术的砂型快速铸造工艺过程,SLS粉末快速成形技术,可以省略熔模铸造中的压型和蜡模制作,而采用SLS砂型快速成形,更能省略熔模铸造复杂过程,尤其对复杂内腔壳体铸件和叶轮铸件的砂型快速铸造设计及制造工艺具有快速、经济的优势。     

数字化柔性挤压成形工艺对砂型性能影响规律的研究

为了使数字化柔性挤压砂型具有优良的砂型性能,研究了砂型数字化柔性挤压成形工艺对砂型性能的影响规律。结果显示:树脂含量较低时,砂型抗拉强度随着挤压压强的增大而增大;当树脂含量大于2.4%时,砂型抗拉强度随着挤压压强的增大而减小。随着树脂含量的增大,砂型的抗拉强度升高。在树脂含量相同条件下,砂型透气性随着挤压压强的升高而降低;在挤压压强相同的情况下,砂型透气性随着树脂含量的升高而降低。在树脂含量一定的前提下,挤压压强小于0.15 MPa时,砂型紧实度随着挤压压强的增大而增大;当挤压压强大于0.15 MPa时,挤压压强对砂型紧实度的影响较小。     

基于无模铸造精密成形技术砂型坎合组装方式研究

无模铸造精密成形无需传统木模,根据铸件结构将铸型剖分为多个砂型单元,在数字化无模铸造精密成形机切削加工各砂型单元后,组装成最终铸型。针对砂型单元间的组装方式,设计了四种不同砂型坎合组装结构,并通过数值模拟与实验研究相结合的方法,对四种砂型坎合组装结构进行深入研究,得知砂型坎合方式为圆台结构时砂型组装强度最高。设计圆台结构不同倾斜角坎合方案:10°、15°、20°、25°、30°,通过理论分析和实验研究得知:倾斜角为10°时砂型组装强度最高,故圆台倾斜角10°时坎合结构最优。     

单道次渐进成形锥形件壁厚均匀临界成形角的研究

基于ANSYS/LS-DYNA分析平台构建单道次渐进成形锥形件的有限元模型,利用数值模拟和实验方法研究单道次渐进成形锥形件的壁厚均匀临界成形角。通过研究不同成形角的锥形件,获得所用板料的壁厚均匀临界角,并分析了坯料厚度和轴向进给量对壁厚均匀临界角的影响。数值模拟结果和实验结果均表明,随着坯料厚度增大,壁厚均匀临界成形角逐渐增大,轴向进给量对壁厚均匀临界成形角影响基本无影响。     

工艺参数对7075铝合金变截面板时效成形回弹的影响

以典型航空用7075高强铝合金变截面板材为研究对象,通过自行设计的时效成形工装进行时效成形实验,得到工艺参数如时效时间、变截面板宽度、变截面板厚度比对其时效成形后回弹的影响规律。结果表明:在其他工艺参数保持不变的情况下,回弹率随着时效时间、变截面板宽度和变截面厚度比的增加而减小。通过单轴蠕变拉伸实验推导得出本构方程,基于ABAQUS平台建立本实验的有限元模型,对时效成形过程中的等效应力和蠕变应变进行分析,并通过实验验证了建立的有限元模型的可靠性。     

摩擦对帽型材绕弯截面畸变影响研究

模具与帽型材间的摩擦是决定型材截面畸变的关键因素之一,严重影响其成形精度和成形质量。为了了解摩擦对截面畸变的影响规律,基于软件ABAQUS建立了5052铝合金帽型材绕弯过程的有限元模型,并验证了模型的可靠性。然后,研究了弯曲模、压块、夹块及防皱块与型材间摩擦对截面畸变的影响。结果表明:随着夹块与型材间摩擦的增大,截面畸变减小;随着弯曲模与型材间摩擦的增大,截面畸变减小;随着压块与型材间摩擦的增大,截面畸变也减小;随防皱块与型材间摩擦的增大,截面畸变不显著。     

冷冻砂型数字化铣削成形工艺参数优化研究

冷冻砂型使用水做粘结剂,解决了树脂砂型的污染问题,实现了绿色铸造,基于减材原理的数字化铣削技术可实现冷冻砂型的高精高效加工。本文基于响应面试验研究冷冻砂型数字化成形工艺参数对冷冻砂型成形质量的影响规律,以主轴转速、进给速度、铣削宽度和铣削深度为研究因素,以尺寸精度和表面粗糙度为响应变量,拟合响应方程;通过响应方程求得表面粗糙度优化的参数最优解,并采用不同的算法（NSGA-II、NSGA-III和MOEAD）对冷冻砂型数字化铣削成形尺寸精度进行多目标优化;以HV和IGD为评价标准。结果表明,采用MOEAD算法更适用于本研究,HV值为0.324,IGD值为0.2。铣削成形的冷冻砂型表面质量满足浇注要求。     

喷墨打印光固化水凝胶工艺研究

针对可光固化水凝胶成形速度快、粘度低的特点,提出了一种包括电磁阀喷头系统和光源系统的喷墨式打印方法,能克服以成缸溶液直接扫描加工多种可光固化水凝胶存在的加工复杂、材料易被污染和损耗高等缺点。用光学显微镜对固化液滴和堆积直线进行了测量和分析,结果表明:随着喷头孔径和压力的增大,液滴固化直径增大;当浓度30%时,随着浓度的增大,液滴固化直径减小。同时,建立了液滴固化和液滴堆积成形模型,形成的直线宽度不大于单个液滴的直径且宽度均匀。     

基于白光扫描原理的砂型检测技术

针对数字化无模铸造精密成形技术中砂型检测所存在的问题,提出了采用白光扫描技术检测砂型的方法。对发动机缸体水套砂芯进行检测,分析了加工误差产生的原因。研究结果表明,采用白光扫描技术,可以实现对砂型的可行性与高精度检测,为保证砂型加工的精度、快速而准确地修正砂型加工中存在的问题,提供了行之有效的方法。     

空心立铣刀在无模铸造砂型加工中的排砂工艺

为应用新型空心立铣刀解决无模铸造砂型切削加工过程中的排屑问题,实现无模砂型的高效加工,对空心立铣刀的气动排砂工艺进行了研究。基于气力输送原理,得到气动排砂临界风速为3.3 m/s。仿真表明,在空心立铣刀加工砂型时,在型腔内部,气体平均压力从底部到顶部逐渐增大,气体流速逐渐减小;型腔出口平均风速大于排砂临界风速时,就能将砂屑及时排除。仿真、实验和应用表明,可以根据砂型加工深度对空心立铣刀的供给气体压力进行调节,既能保证排砂效果,又能避免气体资源浪费。     

汽车车身铝合金板冲压成形有限元仿真与实验研究

对汽车车身铝合金板冲压成形进行有限元仿真与实验研究。结果表明,铝板整体分布较均匀,减薄率较小,可准确分析铝板在冲压成形过程中的冲压力分布、减薄程度、厚向异性。铝板具有较小的厚向异性系数,对其拉深性能影响小,沿轧制方向铝板厚度既有减薄也有增厚,且在成形部位的铝板厚度变化较大。与轧制方向成0°、45°、90°的铝板厚度变化量分别为0.27,0.27和0.26 mm。不同方向截面的铝板厚度变化也不同,铝板宽度变化量为2.8 mm,变化率为0.2%;冲压力随着凸模行程的增大不断增大,而后随着凸模行程增大,冲压力基本保持不变,并在凸模行程的最后阶段出现冲压力变小的趋势,且最大冲压力值为80 kN左右。